ترمیم سازه های بتنی

بتن از مصالح کاربردی ساختمانی می‌باشد که با هزینه مناسبی ساخته شده، دارای دوام و استحکام مناسبی بوده و شکل قالبی را که در آن ساخته می‌شود، به خود می‌گیرد. اغلب اعضاء و اشکال بتنی در محل و در موقعیت نهایی خود اجرا و ساخته می‌شوند. بتن و سازه‌های بتنی در طول فرآیند بهره‌برداری و ساخت دچار آسیب و تخریب می‌شوند که تعمیر و مرمت بتن را ایجاب می‌کند. از جمله عوامل ایجاد تخریب در سازه‌های بتنی می‌توان به خوردگی، تأثیر اسیدها، کربناتاسیون، سولفاته شدن، واکنش قلیایی، مشکلات اجرایی و … اشاره کرد. اغلب کارهای تعمیری کوچک به منظور بهبود و تأمین قابلیت پذیرش ظاهر بتن بوده و پس از اتمام آن‌ها باید هماهنگی و یکنواختی از لحاظ رنگ و طرح ظاهری بین ناحیه مرمت شده و نواحی دست‌ نخورده اطراف مشهود باشد. علاوه بر این ناحیه مرمت‌شده باید واجد شرایط زیر نیز باشد:

عاری بودن از ترک های انقباضی و ترک های موئی

پیوستگی سراسری دائمی با بتن مجاور

نفوذ ناپذیری کافی جهت حفاظت بتن اصلی

داشتن مقاومت کافی در مقابل یخبندان و آب شدن متناوب در موارد لزوم

تعمیر، جایگزینی یا اصلاح مصالح اجزاء یا اعضای خراب‌شده، آسیب‌دیده یا معیوب یک سازه است. به عبارت دیگر، تعمیر در واقع شیوه‌ای است که به طولانی‌تر شدن عمر مفید واقعی سازه و رسیدن به عمر مفید طراحی آن کمک می‌کند. در واقع ما در ترمیم بتن می‌خواهیم شرایط را به نحوی فراهم سازیم تا سازه مشخصات خود را در دوره بهره‌برداری حفظ نماید. مرمت بتن قدیمی نیازمند تحلیل و تدبیر بیشتری است به گونه‌ای که ناحیه آسیب‌دیده از بقیه نواحی جدا شده و سپس برداشته و جایگزین گردد. بعضی از سدهای بتنی پس از مدتی نیازمند تعویض کامل رویه بتنی خود به شیوه بتن پاشی و یا اجرای بتن پیش آکنده می‌باشند. در کشورهای زلزله‌خیز مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی و مرمت آسیب‌های ناشی از زمین‌لرزه به کاری عادی تبدیل شده است. این بخش مصالح و شیوه‌های اجرایی انواع مختلفی از مرمت بتن را شرح می‌دهد.

انتخاب مصالح مناسب با توجه به سازگاری حرارتی با بتن اصلی، دوام مورد نیاز، شرایط بهره برداری، طبیعت شیمیایی و الکتریکی محیط، خواص انقباضی، ضریب ارتجاعی مصالح و شرایط جادادن و اجرای مصالح مورد نظر، صورت می گیرد. سیمان پرتلند اغلب انواع سیمان پرتلند در این مورد قابل استفاده می باشند. هر چند در جهت اطمینان از سازگاری ناحیه مرمت شده و بتن اصلی، بهتر است که سیمان مصرفی و سیمان اصلی یکسان باشند. سیمان تیپ ٢ و تیپ ۵ به ترتیب در شرایط متوسط و شدید خورندگی سولفاتی بکار می روند. سیمان تیپ ٣ با مقاومت کوتاه مدت زیاد، برای کسب مقاومت زیاد در گیرش کوتاه مدت بکار می رود. سیمان های ضد انقباضی و سیمان های پر آلومین نیز در شرایط خاصی بکار می روند . انواع مختلفی از سیمان های زودگیر در بازار عرضه می شود که از لحاظ کیفی باید منطبق بر ضوابط  و استاندارد ASTM-C-928 باشند. بر این اساس، استفاده از این نوع سیمان ها باید با تحقیق بررسی بیشتری توام باشد چرا که مثلاً در صورتیکه حاوی گچ باشد (بخاطر بهبود کیفیت زودگیری سیمان اضافه می شود) مسلماً در سطوح بیرونی و نواحی مرطوب یا کلریدی دوام لازم را نداشته و خوردگی آن ها در این گونه شرایط محیطی مشکلات زیادی به همراه خواهد داشت. خواص گیرش و سخت شدگی سریع این سیمان ها، باعث محدودیت کاربردشان در مقدارهای کم می شود. هر گونه مصالح دیگری که به سرعت سخت شده و یا می گیرد باید از برنامه حذف شود. سنگدانه ها ضوابط مربوط به سنگدانه ها مشابه مقررات مذکور در مورد بتن و ملات می باشد. در کارهای تعمیری ممکن است از سنگدانه های ویژه ای مطابق ضوابط اجرایی، در مرمت نماسازی های بتنی استفاده شود تا هماهنگی بین بتن جدید و قدیم از لحاظ رنگ و طرح تامین گردد. افزودنی ها استفاده از افزودنی ها نیز در کارهای تعمیری مجاز است. این مواد شامل روان کننده ها، مواد حباب هوازا، زوگیرهای شیمیایی، فولاد، فایبرگلاس و یا پلی پروپیلن از نوع مقاوم قلیایی، سیلیس فعال (دوده سیلیس)، خاکستر بادی، پوزولانهای طبیعی و پلیمرهای ترکیبی می باشند.

مواد چسباننده مواد چسباننده در سه گروه قرار می گیرند که عبارتند از: مواد با پایه اپوکسی، مواد با پایه لاتکس  و مواد با پایه سیمانی. ترکیبات اپوکسی باید منطبق بر ضوابط استاندارد ASTM-C881 باشند. بخاطر ضریب  انبساط حرارتی و مقاومت کششی بزرگتر این مواد نسبت به بتن، در اثر تغییرات دمایی زیاد احتمال انقباض و سست شدن نواحی مرمت شده نازک، وجود خواهد داشت. رطوبت محصور شده در زیر یک ناحیه ترمیمی یا ترکیبات اپوکسی نفوذ ناپذیر، در شرایط یخبندان ممکن است منجر به شکست این ناحیه گردد. با توجه به اینکه عمر چسبندگی مفید اپوکسی در خلال کار کوتاه می باشد، کمیت مخلوط از لحاظ اندازه محدودیت داشته و این محدودیت در محیط های با درجه حرارت زیاد، بیشتر خواهد بود، چرا که زمان گیرش کوتاه تر می شود. ترکیبات اپوکسی محض سخت شدن از اثرات رطوبت و خورندگی های شیمیایی مصون خواهند بود، لیکن در درجه حرارت های زیاد نرم می شوند و در دمایی بیش از ٢٣٠ درجه سانتیگراد ذوب شده و می سوزند. کیفیت مواد چسبنده با ترکیبات لاتکس باید منطبق بر استاندارد ASTM-C1059  باشد. این ترکیبات دو نوع هستند : نوع ١، با قابلیت تعلیق محدود و نوع ٢ بدون قابلیت تعلیق مجدد نوع ١ برای ایجاد چسبندگی دریک دوره زمانی کوتاه معادل چند روز مورد استفاده بوده و در مجاورت رطوبت زیاد یا هوای نمناک قابل استفاده نمی باشد. این نوع برای کارهای سازه ای توصیه نمی شود. نوع ٢ مقاومت چسبندگی بیشتری نسبت به نوع قبل داشته و ممانعتی در استفاده از آن در مجاورت رطوبت وجود ندارد. دوغاب سیمان یا ملات سیمان شامل ماسه ریز و مقدار مناسب سیمان که بصورت یک خمیر در می آید، سال هاست که بعنوان عامل چسباندن دو سطح بکار گرفته می شود . پلی استرها، اکریلیک ها و متیل متاکریلیت ها ، صمغ های چسبنده ای مشابه اپوکسی ها و لیکن اقتصادی تر می باشند. این ترکیبات تمایل به انقباض بیشتری نسبت به اپوکسی ها دارند. پلی استرها به سطوح غیر متخلخل نظیر فلزات و شیشه بخوبی نمی چسبند، با سطوح مرطوب و نمناک نظیر سطح بتن تازه سازگار نیستند و زمان انبارداری آن ها کوتاه است.

آماده سازی بتن برای ترمیم و تعمیر

اغلب کارهای تعمیری بتن شامل برداشتن بتن ناحیه ای است که ممکن است پوسیده و یا تخریب شده باشد. انتخاب روش های متعدد برداشتن بتن معیوب با توجه به شدت و موقعیت ناحیه آسیب دیده، اقتصاد طرح، ایمنی کار، تاثیر بر روی بتن نواحی مجاور و تأثیر ناحیه آسیب دیده بر بهره برداری فعلی سازه، تعیین می شود. در مشخصات فنی لازم است روش تخریب نواحی معیوب، روش تعمیر و همچنین شرایط و آزمایش های پذیرش ناحیه تعمیر شده، ذکر گردند. انجام تعمیرات بزرگ که نیازمند برداشتن و اجرای مجدد بخش قابل توجهی از بتن سازه ای است، باید حتی المقدور بلافاصله پس از بازکردن قالب ها صورت گیرد. زمانیکه ناحیه مورد مرمت مسلح باشد بتن نواحی اطراف آرماتورها باید به مقدار بیشتری برداشته شود تا فضایی حداقل معادل ٢۵ میلیمتر پشت میلگرد خالی شود. روش های برداشتن بتن روش های برداشتن بتن معیوب در خلال عملیات مرمت، می تواند به سایش بتن، برش بتن، ضربه زنی بتن، پیش شکافت بتن  و نهایتاً روش انفجار بتن، طبقه بندی شود. روش های سایش بتن شامل ماسه پاشی، ساچمه پاشی و آب پاشی پر فشار می باشد. این روش ها جهت برداشتن لایه نازکی از بتن آسیب دیده یا رنگ پریده و همچنین زبر و ناهموار نمودن سطح در آماده سازی به جهت مرمت بکار می روند. ماسه پاشی ممکن است هم بر روی سطوح قائم و هم سطوح افقی انجام شود، ولیکن ساچمه پاشی مختص سطوح افقی نظیر بتن کف ها می باشد. آب پاشی پر فشار نیز مشابه ماسه پاشی در هر دو موقعیت قابل استفاده است. روش ضربه زنی شامل استفاده از قلم ها یا چکش های هوای فشرده یا برقی، قلم و چکش دستی، تیشه های سنگ تراشی، و در احجام بزرگ، دج بر و کله گاوی سوار شده بر بازوهای مکانیکی می باشد. قلم و چکش هوای فشرده متشکل از دستگاه ضربه زن هوای فشرده می باشد که سرمته های قلمی و یا چکشی ( با برجستگی های دندانه ای ) بر روی آن قابل نصب هستند. ضربات چکشی با زاویه قائم نسبت به سطح بتنی اعمال می شود و برای برداشتن لایه آسیب دیده از سطوح کاملاً عمودی و یکنواخت بکار می رود . برای تخریب بتن های حجیم، از دج بر و کله گاوی که بر روی یک ماشین متحرک سوار است استفاده می شود. دج بر متشکل از قلم بزرگی متصل به انتهای یک سیلندر می باشد که با فشار هوا کار میکند. امکان تنظیم ماشین و فشار وارده برای برداشتن عمق از پیش تعیین شده ای از مصالح سطحی، امکان پذیر است. کله گاوی متشکل از تیغه های برنده بر روی یک سر دوار می باشند که با اعمال چرخش و دوران، سطح مورد نظر را می برد. استفاده از این وسیله در سطوح قائم و افقی که دارای شبکه آرماتور می باشند، امکان پذیر است.

 جمع آوری گرد و خاک و خرده سنگ از روی سطوح بتنی و بصورت دستی با استفاده از این ماشین ها ممکن است. روش های پیش شکاف بتن شامل گوه زنی مکانیکی، ضربات پرفشار آب و بهره گیری از تورم شیمیایی است. گوه زنی مکانیکی که به منظور برداشتن حجم بزرگی از بتن حجیم بکار می رود، متشکل از یک گوه شکافنده هیدرولیکی است که در یک حفره که از قبل توسط مته در بتن تعبیه شده است، اعمال می گردد. وجود ترک در بتن ممکن است مانع از اعمال فشار هیدرولیکی کامل در حفره گردد. درصورت وجود آرماتور فولادی در ناحیه مورد مرمت، روش مکملی برای بریدن آرماتور باید مورد استفاده قرار گیرد. در روش تورم شیمیایی، مخلوطی از ماده شیمیایی مورد نظر و آب تهیه شده و سپس به داخل حفره مته کاری شده در بتن و مطابق با الگویی از پیش تعیین شده ریخته می شود. این مخلوط باعث افزایش حجم زیادی در بتن در مدت زمان کوتاه می گردد به نحوی که تمایل به شکافتن بتن خواهد داشت. گرچه استفاده از روشهای دستی مذکور اقتصادی تر می باشند، ولیکن مزیت عمده روش پیش شکافت بتن از طریق اعمال مواد متورم شونده، آن است که با ریختن این مواد در یک حفره نسبتاً عمیق، در مدت زمان کوتاه، امکان برداشتن حجم قابل توجهی از بتن امکان پذیر است، بدون اینکه اثر زیادی بر روی بتن باقیمانده داشته باشد. روش های برش بتن، شامل اعمال جت پرفشار آب، استفاده از اره های الماسه یا از جنس سنگ سنباده، استفاده از سیم های الماسه و روش های حرارتی می باشد. جت پرفشار آب، بهره گیری از جت کوچک و باریکی از آب می باشد که با فشار ٧٠٠ تا ٣٠٠٠ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع اعمال می شود. در صورتیکه استفاده مجدد از آرماتورها و حداقل آسیب به بتن های باقیمانده مدنظر باشد، استفاده از جت آب بهترین راه حل می باشد. فرز یا اره های الماسه و سنگ سنباده در اندازه های مختلفی قابل دسترسی می باشند که انتخاب آنها بستگی به مقتضیات پروژه دارد، لیکن فرآیند برشکاری با آن ها کند و پرهزینه است. برشکاری با سیم های الماسه، با حلقه کردن یک سیم الماسه بدور بخشی از سازه که قصد برداشتن آنرا داریم، انجام می گیرد. این حلقه سیمی با دوران های رفت و برگشتی، موجب برش قطعه در محل مورد نظر می شود.

 انفجار آخرین شیوه در برداشتن بتن معیوب است. در این روش مواد منفجره در چال هایی که در نقاط و امتداد مناسب حفاری شده اند، قرار گرفته و با انفجار آن ها، ناحیه مورد نظر از سایر قسمت های جدا می شود. این شیوه مختص برداشتن مقدار قابل توجهی از بتن و عمدتاً مناسب سازه های حجیم است. تمیز کردن و عمل آوری پس از برداشتن بتن پوسیده یا تخریبی به یکی از شیوه های فوق الذکر، هرگونه گرد و خاک، آشغال و خرده مصالح اضافی باید با استفاده از آب پاشی که عمدتاً با دمیدن هوا با رطوبت اضافی همراه است، از سطح کار برداشته شوند. در صورتیکه مصالح مرمت بتن سیمانی هستند، بتن اصلی مورد مرمت باید حداقل به مدت ۴٨ ساعت قبل از اعمال مصالح ترمیمی، مرطوب نگاه داشته شود. در صورت مشاهده روغن و یا هر نوع ماده آلوده دیگر در ناحیه تعمیری، سطح مورد نظر باید با مواد پاک کننده شسته شود.