انواع عوامل و علل تخریب و فرسودگی بتن و سازه های بتنی

عللمختلفي كه باعث فرسودگي و تخريب سازه هاي بتني مي شوند - علائم هشدار دهنده كه كارمرمت را الزامي مي دارند.

1-علل فرسودگي و تخريب سازه هاي بتني

(CAUSESOF DETERIORATIONS)

عللمختلفي كه باعث فرسودگي و تخريب سازه هاي بتني مي شود همراه با علائم هشدار دهندهديگري كه كار تعميرات را الزامي مي دارند، در نخستين بخش از كتاب مورد بررسي وتحليل قرار مي گيرند:

1-1-نفوذ نمكها

 (INGRESS OF SALTS)

نمكهايته نشين شده كه حاصل تبخير و يا جريان آبهاي داراي املاح مي باشند و همچنيننمكهايي كه توسط باد در خلل و فرج و تركها جمع مي شوند، هنگام كريستاليزه شدن ميتوانند فشار مخربي به سازه ها وارد كنند كه اين عمل علاوه بر تسريع و تشديد زنگزدگي و خوردگي آرماتورها به واسطه وجود نمكهاست. تر وخشك شدن متناوب نيز مي تواندتمركز نمكها را شدت بخشد زيرا آب داراي املاح، پس از تبخير، املاح خود را به جا ميگذارد.

1-2-اشتباهات طراحي

 (SPECIFICATION ERRORS)

بهكارگيري استانداردهاي نامناسب و مشخصات فني غلط در رابطه با انتخاب مواد، روشهاياجرايي و عملكرد خود سازه، مي تواند به خرابي بتن منجر شود. به عنوان مثال استفادهاز استانداردهاي اروپايي و آمريكايي جهت اجراي پروژه هايي در مناطق خليج فارس،جايي كه آب و هوا و مواد و مصالح ساختماني و مهارت افراد متفاوت با همه اين عواملدر شمال اروپا و آمريكاست، باعث مي شود تا دوام و پايايي سازه هاي بتني در مناطقياد شده كاهش يافته و در بهره برداري از سازه نيز با مسائل بسيار جدي مواجه گرديم.

1-3-اشتباهات اجرايي

 (CON STRUCTION ERRORS)

كمكاريها، اشتباهات و نقصهايي كه به هنگام اجراي پروژه ها رخ مي دهد، ممكن است باعثگردد تا آسيبهايي چون پديدهء لانه زنبوري، حفره هاي آب انداختگي، جداشدگي، تركهايجمع شدگي، فضاهاي خالي اضافي يا بتن آلوده شده، به وجود آيد كه همگي آنها بهمشكلات جدي مي انجامند.

اينگونه نقصها و اشكالات را مي توان زاييدهء كارآئي، درجهء فشردگي، سيستم عمل آوري،آب مخلوط آلوده، سنگدانه هاي آلوده و استفاده غلط از افزودنيها به صورت فردي و ياگروهي دانست.

1-4-حملات كلريدي

  (CHLORIDEATTACK)

وجودكلريد آزاد در بتن مي تواند به لايهء حفاظتي غير فعالي كه در اطراف آرماتورها قراردارد، آسيب وارد نموده و آن را از بين ببرد.

خوردگيكلريدي آرماتورهايي كه درون بتن قرار دارند، يك عمل الكتروشيميايي است كه بنا بهخاصيتش، جهت انجام اين فرآيند، غلظت مورد نياز يون كلريد، نواحي آندي و كاتدي،وجود الكتروليت و رسيدن اكسيژن به مناطق كاتدي در سل  (CELL)خوردگيرا فراهم مي كند.

گفتهمي شود كه خوردگي كلريدي وقتي حاصل مي شود كه مقدار كلريد موجود در بتن بيش از 6/0كيلوگرم در هر متر مكعب بتن باشد. ولي اين مقدار به كيفيت بتن نيز بستگي دارد.

خوردگيآبله رويي حاصل از كلريد مي تواند موضعي و عميق باشد كه اين عمل در صورت وجود يكسطح بسيار كوچك آندي و يك سطح بسيار وسيع كاتدي به وقوع مي پيوندد كه خوردگي آننيز با شدت بسيار صورت مي گيرد. از جمله مشخصات (FEATURES) خوردگي كلريدي، مي توان موارد زير را نام برد:

(الف)هنگامي كه كلريد در مراحل مياني تركيبات (عمل و عكس العمل) شيميايي مورد استفادهقرار گرفته ولي در انتها كلريد مصرف نشده باشد.

(ب)هنگامي كه تشكيل همزمان اسيد هيدروكلريك، درجه PHمناطق خورده شده را پايين بياورد. وجود كلريدها هم مي تواند به علت استفاده ازافزودنيهاي كلريد باشد و هم مي تواند ناشي از نفوذيابي كلريد از هواي اطراف باشد.

فرضبر اين است كه مقدار نفوذ يونهاي كلريدي تابعيت از قانون نفوذ FICKدارد. ولي علاوه بر انتشار (DIFFUSION)به نفوذ (PENETRATION)  كلريد احتمال دارد به خاطر مكش موئينه (CAPILLARYSUCTION) نيز انجام پذيرد.

1-5-حملات سولفاتي

 (SULPHATE ATTACK)

محلولنمكهاي سولفاتي از قبيل سولفاتهاي سديم و منيزيم به دو طريق مي توانند بتن را موردحمله و تخريب قرار دهند. در طريق اول يون سولفات ممكن است آلومينات سيمان را موردحمله قرار داده و ضمن تركيب، نمكهاي دوتايي از قبيل:THAUMASITE  و  ETTRINGITEتوليدنمايد كه در آب محلول مي باشند. وجود اين گونه نمكها در حضور هيدروكسيد كلسيم،طبيعت كلوئيدي(COLLOIDAL)  داشته كه مي تواند منبسط شده و با ازدياد حجم،تخريب بتن را باعث گردد. طريق دومي كه محلولهاي سولفاتي قادر به آسيب رساني به بتنهستند عبارتست از: تبديل هيدروكسيد كلسيم به نمكهاي محلول در آب مانند گچ (GYPSUM)و ميرابليت MIRABILITE كه باعثتجزيه و نرم شدن سطوح بتن مي شود و عمل LEACHINGيا خلل و فرج دار شدن بتن به واسطه يك مايع حلال، به وقوع مي پيوند.

1-6-حريق

 (FIRE)

سهعامل اصلي وجود دارد كه مي توانند مقاومت بتن را در مقابل حرارت بالا تعيين كنند.اين عوامل عبارتند از:

(الف)توانايي بتن در مقابله با گرما و همچنين عمل آب بندي، بدون اينكه ترك، ريختگي ونزول مقاومت حاصل گردد.

(ب)رسانايي بتن (CONDUCTIVITY) 

(ج)ظرفيت گرمايي بتن(HEAT CAPACITY)   

بايدتوجه داشت دو مكانيزم كاملاً متضاد انبساط (EXPANSION)و جمع شدگي مسؤول خرابي بتن در مقابل حرارت مي باشند. در حالي كه سيمان خالص بهمحض قرار گرفتن در مجاورت حرارتهاي بالا، انبساط حجم پيدا مي كند، بتن در همينشرايط يعني در معرض حرارتهاي (دماي) بالا، تمايل به جمع شدگي و انقباض نشان مي دهد.چون حرارت باعث از دست دادن آب بتن مي گردد، نهايتاً اينكه مقدار انقباض در نتيجهعمل خشك شدن از مقدار انبساط فراتر رفته و باعث مي شود جمع شدگي حاصل شود و بهدنبال آن ترك خوردگي و ريختگي بتن به وجود مي آيد .به علاوه در درجه حرارت 400درجه سانتي گراد، هيدروكسيد كلسيم آزاد بتن كه در سيمان پر تلند هيدراته شده موجوداست، آب خود را از دست داده و تشكيل اكسيد كلسيم مي دهد. سپس خنك شدن مجدد و درمعرض رطوبت قرار گرفتن باعث مي شود، تا از نو عمل هيدراته شدن حاصل شود كه اين عملبه علت انبساط حجمي موجب بروز تنشهاي مخرب مي گردد. هچنين انبساط و انقباض ناهماهنگ و متمايز  (DIFFERENTIALEXPANSION AND CONTRACTION)مواد تشكيل دهنده بتن مسلح مانند آرماتور،شن، ماسه و ... مي توانند در ازدياد تنشهاي تخريبي نقش مؤثري داشته باشند.

1-7-عمل يخ زدگي

(FROSTACTION)

برايبتنهاي خيس، عمل يخ زدگي يك عامل تخريب مي باشد، چون آب به هنگام يخ زدن ازديادحجم پيدا كرده و باعث توليد تنشهاي مخرب دروني شده و لذا بتن ترك مي خورد. تركها ودرزهائيي كه نتيجه يخ زدگي و ذوب متناوب مي باشند، باعث مي گردند سطح بتن به صورتپولكي درآمده و بر اثر فرسايش، خرابي عمق بيشتري يابد بنابراين عمل يخ ز دگي بتن وميزان تخريب حاصله، بستگي به درجه تخلخل و نفوذپذيري بتن دارد كه اين موضوع علاوهبر تأثير تركها و درزهاست.

1-8-نمكهاي ذوب يخ

 (DE-ICING SALTS)

اگربراي ذوب نمودن يخ بتن، از نمكهاي ذوب يخ استفاده شود، علاوه بر خرابيهاي حاصله ازيخ زدگي، ممكن است همين نمكها نيز باعث خرابي سطحي بتن گردند. چون باور آن است كهخرابيهاي حاصل از نمكهاي ذوب يخ، در نتيجه يك عمل فيزيكي به وقوع مي پيوندد، غلظتنمكها، موجود بودن آبي كه قابليت يخ زدگي داشته باشد و در كل فشارهاي هيدروليكي وغشايي (OSMOTIC) نقش بسيارمهمي در دامنه و وسعت خرابيها ايفا مي كنند.

1-9-عكس العمل قليايي سنگدانه ها

 (ALKALI-AGGREGATEREACTION)

دراين قسمت مي توان از واكنشهاي "قليايي- سيليكا" و "قليايي-كربناتها" نام برد.

عكسالعمل قليايي – سيليكا(ALKALI-SILICA)  عبارتست از: ژلي كه از عكس العمل بين هيدروكسيدپتاسيم و سيليكاي واكنش پذير موجود در سنگدانه حاصل مي شود. بر اثر جذب آب، اين ژلانبساط پيدا كرده و با ايجاد تنشهايي منجر به تشكيل تركهاي دروني در بتن مي شود.واكنش قليايي –كربنات، بين قلياهاي موجود در سيمان و گروه مشخصي ازسنگهاي آهكي (DOLOMITIC) كه درشرايط مرطوب قرار مي گيرند، به وقوع مي پيوندد. در اينجا نيز انبساط حاصله باعث ميشود تا تركهايي ايجاد شود يا در مقاطع باريك خميدگيهايي به وجود آيد.

1-10-كربناسيون

(CARBONATION)

گاهلايه حفاظتي كه در مجاورت آرماتور داخل بتن موجود است، در صورت كاهش PHبتن اطراف، به كلي آسيب ديده و از بين مي رود. بنابراين نفوذ دي اكسيد كربن ازهوا، عكس العملي را با بتن آلكالين ايجاد مي نمايد كه حاصل آن كربنات خواهد بود ودر نتيجه درجه PH بتن كاهش مييابد. همچنان كه اين عمل از سطح بتن شروع شده و به داخل بتن پيشروي مي نمايد؛آرماتور بتن تحت تأثير اين عمل دچار خوردگي مي گردد. علاوه بر خوردگي، دي اكسيدكربن و بعضي اسيدهاي موجود در آب دريا مي توانند هيدروكسيد كلسيم را در خود حلكرده و باعث فرسايش سطح بتن گردند.

1-11-علل ديگر

(OTHERCAUSES)

عللبسيار ديگري نيز باعث آسيب ديدگي و خرابي بتن مي شوند كه در سالهاي اخير شناساييشده اند. بعضي از اين عوامل داراي مشخصات خاصي بوده و كاربرد بسيار موضعي دارند.مانند تأثير مخرب چربيها بر كف بتن كشتارگاهها، مواد اوليه در كارخانه ها وكارگاههاي توليدي، آسيب حاصله از عوارض مخرب فاضلابها و مورد استفاده قرار دادنسازه هايي كه براي منظورها و مقاصد ديگري ساخته شده باشند، نه آنچه كه مورد بهرهبرداري است.  مانند تبديل ساختمان معموليبه سردخانه، محل شستشو، انباري، آشپزخانه، كتابخانه و غيره. با اين همه اكثر آنهارا مي توان در گروههاي ذيل طبقه بندي نمود:

(الف)ضربات و بارههاي وارده (ناگهاني و غيره) در صورتي كه موقع طراحي سازه براي اينگونه بارگذاريها پيش بينيهاي لازم صورت نگرفته باشد.

(ب)اثرات جوي و محيطي

(پ)اثرات نامطلوب مواد شيميايي مخرب