بتن و فولاد دو نوع مصالحی هستند که امروزه بیشتر از سایر مصالح در ساختمان انواع بناها از قبیل ساختمان پلها،ساختمان سدها، ساختمان متروها،ساختمان فرودگاه‌ها و ساختمان بناهای مسکونی و اداری و غیره به کار برده می‌شوند.و شاید به جرأت می‌توان گفت که بدون این دو پیشرفت جوامع بشری به شکل کنونی میسر نبود.با توجه به اهدافی که از ساخت یک بنا دنبال می‌شود،بتن و فولاد به تنهایی و یا به صورت مکمل کار برد پیدا می‌کنند. فولاد به لحاظ اینکه در شرایط به دقت کنترل شده ای تولید می‌شود و مشخصات و خواص آن از قبیل تعیین و با آزمایشات متعددی کنترل می‌شود،دارای کاربری آسانتر از بتن است. اما بتن در یک شرایط کاملا متفاوتی با توجه به پارامتر‌های مختلف از قبیل نوع سیمان،نوع مصالح و شرایط آب و هوایی تولید و استفاده می‌شود و عدم اطلاع کافی از خواص مواد تشکیل دهنده بتن و نحوه تولید و کاربرد آن می‌تواند ضایعات جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد.

با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی در قرن اخیر، علم شناخت انواع بتن و خواص آنها نیز توسعه قابل ملاحظه ای داشته است، به نحوی که امروزه انواع مختلف بتن با مصالح مختلف تولید و استفاده می‌شود و هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست.هم اکنون انواع مختلفی از سیمانها که حاوی پوزولانها ،خاکستر بادی،سرباره کوره‌های آهن گدازی،سولفورها،پلیمرها،ال یافهای مختلف،و افزودنیهای متفاوتی هستند،تولید می‌شد. ضمن اینکه تولید انواع بتن نیز با استفاده از حرارت،بخار،اتوکلاو،تخلیه هوا،فشار هیدرولیکی،ویبره و قالب انجام می‌گیرد.

بتن به طور کلی محصولی است که از اختلاط آب با سیمان آبی و سنگدانه‌های مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به دست می‌آیدو دارای ویژگیهای خاص است.

ولین سؤالی که پیش می‌آید این است که چه رابطه ای بین تشکیل دهنده بتن باید وجود داشته باشد تا یک بتن خوب به دست آید و اصولا بتن خوب دارای چه شرایط و ویژگیهایی است. رابطه بین اجزاء تشکیل دهنده بتن،در خواص فیزیکی و شیمیایی و همچنین نسبت اختلاط آنها با هم است.چه اگر مصالح یا آب و سیمانی با خواصی مناسب بتن با هم مخلوط گردند و در شرایط و محیطی مناسب به عمل آیند،یقینا بتن خوبی حاصل می‌شودو اصولا بتن خوب، بتنی است که دارای مقاومت فشاری دلخواه و رضایت بخشی باشد. رسیدن به یک مقاومت فشاری دلخواه و رضایت بخش بدین معناست که سایر خواص بتن مانند مقاومت کششی، وزن مخصوص، مقاومت دربرابر سایش، نفوذ ناپذیری، دوام، مقاومت دربرابر سولفاتها و … نیز همسو با مقاومت فشاری، بهبود یافته و متناسب می‌شوند.

اگر چه شناخت مصالح مورد مصرف در ساخت بتن و همچنین خواص مختلف بتن کار آسانی نیست اما سعی می‌شود به خواص عمومی‌مصالح و همچنین بتن پرداخته شود.

بتن اینک با گذشت بیش از ۱۷۰ سال از پیدایش سیمان پرتلند به صورت کنونی توسط یک بنّای لیدزی، دستخوش تحولات و پیشرفتهای شگرفی شده است.در دسترس بودن مصالح آن، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت و سازهای فراوان سازه‌های بتنی چون ساختمان‌ها، پل‌ها، تونل‌ها، سدها، اسکله‌ها، راه‌ها و سایر سازه‌های خاص دیگر، این ماده را بسیار پر مصرف نموده است.

اینک حدود سه تا چهار دهه است که کاربرد این ماده ارزشمند در شرایط ویژه و خاص مورد توجه کاربران آن گشته است. اکنون کاملاً مشخص شده است که توجه به مقاومت تنها به عنوان یک معیار برای طرح بتن برای محیطهای مختلف و کاربریهای متفاوت نمی‌تواند جوابگوی مشکلاتی باشد که در درازمدت در سازه‌های بتنی ایجاد می‌گردد. چند سالی است که مسأله پایایی و دوام بتن در محیط‌های مختلف و به ویژه خورنده برای بتن و بتن مسلح مورد توجه خاص قرار گرفته است.مشاهده خرابی‌هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن‌ها در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشور‌های در حال توسعه، افکار را به سمت طرح بتن‌هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده است. در این راستا در پاره ای از کشورها مشخصات و دستورالعمل‌ها واستانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا تهیه شده و طراحان و مجریان در بعضی از این کشورهای پیشرفته ملزم به رعایت این دستورالعمل‌ها گشته اند.

در مواد تشکیل دهنده بتن نیز تحولات شگرفی حاصل شده است. استفاده از افزودنی‌های مختلف به عنوان ماده چهارم بتن، گسترش وسیعی یافته و در پاره ای از کشورها دیگر بتنی بدون استفاده از یک افزودنی در آن ساخته نمی‌شود. استفاده از سیمان‌های مختلف با خواص جدید و سیمان‌های مخلوط با مواد پوزولانی و نیز زائده‌های کارخانه‌های صنعتی روز به روز بیشتر شده و امید است که بتواند تحولی عظیم در صنعت بتن چه از نقطه نظر اقتصادی و چه از نظر دوام و نیز حفظ محیط زیست در قرن آینده بوجود آورد. در سازه‌های بتنی مسلح نیز جهت پرهیز از خوردگی آرماتور فولادی از مواد دیگری چون فولاد ضد زنگ و نیز مواد پلاستیکی و پلیمری (FRP) استفاده می‌شود که گسترش آن منوط به عملکرد آن در دراز مدت گشته است. با توجه به نیاز روز افزون به بتن‌های خاص که بتوانند عملکرد قابل و مناسبی در شرایط ویژه داشته باشند،سعی شده است تا در این مقاله به پاره ای از این بتن‌ها اشاره گردد. کاربرد مواد افزودنی به ویژه فوق روان کننده‌ها و نیز مواد پوزولانی به ویژه دوده سیلیس در تولید بتن با مقاومت زیاد و با عملکرد خوب مختصراً آورده می‌شود. بتن‌های خیلی روان که تحولی در اجرا پدید آورده است و نیز بتن‌های با نرمی‌بالا برای تحمل ضربه و نیروهای ناشی از زلزله نیز از مواردی است که باید به آنها اشاره نمود. کوشش‌های فراوان برای مبارزه با مسأله خوردگی آرماتور در بتن و راه حل‌ها و ارائه مواد جدید نیز در اواخر سالهای قرن بیستم پیشرفت شتابنده ای داشته است که به آنها اشاره خواهد شد.

افزودنی‌های خاص در شرایط ویژه :

برای ساخت بتن‌های ویژه در شرایط خاص نیاز به استفاده از افزودنی‌های مختلفی می‌باشد. پس از پیدایش مواد افزودنی حباب هواساز در سالهای ۱۹۴۰ کاربرد این ماده در هوای سرد و در مناطقی که دمای هوا متناوباً به زیر صفر رفته و آب بتن یخ می‌زند، رونق بسیار یافت. این ماده امروز یکی از پر مصرف ترین افزودنی‌ها در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است.

ساخت افزودنی‌های فوق روان کننده که ابتدا نوع نفتالین فرمالدئید آن در سالهای ۱۹۶۰ در ژاپن و سپس نوع ملامین آن بعداً در آلمان به بازار آمد شاید نقطه عطفی بود که در صنعت افزودنی‌ها در بتن پیش آمد. ابتدا این مواد برای کاستن آب و به دست آوردن کارایی ثابت به کار گرفته شد و چند سال بعد با پیدایش بتن‌های با مقاومت زیاد نقش این افزودنی اهمیت بیشتری یافت. امروزه بتن‌های مختلفی برای منظور‌ها و خواص ویژه و نیز به منظور مصرف در شرایط خاص با این مواد ساخته می‌شود که ازمیان آنها به ساخت بتن‌های با مقاومت زیاد، بتن‌های با دوام زیاد، بتن‌های با مواد پوزولانی زیاد (سرباره کوره‌های آهن گدازی و خاکستر بادی)، بتن‌های با کارایی بالا، بتن‌های با الیاف و بتن‌های زیر آب و ضد شسته شدن می‌توان اشاره نمود.

بتن‌های با کارآیی بسیار زیاد که چند سالی است از پیدایش آن در جهان و برای اولین بار در ژاپن نمی‌گذرد، تحول جدیدی در صنعت ساخت و ساز بتنی ایجاد کرده است. این بتن که نیاز به لرزاندن نداشته و خود به خود متراکم می‌گردد، مشکل لرزاندن در قالب‌های با آرماتور انبوه و محلهای مشکل برای ایجاد تراکم را حل نموده است. این بتن علیرغم کارایی بسیار زیاد خطر جدایی سنگدانه‌ها و خمیر بتن را نداشته و ضمن ثابت بودن کارایی و اسلامپ تامدتی طولانی می‌تواند بتنی با مقاومت زیاد و دوام و پایاپی مناسب ایجاد کند. در طرح اختلاط این بتن باید نسبت‌های خاصی را رعایت نمود. به عنوان مثال شن حدود ۵۰ درصد حجم مواد جامد بتن را تشکیل داده و ماسه حدود ۴۰ درصد حجم ملات انتخاب می‌شود. نسبت آب به مواد ریزدانه و پودری بر اساس خواص مواد ریز بین ۹/۰ تا ۱ می‌باشد. با روش آزمون و خطا نسبت دقیق آب به سیمان و مقدار ماده فوق روان کننده مخصوص برای مصالح مختلف تعیین می‌گردد. از این بتن با استفاده از افزودنی دیگری که گرانروی بتن را می‌افزاید در زیر آب استفاده شده است.

بتن‌های با عملکرد و دوام زیاد

از آنجا که رسیدن به مقاومت بالا در بتن از اهداف دست اندرکاران کارهای بتنی در دو دهه اخیر بوده است، ابتدا این نوع بتن با مقاومت بیش از MPA50 ساخته شد.با پایین آوردن نسبت آب به سیمان تا حد ۳/۰ رسیدن به چنین مقاومتهایی بسیار آسان است. برای ساخت بتن‌هایی با مقاومت بیشتر و در حد Mpa 110-80 و برای تقویت ناحیه فصل مشترک سنگدانه درشت و خمیر سیمان مواد سیلیسی فعال و غیر بلوری به نام دوده سیلیس به کار گرفته شد. همزمان سنگدانه‌هایی با مقاومت بیشتر و با دانه بندی مناسب تر و با کنترل حداکثر اندازه سنگدانه در این مخلوط‌ها به کار رفت.

از آنجا که در کاربرد این بتن گاه مقادیر بالایی سیمان و بیش از ۴۰۰ کیلوگرم (حتی تا ۵۰۰ کیلوگرم) مصرف می‌شد، علاوه بر گرانی این بتن، ترک‌هایی نیز حین ساخت به دلیل جمع شدگی پلاستیکی و ناشی از خشک شدن بیشتر این بتن‌ها و نیز ترک‌های حرارتی بوجود آمد. همچنین با افزایش این مقاومت تردی و شکنندگی بتن نیز افزایش یافت. چنین بتنی نمی‌توانست در شرایط محیطی سخت و محیطهای خورنده به علت وجود ترک‌های زیاد دوام قابل قبولی داشته باشد.

به منظور افزایش دوام حین افزایش مقاومت ضمن کاربرد دوده سیلیس و کم کردن آب و مصرف فوق روان کننده، مقدار سیمان کاهش یافته و در عوض مواد پوزولانی همچون دوده سیلیس، خاکستر بادی، سرباره کوره‌های آهن گدازی، خاکستر پوسته برنج و بالاخره پوزولان‌های طبیعی به صورت مواد ریزدانه جایگزین آن گردید. امروز شاهد ساخت بتن‌هایی با دوام که نفوذپذیری کمی‌دارند و در مقابل حملات شیمیایی کلرورها و سولفات‌ها و گاز کربنیک و بعضاً واکنش قلیایی پایدارتر می‌باشند، هستیم.

برای مصرف این بتن در سازه‌های بلند و رفع نقیصه شکنندگی در پاره ای موارد از الیاف‌های کوتاه استفاده شده تا بدین وسیله نرمی‌این بتن‌ها افزایش یابد. از مزایای عمده این بتن‌ها کاهش وزن ساختمان‌ها به علت کم کردن ابعاد ستون‌ها، صرفه جویی در میزان بتن و فولاد، کوتاه شدن دوران ساخت، تغییر شکل‌های وابسته به زمان کمتر و پایایی و داوم بشتر آ نها می‌باشد.

به منظور کاستن وزن سازه‌های بتنی که با بتن با مقاومت زیاد ساخته می‌شوند چند سالی است که با مصرف بخشی از سنگدانه‌های سبک در آن، بتن‌های سبک تری تولید نموده اند. امروزه بتن‌هایی با وزن مخصوص ۲ تن بر متر مکعب و مقاومت‌های mpa 80-60 در بعضی پروژه‌ها به کار رفته است. به علت دوام قابل قبولی که این بتن‌ها در آزمایشات متعدد از خود نشان داده اند مصرف آنها در چند سازه بتنی دریایی در محیط‌های خورنده در کشورهای نروژ، کانادا، ژاپن، آمریکا و استرالیا گزارش شده است.

در کشور ما نیز اخیراً با تولید دوده سیلیس در کارخانه‌های داخلی کاربرد این ماده در بتن آغاز گشته است. در چند پروژه در جنوب کشور که به علت داشتن آب و هوای گرم و محیطی خورنده برای بتن و نیز فولاد از سخت ترین شرایط محیطی برای بتن است، بتن با سیمان دارای حدود ۷ تا ۱۰ در صد میکرو سیلیس به عنوان جابگزین سیمان استفاده شده است. بایستی توجه داشت که به علت عدم آب انداختگی این بتن و واکنش‌های سریع و گرمای محیط خطر ایجاد ترک‌های پلاستیک در ساعات اولیه و سپس ترک‌های ناشی از خشک شدن و حرارتی در این بتن‌ها زیاد بوده و در صورت عدم کنترل و دقت و عمل آوری سریع و مناسب علیرغم مقاومت زیاد وجود ترک در این بتن‌ها سبب افزایش نفوذ پذیری آنها گشته و در نتیحه املاح و مواد خورنده به داخل بتن و خوردگی آرماتور خرابی بتن تشدید می‌گردد. در پاره ای از تونل‌های انتقال آب و نیز تونل سدها نیز از این ماده در طرح اختلاط بتن برای بتن پاشی پوشش استفاده شده است. پیوستگی خوب این بتن و کم شدن مصالح بازگشتی و مقاومت و دوام خوب از خصوصیات آن درپوشش تونل‌ها است. این ماده در لایه نهایی سرریز بعضی سدهای کشور نیز در حال استفاده و یا در آینده استفاده نخواهد شد. مصرف میکرو سیلیس در بتن سبب افزایش مقاومت سایشی و فرسایشی بتن می‌گردد.

بتن‌های با نرمی‌بالا

امزوزه کار برد بتن با نرمی‌بالاتر که بتواند تغییر شکل‌های زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات در خصوص تأمین نرمی‌لازم در بتن با الیاف‌های مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام می‌باشد. هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی، کنترل گسترش ترک‌ها و افزایش طاقت بتن می‌باشد تا قطعه بتنی بتواند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکل‌های زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید.

بتن با الیاف مختلف در سال‌های اخیر در سازه‌های عمده ای چون رو سازی راهها و فرودگاه‌ها، پی‌های عظیم با تغییر شکل‌های زیاد و به ویژه در پوشش بتنی تونل‌ها به کار رفته است. در ساخت پوشش تونل‌ها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل می‌پذیرد. اخیراً برای حذف ترک‌ها در پوشش تونل‌هایی که به صورت چند تکه پیش ساخته اجرا می‌شود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترک‌ها در حین عمل آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونل‌های مترو شده است.

در نوع بسیار جدید بتن الیافی که می‌توان با آن به حداکثر نرمی‌در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف استفاده می‌شود . در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر می‌شود. میزان الیاف در این بتن حدود ۱۰ در صد می‌باشد که حدود ۱۰ برابر میزان الیاف در بتن‌های الیافی متداول است. با این مصالح لایه‌های محافظی بدون ترک و تقریبا غیر قابل نفوذ می‌توان ایجاد نمود. به علت نرمی‌زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دال‌های فولادی می‌رسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود ۱۱۰-۸۵ مگا پاسکال و مقاومت خمشی حدود N/m 45-35 می‌باشد. از این قطعات می‌توان نه تنها به عنوان لایه‌های محافظ کوچک استفاده نمود بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان می‌دهند. در کارهای تعمیراتی دال‌ها می‌توان از آنها به عنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و در زمان کوتاهی استفاده نمود.

آرماتورهای غیر فولادی در بتن

در سال‌های اخیر استفاده محدودی از آرماتورهای غیر فلزی آغاز گشته است هر چند تحقیقات بر روی کاربرد وسیعتر آنها و عملکرد دراز مدت این نوع آرماتورها ادامه دارد این آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای (GFRP) الیاف آرامیدی (Afrp) والیاف کربنی (CFRP) در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند.

خاصیت عمده این آرماتورها که سبب کار برد آنها شده است مقاومت در برابر خوردگی آنهاست که می‌تواند در محیط‌های بسیار خورنده دوام دراز مدتی داشته باشند. علاوه بر این مقاومت بالا، مقاومت به خستگی بالا، ظرفیت بالای تغییر شکل ارتجاعی، مقاومت الکتریکی زیاد و هدایت مغناطیسی پایین و کم این مواد از مزایای آنها شمرده می‌شود. البته این مواد معایبی چون کرنش گسیختگی کم و شکننده بودن و خزش زیاد و تفاوت قابل ملاحظه ضریب انبساط حرارتی آنها در مقایسه با بتن را به همراه دارند.

اخیراً از الیاف مختلف شبکه‌هایی بافته شده و به صورت یک شبکه آرماتور در سطح بتن برای کنترل ترک و کم کردن عرض آن و همچنین در دیوارهای نمای بتنی ازآن استفاده می‌کنند. تحقیقات روی کاربرد صفحات الیافی به جای صفحات فولادی برای تقویت قطعات خمشی و تیرها و دال‌ها به ویژه در پل‌ها ادامه دارد. این صفحات با رزین‌های اپوکسی به نواحی کششی از خارج اتصال داده می‌شود. کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است.

مقابله با خوردگی بتن

مسأله خوردگی فولاد در بتن از معضلات عمده کشورهای مختلف جهان است. این مسأله حتی در کشورهای پیشرفته همچون آمریکا، کانادا، ژاپن و بعضی کشورهای اروپایی هزینه‌های زیادی را برای تعمیر آنها به دنبال داشته است. به عنوان مثال درگزارش‌های اخیر بررسی پل‌ها در امریکا حدود ۱۴۰،۰۰۰ پل مسأله داشته اند. این مسأله در کشورهای در حال توسعه و در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شدیدتر بوده و سازه‌های بتنی زیادی در زمانی نه چندان طولانی دچار خوردگی و خرابی گشته اند. بررسی‌ها در این مناطق نشان می‌دهد که اگر مصالح مناسب انتخاب گردد، بتن با مشخصات فنی ویژه این مناطق طرح گردد، در اجرای بتن از افراد کاردان استفاده شود و سرانجام اگر عمل آوری کافی ومناسب اعمال شود، بسیاری از مسائل بتن بر طرف خواهد گشت. به هرحال برای پیشگیری در سال‌های اخیر روش‌ها و موادی توصیه و به کار گرفته شده است که تا حدی جوابگوی مسأله بوده است.

استفاده از آرماتورهای ضدزنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیکیfrp یکی از این روش‌ها است که به علت گرانی آن هنوز کاملا توسعه نیافته است. به علاوه عملکرد دراز مدت این مواد باید پس از تحقیقات روشن گردد.

از روش‌های دیگر کاربرد حفاظت کاتدیک در بتن می‌باشد با استفاده از جریان معکوس با آند قربانی شونده می‌توان محافظت خوبی برای آرماتورها ایجاد نمود. این روش نیاز به مراقبت دائم دارد ونسبتا پرخرج است ولی روش مطمئنی می‌باشد.

برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می‌شود. تاریخچه مصرف این آرماتورها بویژه در محیط‌های خورنده نشان می‌دهد که در بعضی موارد این روش موفق و در پاره ای نا موفق بوده است. به هرحال اگر پوشش سالم بکار گرفته شود با این روش می‌توان حدود ۱۰ تا ۱۵ سال خوردگی را عقب انداخت.

استفاده از ممانعت کننده‌ها و بازدارنده‌های خوردگی بتن نیز به دو دهه اخیر برمی‌گردد. مصرف بعضی از این مواد همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است. به هر حال عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط‌های واقعی مناسب بوده است. بازدارنده‌های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند ولی دلیل گرانی زیاد هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند.

برای محافظت بیشتر آرماتور و کم کردن نفوذپذیری پوشش‌های مختلف سطحی نیز روی بتن آزمایش و به کار گرفته شده است. این پوشش‌ها که اغلب پایه سیمانی و یا رزینی دارند با دقت روی سطح بتن اعمال می‌گردند. عملکرد دوام این پوشش به شرایط محیطی وابسته بوده و در بعضی محیط‌ها عمر کوتاهی داشته و نیاز به تجدید پوشش بوده است. روی هم رفته پوشش‌های با پایه سیمانی هم ارزانتر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه پیوستگی و دوام بهتری در محیط‌های خورنده و گرم نشان می‌دهند.

با پیشرفت روزافرون انقلاب تکنولوژیک به ویژه در تولید بتن‌های خاص برای مناطق و شرایط خاص می‌توان از این بتن‌ها در ساخت وسازهای آینده استفاده نمود. دانش استفاده صحیح از مصالح، اجرای مناسب و عمل آوری کافی می‌تواند به دوام بتن‌ها در مناطق خاص بیفزاید. تحقیفات گسترده و دامنه داری برای بررسی دوام بتن‌های خاص در شرایط ویژه و در دراز مدت بایستی برنامه ریزی و به صورت جهانی به اجرا گذاشته شود.

تواتر نمونه برداری برای آزمایش مقاومت فشاری بتن

دراکثرقراردادهای طرحهای عمرانی کشور ، ضوابط و مقررات ، آئین نامه‌های رایج بخصوص آئین نامه بتن ایران جزء مشخصات فنی پیمان بوده و رعایت آنها ضروری است .

پذیرش بتن در کارگاه براساس نتایج آزمایش فشاری نمونه‌های برادشته شده از بتن مصرفی صورت می‌پذیرد .

دراکثر طرحها عمرانی کشور و آزمایشگاه‌ها روش B.S.1881 با قالب مکعبی نمونه گیری انجام و نسبت به حجم بتن مطابق بند ۶-۵-۱-۲ آئین نامه بتن ایران می‌باشد:

الف ) برای دالها و دیوارها ، یک نمونه برداری از ۳۰ مترمکعب بتن یا ۱۵۰ مترمربع سطح

ب ) برای تیرها و کلافها درصورتی که جدا از قطعات دیگر بتن ریزی میشوند ، یک نمونه برداری از هریکصد مترطول

ج ) برای ستونها ، یک نمونه برداری از هر۵۰ مترطول

براین اساس و روش فوق حداقل شش نمونه مکعبی از حجم بتن به ترتیب:

یک نمونه (یک آزمونه ) ـــــــــــــــــــــــــ ۷ یا ۱۱ روزه

سه نمونه (سه آزمونه )‌ ـــــــــــــــــــــــ ۲۸ یا ۴۲ روزه

یک نمونه (یک آزمونه )‌ ـــــــــــــــــــــــ ۹۰ یا ۱۲۵ روزه

یک نمونه (یک آزمونه ) ــــــــــــــــــــــــ کنترل یا آگاهی

به عبارت دیگر حداقل شش نمونه (آزمونه )‌از هربتونیر در مدت تخلیه اش بصورت تصادفی ، با رعایت بند ۶-۵-۱-۲ حجم بتن برداشته شود.

با نمونه‌های فوق طبق ردیف ب بند ۶-۵-۲-۱ و بند ۶-۵-۲-۲ می‌توان از نمونه‌ها ( آزمونه‌ها ) نسبت به ارزیابی پذیرش بتن اعلام نظر شود ولی مغایر با ردیف الف بند ۶-۵-۲-۱ و بند ۶-۵-۱-۱ و بند ۶-۵-۱-۵ است .

نمونه برداری از بتن

روش آئین نامه بتن ایران

:‌

در بند ۶-۵-۱-۱ – مقصود از هر نمونه برداری از بتن ، تهیه دوآزمونه از آن است که آزمایش فشاری آنها در سن ۲۸ روزه یا هر سن مقرر شده دیگر انجام می‌پذیرد و متوسط مقاومتهای فشاری بدست آمده بعنوان نتیجه نهایی آزمایش منظور میشود .

در هرنمونه برداری از بتن ، تهیه آزمونه‌های زیر انجام می‌گیرد:

آزمونه اول ـــــــــــــــــ ۷ یا ۱۱ روزه

آزمونه دوم ــــــــــــــــ ۲۸ یا ۴۲روزه

آزمونه سوم ـــــــــــــــ ۲۸ یا ۴۲ روزه

آزمونه چهارم ـــــــــــ ۹۰ یا ۱۲۵ روزه یا آگاهی

لازم به توضیح است که برابر بند ۶-۵-۱-۲ و رعایت عملی ردیف الف بند ۶-۵-۲-۱ وبا درنظر گرفتن دو آزمونه دوم و سوم بجای کلمه مقاومت نمونه در احجام مختلف می‌توان طبق بند ۶-۵-۲ نسبت به مقاومت فشاری اظهار نظر کرد .

مقدارنمونه برداری مورد نیاز برای دالها و دیوارها:

تعداد نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ حجم بتن ( مترمکعب بتن )

سه نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ ۱ الی ۹۰

شش نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ ۹۱ الی ۱۸۰

نه نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ ـــ ۱۸۱ الی ۲۷۰

و ………………..

حداقل چهار نمونه (آزمونه )‌از هربتونیر در مدت تخلیه اش بصورت تصادفی برداشته شود و اگر حجم بتن کم باشد ، نمونه‌ها ی متوالی میبایستی همزمان با تخلیه ۴/۱ و ۴/۲ و ۴/۳ فواصل مخلوط بتن داخل مخلوط کن برداشته شود و اگر بیشتر شود ، مابین فواصل مقادیر تخلیه شده به همان نسبت بطور مساوی فاصله می‌گذاریم.

نمونه‌های متوالی به نمونه‌هایی گفته میشود که فاصله زمانی هر نمونه برداری با نمونه برداری بعد از آن بیشتر از سه شبانه روز نباشد.

لازم به توضیح است که نمونه برداری ، واحد آئین نامه بتن ایران به ترتیب نمونه استوانه ایی ، مگا پاسگال مبیاشد که برای تبدیل نمونه مکعبی ۱۵*۱۵ به نمونه استوانه ای به شرح زیر اقدام میشود.

۲۵=(۲۵/۱*۲/۱۰ ۳۰۶

۲۰=(۲۰/۱*۲/۱۰) : ۲۶۰۸۰ سال گذشته در بسیاری از رشته‌های ساختمانی کاربرد داشته و با عمر مفید طولانی خود، مصالح با دوامی‌را به اثبات رسانده است. به هر حال بتن در پروژه‌های صنعتی بکار برده شده و در معرض شرایط بسیار سخت محیطی قرار گرفته و صدمات ساختاری و کاربردی را در طول عمر خود نشان داده است، که این صدمات از ۳ منبع اصلی سرچشمه گرفته اند شامل : پروژه‌های صنعتی که عموماً توسط طراحان بومی، پیمانکاران بین المللی و کسانی که متخصص در این رشته می‌باشند، انجام می‌شود. طراحان این پروژه‌ها از شرایط سختی که بتن در معرض آن قرار می‌گیرد اطلاع کافی ندارند. در اکثر مواقع، افراد بهره بردار، نگهدارنده و محافظ این سازه‌های بتنی بیشتر از متخصصین دارای تجارب کاری در رشته‌های مکانیک، برق و یا شیمی‌بوده اند و بنابراین صدمات وارده بر اجزاء بتنی را تشخیص نداده اند. نهایتاً این صدمات عمیق تر و پیشرفته تر می‌شدند.

ارزیابی و پذیرش بتن درکارگاه

وجود استاندارد‌ها و آیین نامه‌های ملی در هرکشور نشانه رشد و توسعه آن کشور است و هدف از ارائه آئین نامه ، حداقل ضوابط و مقرراتی است که با رعایت آن میزان مناسبی از ایمنی ، قابلیت بهره برداری ، پایایی سازه‌ها تامین میشود.

درطرحهای عمرانی و کارگاه‌های کشور رعایت استانداردها و آئین نامه‌ها الزامی‌است ، اما باتوجه به شرایط اقلیمی‌، تنوع مصالح ، نیروی انسانی و ….. وگستردگی کشور ، طرحهای عمرانی و کارگاه‌ها نیازمند آئین نامه و دستورالعمل خاص بوده و منابع آنها بایستی در دسترس شاغلین دربخش مورد نظر قرارگیرد .

در آئین نامه بتن ایران بند ( ۶-۵ ) ارزیابی و پذیرش بتن قید گردیده است ، اما باتوجه به اینکه درتهیه آئین نامه بتن ایران از‌ آئین نامه‌های متفاوت کشورها استفاده شده است ، با شرایط کارگاه‌های ایران ، ضوابط آزمایشگاه‌ها در نحوه نمونه گیری ،‌ بررسی بتنهای با مقاومت کم منطبق نیست.

چنانچه میدانیم در کارگاه‌های عمرانی ، بنا به خطای انسانی ، ماشین آلات ، مصالح متفاوت مصرفی ، شرایط اقلیمی‌و … احتمال استفاده از بتنهای با مقاومت کم وجود دارد که در محدوده غیر قابل قبول (بند ۶-۵-۲-۲) قرارمیگیرد .

با توجه به هزینه مالی طرح و مدت زمان اجراء آن ، استفاده از بند ( ۶-۶ ) و بررسی بتن‌ها اقدامی‌علمی‌خوبی است اما عملی نیست . بدین منظور ما باید منطقه تخفیف ، منطقه مشمول جریمه ، منطقه تخریب و بازسازی مجدد را دقیقا” بسته به سازه مورد نظر مشخص کنیم.

الف – منطقه تخفیف

با بررسی فرمولهای ارائه شده در بند ۶-۵-۲-۱ و ۶-۵-۲-۲ آئین نامه بتن و بند ۶-۵-۲-۳ مشخص میشود که به تشخیص طراح بدون بررسی بیشتر به مقدار ۵ الی ۶ درصد مقاومت فشاری بتن از نظر سازه قابل قبول تلقی میشود .

ب- منطقه مشمول جریمه

درمحاسبات هرسازه حداقل مقاومت فشاری بتن مورد نظر برای طراح بایستی مشخص بوده و در محاسبات منظور شود . با توجه به رده بندی بتن ، طراح میتواند برای جبران مشکلات اجرایی ، ضریب اطمینان یک رده بیشتر از رده محاسباتی درنقشه اجرایی قید نماید و استفاده از رده بیشتر توجیه اقتصادی ندارد . در جدول زیر ( ۱- ۱ ) محدوده ارزیابی نتایج آزمایش مقاومت فشاری بتن به عیار ۳۵۰ کیلوگرم برمترمکعب بتن در شرایط آزمایشگاهی و ضریب جریمه تنظیم شده است.

مقاومت فشاری بتن ۲۸ یا ۴۲ روزه (کیلوگرم برسانتی مترمربع ) ـــــــــــــ ضریب جریمه

۳۰۶ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــ ۰

۲۹۶ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــ ۵۶/۴

۲۸۷ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــ ۲۳/۷

۲۷۸ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ ۹۰/۹

۲۶۹ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــ ۵۷/۱۲

۲۶۰ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ ۲۵/۱۵

۲۵۱ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــ ۵۹/۱۷

۲۴۲ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ ۵۶/۲۰

۲۳۳ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــ ۲۶/۲۳

۲۲۴ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــ ۹۳/۲۵

۲۱۵ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ ۶۰/۲۸

ضریب جریمه یا بهای عملیات خارج از مشخصات ، شامل کلیه اقلامی‌است که منجر به تهیه بتن میگردد . اعم از بتن ( شن ، ماسه ، سیمان و …. ) و هزینه‌های مربوط به بهاء میلگرد ، قالب بندی و غیره .

لازم به توضیح است که نمونه برداری ، واحد آئین نامه بتن ایران به ترتیب نمونه استوانه ایی ، مگا پاسگال مبیاشد که برای تبدیل نمونه مکعبی ۱۵*۱۵ به نمونه استوانه ای به شرح زیر اقدام میشود .

۲۵=(۲۵/۱*۲/۱۰ ۳۰۶

۲۰=(۲۰/۱*۲/۱۰) : ۲۶۰

ج- منطقه تخریب

درمحاسبات سازه بصورت دستی یا کامپیوتری ، حداقل رده بتن توسط طراح اعمال ، ولی محاسبات نتیجه قابل قبول ارائه نمیگردد . این رده بتن مرز تخریب بوده و مقاومت فشاری کمتر از آن برای سازه قابل قبول نیست .

نفوذپذیری و دوام

بتن در

۱-

۲-

۳-

۸۰ سال گذشته در بسیاری از رشته‌های ساختمانی کاربرد داشته و با عمر مفید طولانی خود، مصالح با دوامی‌را به اثبات رسانده است. به هر حال بتن در پروژه‌های صنعتی بکار برده شده و در معرض شرایط بسیار سخت محیطی قرار گرفته و صدمات ساختاری و کاربردی را در طول عمر خود نشان داده است، که این صدمات از ۳ منبع اصلی سرچشمه گرفته اند شامل : پروژه‌های صنعتی که عموماً توسط طراحان بومی، پیمانکاران بین المللی و کسانی که متخصص در این رشته می‌باشند، انجام می‌شود. طراحان این پروژه‌ها از شرایط سختی که بتن در معرض آن قرار می‌گیرد اطلاع کافی ندارند. در اکثر مواقع، افراد بهره بردار، نگهدارنده و محافظ این سازه‌های بتنی بیشتر از متخصصین دارای تجارب کاری در رشته‌های مکانیک، برق و یا شیمی‌بوده اند و بنابراین صدمات وارده بر اجزاء بتنی را تشخیص نداده اند. نهایتاً این صدمات عمیق تر و پیشرفته تر می‌شدند.

پالایشگاههای کشورهای منطقه خلیج فارس بیان کننده یک منبع اساسی درآمد مالی برای این کشورها بوده اند، و این تأسیسات بزرگ از سالهای

۱۹۵۰ توسط شرکتهای پیمانکار بین المللی از آمریکا و اروپا ساخته شده اند. بسیاری از این سازه‌های بتنی ساخته شده، هنوز در دست بهره برداری هستند و بسیـاری نیـز تعمیر و ترمیم یافته اند تا عمر مفید طولانی تری را به آنها بیفزایند. اغلب بخاطر سرمایه گذاری‌های کلان در این نوع تأسیسات، عمر مفید طراحی شده آنها عموماً بسیار طولانی تر بوده و تعدادی از آنها نیز از رده خارج شده اند.

آقای اکانر

( Oconner ) در مطالعات اخیر خود اطلاعات جدیدی را درباره پالایشگاه‌ها ارائه داده، که قبل از این اطلاعات کافی درباره صدمات وارده توسط آب شور دریا بر سازه‌های بتنی پالایشگاه‌ها در این منطقه وجود نداشت.

مطالعات دیگری نیز اخیراً توسط ایمن ابراهیم

( Iman A Ibrahim ) و همکاران او درباره عملکرد بتن بکار گرفته شده در پالایشگاه در این منطقه انجام یافته و تغییرات خاص بتنی را که در معرض شرایط محیط قرار گرفته، ارائه داده اند.

بتن که در شرایط سخت آب و هوایی خلیج فارس و نیز در پالایشگاهها و در معرض شرایط آب و هوایی میکرونی محیط دیگر مناطق دنیا قرار گرفته است، می‌تواند بخاطر شرایط ذیل تخریب شود : درجه حرارت بسیار بالا در کوره‌های بلند در پالایشگاه‌ها و ترک خوردگی در اثر آن. حمله سولفات در نتیجه گازهای سولفوریک همچون SO2 و H2S که در زمان کار تولیدی پالایشگاه، بعنوان مواد جانبی تولید صنعت نفت ایجاد می‌شوند و همچنین رطوبت زیاد محیط خلیج فارس. اسید سولفوریک وباران اسیدی و حملات آنها بر سطح بتن و واکنش شیمیایی SO2 که با رطوبت موجود تولید سولفات کلسیم نموده که به سادگی بخاطر محلول بودن آن توسط آب شسته می‌شود، بنـابراین، تـولید سفیدک زدگی ( Leaching ) انجام می‌شود و در نتیجه مقاومت بتن کاهش می‌یابد، بخصوص تحت فعالیت مداوم SO2 و سولفات کلسیم تولید شده، در صورت شستشو جهت تمیز کاری با آب دریا، کریستـال گچ بوجود می‌آیـد که بـا سیـمان واکـنش نـشان داده و تاماسایت (Thaumasite) تولید می‌شود که باعث تولید خمیر بسیار نرمی‌می‌شود. نرخ و پیشرفت خرابی توسط حمله سولفاتها بستگی به غلظت سولفات، نوع نمک سولفات، نفوذپذیری، و تخلخل بتن دارد. خرابی، در زمانی اتفاق می‌افتد که بتن از یک طرف تحت شرایط فشار آب و از طرف دیگر هوا باشد. تر و خشک شدن در اثر نشت آب و یا شستشوی سازه بتنی با آب شور دریا، هیـدروکربورهای ریختـه شده روی سطح بتن، بـاعث نفوذ آب در خلل و فرج خمیر سیمان و سنگدانه‌ها و در نتیجه افزایش نفوذپذیری می‌شود. نفوذ یون کلر و حملات سولفاتها باعث خوردگی آرماتورها و در نتیجه ترک خوردگی می‌شوند. حرکات ماشین آلات، باعث تولید ترکها در بتن می‌شود. نشت بخار و گازها از لوله‌های موجود در پالایشگاهها باعث خرابی سطوح بتنی و در نتیجه اجزاء تشکیل دهنده بتـن می‌شود. علاوه بـر شرایـط مضر بر بتن، شرایط نگهداری و حفاظت سازه‌های بتنی نیز مهم می‌باشند.

اهمیت مطالعات اخیر بر این است که در چندین سال گذشته بیشتر مطالعات در لابراتور

انجام یافته ولی عملیات تحقیقاتی اخیر در محل کارگاه و در شرایط واقعی و عملکرد ۴۰ ساله بتن در شرایط سخت پالایشگاه می‌باشد.

ساختار بتن :

در حال حاضر بتن دیگر همان مصالح ساختمانی قدیمی‌نیست

Cement + Agregates + Water + Admixture or Adetives = Concrete

. بسیاری از مواد معدنی و آلی جهت اصلاح خواص آن برای ساخت بتن دوره جدید به سیمان پرتلند اضافه می‌شوند. برخلاف بتن ساخته شده فقط با سیمان پرتلند، خواص بتن دوره جدید به خاطر پیچیدگی خاص خود کاملاَ روشن و مدون نیست، ولی آنالیز بسیاری از مواد مصرفی فعال روی دوام بتن شفاف تر از قبل می‌باشند.

سیستم سخت شدن سیمان با آب :

تـرکیـب سیـمان بـا آب منـجـر بـه تـشکیـل یـک کـنـگلـو مـرای سخت شده بـا سـاختـار پـیـچیـده و ترکیبات شیمیایی جدیدی می‌شود که خمیر سیمان سخت شده یا

Paste نامیده می‌شود.

ساختار تخلخل موئینه :

سطح داخلی ذرات سیمان سخت شده در بتن تا حدود زیادی تعیین کننده میزان یا شدت تداخل متقابل بتن با آب و هوای میکرونی محیط اطرافش می‌باشد

فـرآیند مخرب :

فعالیت مخربی در سطوح بین حدفاصل آب و هوای میکرونی محیط و بتن شروع می‌شود و به طرف عمق و توده بتن

(جسم بتن) از طریق خلل و فرجهای موئینه منتشر شده و پیشروی می‌کند. مساحت سطح داخلی خمیر سیمان سخت شده چندین برابر مساحت سطح خارجی ساختار بتن است.

این مطلب بیانگر میل بیشتر به آسیب دیدگی

(شدت بیشتر آسیب دیدگی) حتی در زمانی است که لایه مواد عملاً درگیر در تداخل شیمیایی بسیار نازک باشد که در مقایسه با نسبت سرعت نفوذ مواد آسیب رسان (مضر) به واکنش آنها سنجیده می‌شود.

درجه تخریب ناشی از شکل‌های مختلف آسیب دیدگی اساساً با صور

(Features) آسیب دیده ساختار بتن و بخصوص بوسیله ساختمان ظریف سیمان سخت شده تعیین یا تعریف می‌شود.

از آنجائیکه آسیب دیدگی در سطح تماس خمیر سیمان وفلز، بوجود می‌آید بنابراین نفوذپذیری بتن تعیین کننده میزان خرابی آن می‌باشد.

نفوذپذیری بتن تابعی از ساختار آن است و بنابراین داشتن درک مناسب از تمامیت ساختار بتن و پارامترهایی که آن را تعریف می‌کند، رابطه آن با تکنولوژی و بالاخره رابطه بین نفوذپذیری، دوام، ساختار بتن و ایستایی بتن در مقابل عوامل آسیب رسان

(مضر) با اهمیت می‌باشند.

رابطه بین نفوذپذیری و دوام بتن

ساختار متخلخل بتن قابلیت ایستادگی آن را در مقابل عبور سیالات یا گازها، تحت گرادیانهای مختلف تعیین می‌کند، یک سیال می‌تواند تا عمق کامل بتن تحت یک گرادیان بوجود آمده بطور مثال دیواره بتنی سازه آبی از جمله سد، مخزن آب و فاضلاب و غیره حرکت کند.

مواد مضر

(ترکیبات) در محیط گازی یا مایع می‌توانند به درون بتن بواسطه وجود فشار و غلظت، نفوذ کنند، انتقال از طـریق نفـوذ (انتـشار) بـا پدیده تماس (Connection ) می‌تواند تشدید شود. گازها و مایعات می‌توانند همچنین دراثر بوجود آمدن یک گرادیان حرارتی که بین دو سطح مخالف یک عضو بتنی در یک سازه با گرادیان رطوبتی پدیدار شده در جای جای بتن (که دارای یک جسم متخلخل و لوله‌های موئینه است)، حرکت کنند. گرادیانهای رطوبتی و حرارتی، انتقال آب (بصورت بخار یا مایع) را به درون بتن تعیین می‌کنند و در نتیجه تنظیم کننده میزان رطوبت در اعضاء سازه بتنی هستند. مایعات ضمن حرکت، مواد محلول در خود را نیز به همراه خود به میان بتن منتقل می‌سازند.

نفوذپذیری چیست؟

سرعت انتقال مواد از میان بتن بستگی به ساختار آن دارد

. برای مشخص کردن نفوذپذیری یک ساختار، باید ضریب نفوذپذیری آن تأیین گردد که عبارت است از میزان جریان مایع یا گاز عبوری (معمولاَ بر حسب لیتر) در واحد زمان از میان واحد سطح مقطع، تحت یک گرادیان هیدرولیکی واحد (نسبت هد، یک متر آب، به مسیر عبور، واحد ضخامت بتن بر حسب متر) که معمولاً بطور کمی‌نفوذپذیری بتن با ضریب نشت مایع (سیال) مشخص می‌شود که با عوامل نفوذ گاز یا آب با یک شاخص قراردادی تعیین شده و محاسبه می‌گردد.

ضریب نفوذپذیری با واحد ذیل بیان می‌شود

سانتیمتر مربع

نفوذپذیری بتن : سانتیمتر مکعب × سانتیمتر (یا) سانتیمتر مکعب × سانتیمتر × ثانیه ×‌ سانتیمتر سانتیمتر مربع × ثانیه × ۱ اتمسفر (Concrete Permeability) :

نفوذپذیری بتن یکی از خواص مهم بتن در رابطه با دوام آن است، که این خاصیت، تسهیلاتی را فراهم می‌کند که آب یا سیالات دیگر بتوانند از میان بتن جریان پیدا کرده و مواد مضر و آسیب رسان را با خود به درون بتن حمل نمایند، به طور مثال :

حمله سولفاتها :

عبارت است از حرکت یونهای سولفات

SO3+ به داخل بتن و ترکیب آنها با آلومیناتها و در نتیجه تورم و ترکیدگی بتن در جایی که واکنش‌های شیمیایی مضر اتفاق می‌افتد.

کوکاکا

( Webster) , ( Kukacka ) بیان می‌کنند که گازهای خشک برای اجزاء ساختمان مضر نمی‌باشند، ولی همراه با رطوبت به داخل خمیر سیمان نفوذ کرده باعث خرابی بتن می‌شوند. هرچند SO2 (Sulfur Dioxide) خشک برای بتن مضر نمی‌باشد، ولی به هر حال یک واحد حجم آب، ۴۵ واحد حجم گاز را حل می‌کند که محلول اسید سولفوریک حاصل باعث خرابی بتن می‌شود.

در تـأسیسات صنعتـی، در جائیـکه سولفـور دی اکسیـد از دوده آزاد شده و با رطوبت اتمسفر ترکیب می‌شود، باعث تولید اسید سولفیدریک

Caco3 + H2SO4 + H2O Caso4 + 2H2O + CO2

(H2SO3) شده که به تدریج با وجود اکسیژن، اسید سولفوریک تولید می‌شود، و باعث ایجاد باران‌های اسیدی می‌شود که برای بتن و فولاد مضر می‌باشد. این واکنشها، عامل اصلی کاهش وزن مخصوص، مقاومت و دوام بتن می‌شوند.

که با اجزاء آلومیناتی سیمان ترکیب شده تولید اترینگایت

( Itrringite ) می‌نماید که به آلومینات – سولفو، کلسیم معروف است. اتـرینگایت در محلول کلـرور حل شده و در زمان شستشوی سطح بتن از روی آن پاک می‌شود و به دلیل تخلخل زیاد خلل و فـرجهای موئینـه موجود در بتن سخت شده بخاطر نسبت آب به سیمان بالا W/C در زمان ساخت بتن و اثر حمله سولفاتها باعث خرابی بتن می‌گردد. همچنین می‌تواند در اثر سفیدک زدن (Leaching) مداوم، سولفات کلسیم و گچ بوجود آید.

مکانیزم فیزیکی داشته که در اثر از دست دادن رطوبت در منافذ موئینه، نمکها غلیظ و کریستاله گردند، که همانند مکانیزم عمل انجماد و ذوب شدن مکانیزم فیزیکی آن سبب ترک خوردگی می‌شود. واکنش شیمیایی سولفات‌ها با هیدرواکسید کلسیم آزاد ۲(OH)Ca، محصول هیدراسیون ترکیب شده ساختار منافذ بتن را تخریب می‌نماید. واکنش یـون سولفـات با فـاز C3A سیمان تولیـد اترینگایت حجیم می‌نماید و سبب ترک خوردگی می‌شود.

مقاومت در مقابل یخ زدگی :

نفوذ آب به داخل خلل و فرج موئینه، باعث ایجاد تنش در اثر تشکیل کریستالهای یخ زدگی می‌شود.

حمله قلیایی‌ها با مصالح سنگی :

حرکت یونهای قلیایی و واکنش با مصالح سنگی در حضور آب منجر به ایجاد ژل متورم می‌شود.

ایستادگی در مقابل آتش سوزی :

بیرون زدن بخار آب ژلی

(فرار بخار آب) از لایه‌های گرم شده بالای ۱۰۵OC باعث قلوه کن شدن بتن و تخریب پوشش روی آرماتورها می‌شود.

خوردگی آرماتورهای فولادی :

نفوذ یون‌های کلر به سطح فولاد و باعث ایجاد خوردگی و ترک خوردگی بتن می‌شود

. یون کلر با آلومینات ترکیب شده تولید کلرور آلومینوم می‌نماید که مقدار آنرا برای ترکیب شدن با گچ یا سولفات‌ها کاهش می‌دهد، در واقع کمک به کاهش ترکیبات سولفاته می‌شود.

واکنش شیمیایی :

ترکیب مواد شیمیایی با هیدرواکسید کلسیم

۲(OH)Ca و سیلیکات کلسیم CSH در مجاورت رطوبت تولید ژل متورم می‌نماید که سبب ترک خوردگی پوشش بتنی می‌گردد.

ساختمان خلل و فرج :

از آنجائیکه جریان سیالات از طریق سیستم خلل و فرج موئینه صورت می‌گیرد، بررسی آزمایش ساختار خلل و فرج داخل بتن ضروری است

Pore Classification

Powers

خلل و فرجهای درون بتن معمولی (Normal Weight Concrete) بخشی از خمیر سیمان را تشکیل می‌دهند و به لحاظ اندازه حجمی‌دارای ابعاد بزرگی هستند.

Pore Size Classification for Cement Paste

دسته بندی خلل و فرج خمیر سیمان

در دسته بندی کلاسیک، پیش بینی شده است توسط

Power, Brown yard، خلل و فرج‌ها به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند :

خلل و فرج‌های ژلی

(Gel Pores)

: که به همراه تشکیل محصولات هیدراسیون (ژل سیمان) تشکیل می‌شوند که خلل و فرج ساختاری محسوب می‌شوند، در حالیکه خلل و فرج لوله‌های موئینه Capillary Pores به عنوان فضاهائی است که با پر شدن آب بوجود آمده و باقی می‌مانند.

خلل و فرج میکرونی

(Micro Pores) :

تخلخل ساختاری را تشکیل می‌دهند، در حالیکه، دلایل کافی وجود دارد که شامل خلل و فرج

Mesu نیز می‌بـاشند. خلل و فـرج‌های Mesu و Macro همگی سیستم خلل و فرج لوله‌های موئینه را تشکیل می‌دهند.

سیستـم خلل و فـرج در خمیـر سیـمان، یک سیــستم ادامـه دار

(Continuation) را تشکیل می‌دهد که می‌توان آن را با سیستم (MIP) Basic Mercury Inmison Porosity اندازه گیری کرد.

با ادامه و پیشروی هیدراسیون و یا کاهش نسبت آب به سیمان، حجم و اندازه خلل و فرج موئینه بطور محسوسی کاهش می‌یابند

.

اثر درجه حرارت عمل آوری روی خلل و فرج

Effect of Curing Temprature :

توزیع خلل و فرج قویاً تحت تأثیر درجه حرارت عمل آوری می‌باشد و درجه حرارت بالا، حجم خلل و فرج

(مزو Mesu) بزرگ را افزایش می‌دهد. Increase the Volume of Large Mesu Pores

جریان در خلل و فرج موئینه

Capillary Flow :

جـریـان در داخل خلل و فرج موئینه از قانون دارسی

dq/dt = KA (Dh / L)

D’ ARCY LAW برای جریان Laminar پیروی می‌کند.

که در آن

K

K/ = Kh

rg

dq/dt سرعت جریان و A مساحت سطح مقطع نمونه و (Dh / L) گرادیان هیدرولیکی در آن مقطع است. ضریب ثابت اندازه گیری (Proportionality) است که سهولت جریان آب را از میان نمونه بیان می‌کند. ریب نفوذپذیری یک ماده، ثابت و مستقل از سیال بکار برده شده است.

که در آن

h گرانروی (ویسکوزیته) سیال، r دانسیته و g شتاب ثقل است. در عمل غالباً مقدار اندازه گیری شده K به جای K/ به عنوان ضریب نفوذپذیری گزارش نمی‌شود.

اولین مطالعه توجیهی جامع عوامل مؤثر در نفوذپذیری خمیر سیمان با استفاده از این دیدگاه

Approach توسط پاور ( Power ) و همکارانش انجام شده است. آنها بطور کمی‌اثر نسبت آب به سیمان (W/C) و زمان عمل آوری مرطوب (Micro Curing) را نشان دادند.

در این تحقیق نشان داده شده است که خمیرهای نمونه عمل آمده می‌توانند نفوذپذیری بسیار پائین، معادل ویژگی صخره متراکم

(Dense) را داشته باشند. حتی اگر مجموعه احجام خلل و فرج این خمیرها بالا باشند. این مطلب از این واقعیت ناشی می‌شود که سیستم خلل و فرج موئینه که از میان آنها به آسانی آب جریـان پیـدا می‌کنـد از طریق رسوب محصولات هیدراسیون مسدود می‌شوند. تشکیل چنین پدیده ای، قویاً به نسبت آب به سیمان در خمیر سیمان بستگی دارد. در چنین سیستم خلل و فرج غیر پیوسته ای جریان از طریق حرکت از میان خلل و فرج‌های بسیار ریز (Gel Pores) ژل سیمان (Micro Pores) محدود می‌شود، بطوریکه جریان دارسی به مقدار زیادی با جذب سطحی فیزیکی آب (Adsorption) در روی سلولهای سطح خلل و فرج بسیار تعدیل و ملایم می‌گردد.

پاور

( C ) 0.7 + 124 2 ) – ) p × e 2( 1-C ) 10 –۱۲ × ۱٫۳۶ K1 =

h(q) C T 1-C

(Power ) و همکارانش، یک دیدگاه تئوری برای ساختن مدل این پدیده با استفاده از قانون Stores روی یک سوسپانسیون غلیظ بوجود آورده اند. معادله زیر با استفاده از تعدادی از فرضیات ساده شده بدست امده است که مطابقت خوبی بین مشاهدات ومقادیر محاسبه شده بین درجه حرارت صفر تا ۳۰ درجه سانتیگراد نشان می‌دهد.

کـه در آن

h(q) ویـسکـوزیـتـه (گرانروی) سیـا