در گذشته طراحان سازه‌های بتنی بیشتر به مشخصات مقاومتی بتن علاقه‌مند بودند، ولی در عصر امروز باید برای دوام بتن نیز اهمیت ویژه‌ای قائل شوند، چرا که دوام بتن مشخصه مهمی در پایداری و عمر یک سازه بتنی است. شاید در فونداسیون پیش ساخته تهران اهمیت این موارد را دیده باشید. با اینکه تناسب اجزای تشکیل‌دهنده و ریختن و عمل‌آوری بتن، موجب افزایش طول عمر بتن می‌شود، اما شکست زودرس بعضی سازه‌های بتنی، درس‌های ارزشمندی را در مورد کنترل عوامل مؤثر در عدم دوام سازه‌های بتنی در اختیار ما می‌گذارد. از این رو ما در این مقاله قصد داریم شما را با مفهوم دوام بتن، عوامل مؤثر بر آن و روش‌های بهبود آن آشنا کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.
اهمیت دوام بتن
در عصر امروز این نکته تأیید شده که در طراحی سازه‌ها، باید مشخصات دوام مصالح مورد نظر، همانند سایر مشخصات و ویژگی‌های آن – نظیر خواص مکانیکی، هزینه و قیمت اولیه – مورد ارزیابی قرار گیرد. در ابتدا، به دوام بیشتر از منظر تأثیرات اقتصادی و اجتماعی توجه می‌شد، چرا که افزایش روز افزون هزینه‌های تعمیر و جایگزینی سازه‌ها، ناشی از خرابی مصالح، بخش عمده‌ای از کل بودجه ساختمان‌سازی را به خود اختصاص می‌داد.
به عنوان مثال، تخمین زده شده که در کشورهای صنعتی بیش از ۴۰% کل منابع صنعت ساختمان در قسمت تعمیر و نگهداری سازه‌های موجود و کمتر از ۶۰% آن برای احداث ساختمان‌های جدید به کار گرفته می‌شود. بهای روزافزون جایگزینی در سازه‌ها و تأکید فزاینده بر هزینه‌های مصرفی طی طول عمر سازه، به جای هزینه‌های معرفی اولیه آن، مهندسان را مجبور کرده که دوام را جدی بگیرند. امروزه مشخص شده رابطه نزدیکی بین دوام مصالح و شرایط محیطی وجود دارد.
حفاظت از منابع طبیعی از طریق بادوام‌تر ساختن مصالح، اقدامی زیست محیطی است. همچنین، استفاده از بتن در محیط‌های آسیب‌رسان نیز روز به روز توسعه یافته است. از جمله این محیط‌ها میتوان به سکوهای فراساحل، مخازن نگهداری گازهای مایع در دماهای سرمازا و راکتورهای تحت فشار بالا در صنایع هسته‌ای اشاره نمود. شکست سال‌های قبل در سازه‌های فولادی فراساحل در نروژ نشان داد، تلفات جانی و خسارات مالی مربوط به خرابی زودرس و اتفاقی در مصالح ساختمانی می‌تواند بسیار زیاد باشد.
عوامل فیزیکی مؤثر بر دوام بتن
عوامل فیزیکی زیان‌آور بسیاری بر دوام بتن مؤثرند که از جمله آن میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:
فرسودگی سطحی، ترک خوردگی ناشی از فشار تبلور نمک‌ها در منافذ و قرارگیری در معرض دماهای بسیار گرم یا سرد (نظیر یخ‌زدگی)
تأثیرات مواد شیمیایی زیان‌آور، مثل تراوش محلول‌های اسیدی به درون خمیر سیمان، واکنش‌های انبساط‌زای ناشی از حمله سولفاتی، واکنش قلیایی سنگدانه‌ها و خوردگی آرماتور داخل بتن
در این مطلب، به طور مفصل در باب اهمیت ظواهر فیزیکی، مکانیزم‌ها و کنترل علل مختلف آسیب‌دیدگی بتن بحث شده است و در انتها، توجه ویژه‌ای به عملکرد بتن در آب دریا شده است. از آن‌جا که علل فیزیکی و شیمیایی زیادی به طور همزمان روی آسیب‌دیدگی بتن تأثیر می‌گذارند، لذا مطالعه رفتار بتن در آب دریا فرصت بسیار مناسبی برای ما فراهم می‌آورد که میزان پیچیدگی مسائل دوام را تصدیق کرده و عوامل مؤثر بر دوام سازه‌های بتنی را بشناسیم.
۷ عامل موثر بر دوام و پایایی بتن
در مجموع ۱۵ عامل مخرب فیزیکی و شیمیایی، بیشترین تأثیر را بر میزان کاهش دوام و پایایی بتن دارند. این عوامل شامل درجه حرارت و میزان نفوذ رطوبت، تأثیر آب‌های مخرب، حملات زیستی و بیولوژیکی، کیفیت سنگدانه‌ها، سایش، فرسایش و… می‌شوند. در ادامه این مقاله به بررسی ۷ عامل از مهم‌ترین عوامل موثر بر دوام و پایایی بتن می‌پردازیم.
۱) کربناته شدن بتن
همان‌طور که می‌دانید کربناته شدن بتن با کاهش قلیاییت خمیر سیمان شروع می‌شود؛ اما آنچه حائز اهمیت است اینکه در حضور اکسیژن و آب، زنگ‌زدگی در فلز یا میلگردِ مدفون شده در بتن رخ می‌دهد و این اتفاق، باعث انبساط میلگرد و در نهایت، تخریب بتن اطراف آن می‌شود.
2) خردگی ناشی از یون‌های کلریدی
دومین عامل مؤثر بر دوام بتن، خردگی ناشی از یون‌ها کلریدی است. یون‌های کلریدی به دو شکل وارد بتن می‌شوند:
اجزای تشکیل‌دهنده بتن (بتن تازه)
نفوذ رطوبت به درون بتن ساخته شده (بتن سخت شده)
بعد از رسیدن یون‌های کلریدی به بتن، همان ساز و کار شرایط کربناته شدن بتن حاکم می‌شود و بدین‌ترتیب این یون‌ها باعث کربناتاسیون بتن شده و با تخریب میلگرد، موجب تخریب سازه بتنی می‌گردند.
۳) حملات سولفاتی
در حملات سولفاتی، یون‌های سولفاتی از طریق آب یا خاک مجاور بتن به سطح بتن نفوذ کرده و مقدار مواد منبسط شونده در سطح بتن افزایش می‌یابند. این پدیده باعث تخریب سطح بتن و در نهایت، پیشروی به بخش‌های داخلی‌تر بتن می‌شود.
۴) رویارویی بتن با آب دریا
چهارمین عاملی که در کاهش دوام بتن تأثیر بالایی دارد، رویارویی بتن با آب دریا است. آب دریا حاوی یون کلر و سولفات است. این دو یون می‌توانند با یکدیگر هم‌افزایی داشته و تخریب بتن را تشدید کنند. بنابراین آب دریا تأثیر به شدت قوی‌تری روی کاهش دوام و پایی بتن دارد و انجام اقدامات پیشگیری در پروژه‌های نزدیک ساحل بسیار مهم و حیاتی است.
۵) چرخه ذوب و یخبندان
قرار گرفتن متوالی بتن در توالی‌های یخ‌زدن و آب شدن (چرخه‌های ذوب و یخبندان)، یکی از عوامل کاهش دوام و پایایی بتن است. در این چرخه‌ها زمانی که آب درون بتن یخ می‌زند، بخصوص زمانی که درجه اشباع بتن بالای ۸۰% باشد، انبساط پیش‌رونده درون بتن رخ می‌دهد. این انبساط باعث تنش، تخریب و ترک درون بتن می‌شود.
۶) واکنش قلیایی سنگدانه
واکنش قلیایی سنگدانه، یکی از واکنش‌های شیمیایی مهم محسوب می‌شود و به دلیل میزان آسیب‌زایی بالایش، توجه به آن بسیار حائز اهمیت است. مهم‌ترین راه برای جلوگیری از این نوع واکنش‌ها، انتخاب سنگدانه مناسب برای بتن است. در واقع در این پدیده، قلیایی سیمان با کانی‌های واکنش‌زا وارد واکنش شده و در مرز سنگدانه و خمیر سیمان که همان ناحیه انتقال است، ایجاد انبساط می‌کند. در نهایت این انبساط باعث ترک خوردگی و متلاشی شدن بتن از درون می‌گردد.
۷) سایش
سایش در اثر عوامل متعددی مانند عبور و مرور وسایل نقلیه روی سطح بتن، حرکت آب‌های حاوی عناصر ریزدانه روی بتن یا حرکت و برخورد بادهای حاوی مواد ریزدانه و ساینده به سطح بتن رخ می‌دهد. تکرار پیوسته این پدیده، باعث جدا شدن ذرات از سطح بتن و در نهایت، تخریب سطح و لایه‌های زیرین بتن می‌گردد.
مشاهدات کلی دوام بتن
پیش از بحث در مورد جوانب و زوایای مهم دوام بتن، توجه به چند نکته کلی به درک بهتر موضوع کمک خواهد نمود. آب، عنصر اولیه به وجود آوردن و تخریب بسیاری از مصالح طبیعی و همچنین، منشأ اغلب مسائل مربوط به دوام بتن است. آب عامل بسیاری از فرآیندهای فیزیکی کاهنده کیفیت در اجسام متخلخل است. همچنین به عنوان وسیله‌ای برای انتقال یون‌های مهاجم، می‌تواند سرچشمه فرآیندهای شیمیایی کاهنده کیفیت نیز باشد.
پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی مرتبط با حرکات آب در اجسام متخلخل را نفوذپذیری جامدات کنترل می‌کند. به عنوان مثال، میزان آسیب‌دیدگی شیمیایی به این وابسته است که آیا حمله شیمیایی محدود به سطح بتن است یا به داخل مصالح نیز رسوخ کرده است. میزان آسیب‌دیدگی، تحت تأثیر نوع و غلظت یون‌های داخل آب و ترکیب شیمیایی جسم است. برخلاف سنگ‌های طبیعی و مواد معدنی، بتن جزو مواد بازی است. دلیل آن نیز این است که محصولات ناشی از هیدراتاسیون خمیر سیمان پرتلند، از ترکیبات قلیایی کلسیمی تشکیل می‌شوند. بنابراین انتظار می‌رود آب‌های اسیدی، برای بتن مضر باشند.
نتیجه گیری
بتن بادوام و پایا بتنی است که شکل ظاهری، مرغوبیت و کارایی خود را درطول زمان درمحیط حفظ کند. بتن به عنوان یک ماده سازه ای و به عنوان پوسته بیرونی ساختمان، توانایی مقاومت در برابر مکانیسم ها و همچنین بلایای طبیعی را دارد. البته بتن های مختلف بسته به محیط و خواص مورد نظر به درجات دوام متفاوتی نیاز دارند. مواد تشکیل دهنده بتن، تناسب آنها، نحوه قرار دادن و عمل آوری بتن و محیط پروژه، دوام و پایایی بتن را تعیین می کند. شما برای اطلاع از قیمت فروش دیوار پیش ساخته بتنی میتوانید از سایت همپادکل کمک بگیرید.
درجه حرارت و میزان رطوبت، میزان آب موجود در اطراف بتن، حملات زیستی یا بیولوژیکی، سایش و فرسایش بتن از عوامل بیرونی موثر بر کاهش دوام بتن محسوب می شوند. به کارگیری سیمان بهینه و مناسب، به کارگیری درست و کارامد درصدهای اختلاط سیمان و آب و همچنین به کارگیری درست و کارامد درصدهای اختلاط سیمان و آب برخی از عوامل موثر در افزایش پایایی بتن به شمار می آیند.
سوالات متداول عوامل موثر در دوام بتن
- اندازه سنگدانه‌ها در کارایی بتن چه تاثیری دارد؟
هر چه سنگدانه‌ها بزرگتر باشند، سطح خارجی آنها کمتر خواهد بود و هر چه سنگدانه ها ریز تر باشند سطح خارجی آن ها بیشتر خواهد بود. این مسئله باعث کاهش نسبت آب به سیمان و کاهش کارایی می‌شود.
- چگونه از قیمت انکر بولت اطلاع پیدا کنم؟
شما با یک سرچ ساده در گوگل میتوانید انواع انکر بولت و قیمت آن را مشاهده کنید.
- استفاده از افزودنی‌های مختلف در بتن به چه منظور است؟
از افزودنی‌های بتن مختلف برای افزایش و یا کاهش ویژگی‌های مختلف آن استفاده می‌شود.
- با استفاده از مواد افزودنی حباب زا بتن چه کاری می توان انجام داد؟
با استفاده از مواد افزودنی حباب زا بتن میتوان از بتن در شرایط ذوب و یخ متناوب به مقدار زیادی محافظت نمود.