بخشی از مقاله
چکیده
اگر چه شاید، در آینده نزدیک، در بسیاری از مناطق متخصصان مجبور به استفاده از آب دریا برای ساخت بتن هستند، و هم اکنون خطرات مواجهه با کلرید ها را با استفاده از مواد پوزولانی یا سیمان های BFS بی اثر می کنند و یا از تکنیک های دیگر همانند استفاده از فولادهای مقاوم در برابر خوردگی استفاده می کنند، اما هم اکنون مهمترین فاکتور در طراحی سازه های بتنی- ساحلی تولید بتن با میزان نفوذپذیری مناسب باشد. در طول زمان سرویس دهی ساختمان های بتنی ، نمکهای محلول اثرات متفاوت و غالبا مخربی در دوام پذیری بتن ایجاد می کنند.
املاح کلریدی همانند کلرید آلومینیوم بر خلاف بیشتر نمک ها مانع خوردگی فولاد می گردد. با این وجود کلیه عوامل فیزیکی و شیمیایی که منجر به افزایش نفوذپذیری بتن می گردد، از عوامل مخرب بتن در مناطق دریایی محسوب می شوند. بنابراین با توجه به هزینه زیاد تعمیرات در محیط های ساحلی ، طرح اختلاط بتن در راستای ساخت بتن با ویژگیهای مهندسی مناسب همانند مقاومت حداقل PSI5000 که دارای حداقل 600پوند سیمان برای هر یارد مکعب بتن است، از اهمیت قابل توجهی برخوردار است.
مقدمه
یون کلرید موجود در آب دریا ها، عامل خارجی قابل توجه درآسیب رساندن به بتن های ساخته شده همانند پل ها و ستون ها می باشند و تا کنون را هکارهای متعددی در برابر مقاومت بتن در برابر یون ها ارایه شده است. بعضی از پل ها و ستون ها در مناطق دریایی دوامی ده ساله داشته اند و نشان دهنده اشتباهات فاحش در طراحی آنها می باشد - 5،. - 8 موضوع این مقاله ، فهم عوامل موثر در تخریب بتن های دریایی و ارائه راهکارهایی برای مقابله با ان می باشد. بیشتر آبهای ساحلی حدود 3/5 درصد نمک محلول - کلریدی-سولفاتی - دارند.
اسیدیته آب دریا بین 7/5 تا 8/4 متغییر بوده ولی عموما حدود 8/2 است. به طور کلی عواملی همچون حمله سولفاتی، شستشوی شیمیایی آهک، انبساط قلیایی مصالح، تبلور نمکی، یخ زدگی و ذوب شدگی، خوردگی فولادهای پیش تنیده، خوردگی و سایش امواج از مهمترین اثرات مخرب برای بتن هستند. چنین حمله های فیزیکی- شیمیایی باعث افزایش میزان نفوذپذیری بتن می شوند
بحث
اگر چه تا کنون آزمایش های متعددی محققان بررسی های متعددی برای طراحی بتن در مناطق دریایی با سیمان های , OP C و BFSانجام داده اند و به این نتیجه رسیده اند که استفاده از این دو نوع سیمان تفاوت قابل توجهی در دوام بتن های ساخته شده دارد و در هر حال استفاده از سیمان BFS - Blast furnace slag powder - را ترجیح می دهند.
بتن های با نفوذپذیری کم در مقابل اثرات شیمیایی مخرب به شدت مقاومت می کنند و باعث کاهش شستشوی شیمیایی مواد قابل حل در آب همانند آهک می شوند. در این راستا برای تفسیر اثرات نفوذپذیری بتن، می توان بتن های دریایی را در سه گروه از نظر مجاورت با آب دریا بررسی نمود: ا- بتن هایی که همیشه مستغرق در آب دریا هستند. -2 بتن هایی که در معرض ترشح مواد هستند. -3بتن هایی که بیشتر در محیط اتمسفری قرار دارند
بتن هایی که همیشه در محیط دریا غرق شده اند بیشترین آسیب را در دوره زمانی مشخص تحمل می کنند، اما در هر حال هر سه گروه در معرض تهدید عوامل مخرب هستند. تخریب در هر سه گروه سبب افزایش نفوذپری ، شکاف، پوست اندازی و فرسایش ملات چسباننده بتن و همزمان کاهش مقاومت آن می گردد.
مطابق استاندارد ACI - 318-89 نسبت آب به سیمان در محط دریایی برای مقاومت در برابر حمله سولفاتی و محافظت در برابر خوردگی /45 می باشد - . - 1 استاندارد ACI-378 مشخص نموده که در صورتی حملات سولفاتی به صورت ملایم توسط آب دریا انجام شود، نسبت حداکثر آب به سیمان باید/45 باشد. اما در استاندارد ACI برای مقابله با خوردگی حداکثر نسبت آب به سیمان /4 در نظر گرفته شده است. با این وجود در صورتی که پوشش بتن بیش از یک دوم اینچ بیشتر شود، مطابق استاندارد ACI می توان نسبت W/C را /45 در نظر گرفت - 1و. - 2 جدول زیر تطابق کاملی با استانداردهای ACI-318 برای میزان مناسب پوشش بتن از میلگردها را نشان می دهد.
در این استاندارد قویا اشاره شده که بتن هایی که تحت تاثیر مداوم آب دریا قرار دارند باید حداقل مقاومت 5000پوند یر اینچ مربع داشته باشند - جدول . - 1 در استاندارد ACI هر نوع سیمانی برای مناطق دریایی پیشنهاد می نماید.
در استاندارد ACI- 357 ، حداقل 600 پوند برای یک یارد مکعب توصیه می گردد.در صورتی که 700پوند سیمان برای یک یارد مکعب درنظر گرفته شود، باید ابعاد اعضای بتنی به صورت متناسب در نظر گرفته شود، تا فشارها و استرس های حرارتی خنثی گردد
همچنین می توان با جانشینی پوزولان به جای سیمان یا کنترل دمای بتن در حین نگهداری مانع ایجاد شکافهای حرارتی گردید.
مطابق استاندارد ACI-38 سیمان تیپ دو یا سیمان تیپ یک همراه با پوزولان لازم است تا بتن را در برابر حمله های سولفاتی آب دریا مقاوم نماید.در استاندارد های ACI 318, 357 استفاده از پوزولان مجاز شمرده شده ولی کاربرد آ ن الزامی نمی باشد. در استاندارد های اروپایی استفاده از پوزولان با کیفیت بالا در بتن هایی که دایما در معرض آب دریا وجود دارند ، توصیه شده است. کیفیت بالای پوزولان می تاوند مزایای زبادی همانند افزایش مقاومت، کاهش نفود پذیری و کاهش شستگی شیمیایی داشته باشد.
خاکستر بادی، اسلاک کوره ای و فوم سیلیسی متداول ترین مخلوط های سیلیسی در بتن هستند. ترکیبات پوزولانی با هیدروکسید کلسیم و آب در مخلوط منجر به فرایند سخت شدگی سیمانی می شوند.این فراورده های هیدراتی مقاومت بتن را افزایش می دهد و نفوذ پذیری بتن را کاهش می دهد. پوزولانها همچنین به صورت شیمیایی با CaO ترکیباتی غیر قابل انحلال در آب تولید می کنند.نسبت مورد استفاده پوزولان بین 15 تا 20 درصد خاکستر بادی نسبت به وزن سیمان یا 5 درصد فوم سیلیسی پیشنهاد شده است
هنگامی که دوام بتن در سیکل های یخ زدگی- ذوب شدگی مورد نیاز باشد، هر دو استاندارد ACI 357- 318 توصیه می کنند که استفاده از مواد هوازا بر مبنای ASTM 494 ، ضروری است. افزودنی های خیلی کاهنده آب معمولا برای یکنواخت سازی سیمان در ترکیب بتن و کارا شدن آن - مخلوطی با نسبت W/C پایین - به کار می روند. در استاندارد های ACI هماهنگی افزودنی ها با تیپ سیمان قبل از طراحی بتن توصیه شده است. در این مناطق برای محافظت از میلگردها نباید از از افزودنی های کلریدی یا ترکیبات مشابه استفاده نمود
مصالح دانه ای باید از نظر ASTM C33 قابل قبول بوده و در صورتی که از مصالح دریایی استفاده شود ، قبل از استفاده با آب شیرین شسته شود تا به صورت مناسب کلرید زدایی شوند - . - 7 اکثر متخصصین مصالح دانه ای آهکی را به دلیل تشکیل باند شیمیایی چسباننده با سیمان و ضریب حرارتی نزدیک به آن ، ترجیح می دهند.این تیپ بتن ها در مقایسه با بتن های ساخته شده با سایر مصالح در مناطق ساحلی با دوام تر هستند. باید توجه داشت سایر شاخص ها در فراوری بتن بسیار مهم هستند، برای مثال کاهش 10 درصدی تحکیم بتن مقاومت بتن را 50 درصد کاهش می دهد
برای کنترل خوردگی بتن، نگهداری بتن در زمان سخت شدن و پوشش آن اهمیت بالایی دارد. در استانداردACI-357 پوشش بتن برای هر زونی توصیه شده است. طراحی بتن باید طوری انجام گردد که فواصل استاندارد میلگرد گذاری رعایت گردد و میلگرد ها به صورت مناسب پوشش حمایتی داشته باشند .گاهی پوشش بتنی ضخیم تر منجر به گسترش شکاف های عرضی شده و منجر به نفوذ آب دریا می شود
به خاطر خاصیت قلیایی بالای بتن، بتن مقاومت مناسبی در برابر خوردگی حاصل از کلرید ها دارد. وقتی که کلرید به بخش فولادی بتن می رسد، از آن موقع خوردگی فولاد افزایش می یابد. بنابراین هنگام استفاده از بتن مسلح یا پیش تنیده، تمرکز کلرید در سیمان، آب، مصالح و افزودنی ها باید کنترل گردد.برای مثال اسید قابل حل در بتن تازه نباید بیش از 0.8 Kg/m3 باشد.
در آب دریا کلریدها معمولا اثرات مخرب تری نسبت به سولفاتها بر روی بتن دارند ولی باعث تخریب انبساطی نمی شوند، زیرا سیمان پرتلند با کلرید سدیم واکنش داده و باعث تشکیل کلرورآلومینات یا نمک فریدل می شود - 4،. - 10 این واکنش باعث کاهش یونهای آزاد در دسترس برای فولاد شده و اثرات خوردگی را از بین می برد
