سولفاته شدن بتن
سولفاته شدن بتن
سولفاته شدن بتن در اثر حمله ی سولفات ها داخل بتن ایجاد می شود. سولفات ها نوعی نمک هستند که معمولا در آب های زیرزمینی و خاک ها وجود دارند و پس از مجاورت با بتن به داخل آن نفوذ کرده و پس از ترکیب شدن با آلومینات ها سبب تورم بتن می شود. افزایش حجم بتن در اثر نفوذ سولفات ها سبب ایجاد تنش های فشاری می شود و شدت آن ها به حدی است که منجر به ایجاد ترک در بتن، خرد شدن و در برخی موارد پودر شدن آن می شود. علاوه بر ساختمان ها، بسیاری از سازه های صنعتی و مجاور دریا نیز در اثر وقوع این پدیده، مقاومت خود را از دست می دهند و برای جبران اثرات مخرب ناشی از سولفاته شدن بتن بر چنین سازه هایی، اقداماتی نظیر مقاوم سازی سکوهای دریایی و سازه های صنعتی در دستور کار قرار می گیرد. در ادامه به تاثیر حمله یون های سولفات در بتن، راه های جلوگیری، ترمیم و در نهایت افزایش پایداری بتن سولفاته شده می پردازیم.حمله سولفات ها به بتن
حمله ی سولفات ها به بتن یکی از عوامل کاهش مقاومت بتن عنوان می شود و تاثیر زیادی در کاهش کیفیت خدمات دهی سازه های بتنی خواهد داشت. طی این حمله، سولفات ها با آهک و آلومینات هیدراته در چسب سیمان واکنش می دهند که در نتیجه ی آن، کلیسم سولفو آلومینات و کلسیم سولفات به شکل بلورهای سوزنی تشکیل می شود که حجمی بیش از سیمان های بکار رفته در بتن دارد بنابراین انتظار می رود که در نتیجه ی تولید آنها بتن دچار تورم و ترک خوردگی شود. دوام و عمر مفید بتن ضعیف شده در اثر حمله ی سولفات ها کاهش می باید. عوامل مختلفی می توانند سبب وقوع حملات سولفات یا افزایش شدت آن شوند که در ادامه به آنها اشاره می کنیم:۱-نفوذپذیری:
نفوذپذیری بالای بتن که بعضا در اثر تخلخل زیاد بین اجزای تشکیل دهنده ی آن ایجاد می شود سبب افزایش احتمال حملات سولفاتی خواهد شد. چرا که در چنین شرایطی فشای بیشتری برای جایگیری یون های مخرب در بتن وجود دارد.
۲-یون سولفات
طبیعتا هرچقدر محیط قرارگیری بتن و سازه های بتنی حاوی مقادیر بیشتری یون های سولفات باشد، شدت حملاتی سولفاتی بیشتر می شود و شاهد میزان بیشتری تخریب بتن در اثر وجود عوامل مخرب خواهیم بود.
۳-وجود عوامل واکنش پذیر در سیمان
وجود برخی عوامل واکنش پذیر در سیمان C3S می تواند تمایل سیمان برای ترکیب شدن با یون های سولفات در به مقدار زیادی افزایش دهد.
جلوگیری از حمله سولفات ها به بتن
به منظور پیشگیری از تاثیر عوامل مخرب و سولفات ها بر دوام بتن توصیه می شود ازسیمان های پرتلند تیپ ۲ و ۵ بجای سیمان پرتلند تیپ ۱ استفاده شود. این سیمان ها به دلیل درصد پایین کلسیم آلومینیت در برابر این حملات از مقاومت مناسبی برخوردار خواهند بود. علاوه بر این می توان از خاکستری بادی، میکروسیلیس ها و پوزولان ها به عنوان جایگزین مناسبی برای سیمان ها به منظور افزایش مقاومت بتن در برابر حملات سولفات ها استفاده کرد. با توجه به اینکه حملات سولفات ها بتن تاثیر زیادی در کاهش کیفیت و عمر مفید سازه خواهد گذاشت و از طرفی ترمیم آنها به سادگی امکان پذیر نمی باشد، توصیه می شود تا حد ممکن پیش از اجرای بتن نسبت به عوامل کاهش احتمال سولفاته شدن بتن آگاهی پیدا کرده و اقدامات لازم برای پیشگیری از وقوع آنها در نظر گرفته شود که یکی ا آنها افزودن پوزولان ها و مواد معدنی به ترکیبات بتن است. علاوه بر این پوزولان ها سبب کاهش سیمان مصرفی و کاهش سرعت و میزان حرارت زایی سیمان بعلاوه ی بهبود کارایی آن خواهند شد. برای جلوگیری از سولفاته شدن بتن باید عوامل سولفاته شدن بتن را شناسایی و حذف کرد. چرا که قرارگیری بتن در محیط های حاوی چنین یونهایی نظیر سازه های مجاور دریا، آب ها و فاضلاب ها احتمال وقوع حملات و بدنبال آن ضرورت مقاوم سازی سازه های دریایی بدلیل کمبود مقاومت را افزایش می دهد. در ادامه روش های جلوگیری از حملات سولفات ها به بتن و سولفاته شدن بتن به دو روش توضیح داده می شود.راه های پیشگیری از حمله ی سولفات ها
روش اول:
همانطور که پیش تر به آن اشاره کردیم،سیمان تیپ ۲ و ۵ از مقاومت مناسبی در برابر حمله ی سولفات ها به بتن و سولفاته شدن بتن برخوردار است. بنابراین استفاده از سیمان ضد سولفات یکی از روش های مناسب برای پیشگیری از حملات سولفات ها به بتن محسوب می شود چرا که در این تیپ سیمان ها بدلیل مقدار پایین تری کلسیم آلومینات، تمایل سولفات ها به اختلاط با سیمان بتن کاهش می یابد و بدنبال آن از تولید بلوهای اترینگایت که منجر به تورم و تخریب بتن می شود، پیشگیری خواهد شد.
البته نکته ی قابل توجه به دخصوص استفاده از سیمان های تیپ ۵، عدم قرارگیری آنها در معرض یون کلر است. چرا که سیمان تیپ ۵ خوردگی آرماتورها را در مجاورت یون کلر تشدید می کنند و در نتیجه سبب خوردگی بتن و کاهش استحکام آن می شوند. بنابراین توصیه می شود در محیط هایی که همزمان در معرض یون کلر و سولفات ها قرار دارند، از سیمان تیپ ۲ استفاده شود که نسبت به تیپ ۵ در برابر یون های سولفات ضعیف تر است اما تا حد ممکن احتمال زنگ زدگی میلگرد در بتن را کاهش می دهد.
روش دوم:
یکی از مناسب ترین روش های برای کاهش احتمال سولفاته شدن بتن، کاهش نفوذپذیری این ماده از طریق آب بندی بتن است که به دو صورت امکان پذیر است.
آب بندی اولیه ی بتن
برای آب بندی اولیه ی و تولید بتن آب بند می توان از افزودنی های بتن نظبر ژل میکروسیلیس، مواد کاهنده ی آب و در نهایت افزودنی های پوزولانی بتن استفاده کرد.
آب بندی ثانویه بتن
برای آب بندی ثانویه ی بتن عموما از پوشش های مناسب و آب بند کننده ی بتن استفاده می شود.
ترمیم بتن سولفاته شده
برای ترمیم بتن سولفاته ابتدا لازم است اقداماتی به منظور پیشگیری از تاثیر سولفات ها به روی بتن انجام گیرد. سپس با استفاده از ملات ترمیم بتن، موارد لازم در خصوص ترمیم بتن و بهبود مقاومت آن انجام می گیرد. در چنین شرایطی می توان از سیمان پرتلند تیپ ۵ و۲ استفاده شود. برای ترمیم بتن سولفاته شدن یا بتنی که در معرض حملات سولفات ها قرار گرفته است می توان از مواد گیرشی و پوششی استفاده کرد. علاوه بر این ضروری است تا حتما منبع حملات سولفات ها به بتن کشف و پاکسازی گردد.تاثیر حمله ی سولفات ها بتن
حمله ی سولفات ها به بتن و سولفاته شدن این ماده ممکن است به شکل های زیر ظاهر شود:۱-تبدیل هیدروکسید کلسیم به سولفات کلسیم که به همراه تورم بتن و تخریب آن خواهد بود.
۲-تبدیل آلومینات ها به اترنیگایت که تخریب بتن را بدنبال خواهد داشت.
۳-تجزیه C-S-H که باعث نرم شدن بتن و تشکیل بتن کم مقاومت خواهد داشت.
در صورت حمله ی سولفات کلسیم به بتن تنها شاهد واکنش مورد دوم خواهیم بود اما در صورتی که سولفات سدیم به بتن حمله کند علاوه بر واکنش دوم، واکنش اول نیز رخ می دهد. و در صورت حمله ی سولفات منیزیم شاهد وقوع هر سه واکنش با یکدیگر خواهیم بود. فقدان هیدروکسید کلسیم در بتن سبب کاهش مقدار PH و بدنبال آن از بین رفتن ژل C-S-H می شویم. ژل هیدراته شده تنها در زمان حضور هیدروکسید کلسیم پایدار است، بنابراین انتظار داریم قسمت اعظمی از آن تجزیه شده و مقادیر بیشتری هیدروکسید کلسیم تولید شود تا مقدار PH جبران شده و افزایش یابد. وجود مقدار کافی از سولفات منیزیم نیز سبب تخریب کامل C-S-H شده و بتنی نرم و اسفنجی تولید می کنند. یک واکنش دیگر بیو سولفات منیزیم و بتن انجام می شود که منجر به تشکیل اترنیگایت شده و تورم و تخریب تبن را بدنبال خواهد داشت.
سیمان پرتلند ضد سولفات
بطور کلی میزان مقاومت بتن در برابر حملات سولفات بستگی به حساسیت اجزای سازنده ی بتن و توانایی آنها در به تعویق انداختن یا ممانعت از انتشار تأثیرات سولفات ها به داخل بتن است. بنابراین به منظور بررسی پتانسیل سولفاته شدن بتن و میزان حساسیت آن در برابر حملات سولفاتی لازم است تا ویژگی های مواد سازنده ی آن به دقت بررسی شوند.با استفاده از سیمان های مقاوم در برابر حملاتی سولفاتی می توان بتن های ضد سولفات تولید کرد. سیمان های مقاوم در برابر حملات سولفات ها بدلیل کاهش فضای خالی بین اجزای تشکیل دهنده ی بتن عملکرد بهتری در محیط های حاوی عامل مخرب شیمیایی از خود نشان می دهند. از جمله سیمان های مقاوم در برابر حملات سولفاتی می توان به سیمان های پرتلند حاوی ترازهای پایین کلسیم آلومینات و سیمان های روباره ای حاوی ترازهای بالای روباره کوره آهن گذاری به عنوان سیمان های مقاوم در برابر حملات سولفات ها بتن اشاره کرد. میزان استفاده از این ترکیبات در تولید بتن در برخی مواقع تعیین شده است. در این راستا انتظار می رود سیمان مقاوم در برابر حملات سولفات ها به بتن حاوی ۳ الی ۵ درصد وزنی تری کلسیم آلومینات باشد و یا سیمان های روباره ای مقاوم در برابر حملات سولفات ها به بتن حاوی ۶۵ درصد وزنی روباره کوره آهن گدازی باشند. درباره ی سیمان های روباره ای نکته ی قابل توجه مربوط به عدم نفوذپذیری و مقاومت بالای بتن های تولید شده به وسیله ی آنها در برابر حمله ی سولفات ها است. البته لازم بذکر است که علی رغم خاصیت نفوذ ناپذیری بالا در این بتن ها، حساسیت آنها نسبت به حملات سولفاتی بیشتر است.
ویژگی های سیمان ضد سولفات
سیمان بکار رفته برای تولید بتن های مقاوم و پیشگیری از سولفاته شدن بتن در آينده حاوی مواد ویژه ای بود که مقاومت بالایی نسبت به یون سولفات در آنها ایجاد می کند. ویژگی های سیمان ضد سولفات عبارتند از:۱-نفوذپذیری پایین
۲-کارایی بالا به دلیل جذب هیدروکسید کلسیم
۳-بافت سطحی یکنواخت
۴-مقاومت شیمیایی بالا در برابر حملات شیمیایی
۵-توانایی جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن
۶-گرمای هیدراتاسیون کم
۷-گیرش طولانی تر بتن در مدت زمان کوتاه