ترک تیر بتنی | ترک در تیر بتنی | ترک خوردگی تیر بتنی

انواع ترک خوردگی در تیر بتنی – روش های ترمیم ترک در تیر بتنی

علل شایع آسیب به بتن تعمیراتی در این فصل مورد بحث قرار گرفته است. بحث درمورد هر عامل آسیب عبارت است از:

1. شرح علت و چگونگی آسیب رساندن آن به بتن
2.  بحث و  یا تهیه ی فهرستی از روش های مناسب و مواد لازم  برای تعمیر آن نوع خاص  از آسیب بتنی

 شاکله ی این فصل را شناخت اهمیت تعیین علت آسیب رسیدن به بتن قبل از انتخاب روش تعمیر تشکیل می دهد. انتظار می رود که بحث های مشروح انتخاب روش تعمیر، همانطور که در فصل چهارم آمده است ، قبل اجرا مد نظر قرار گیرد.

11. آب اضافه در مخلوط بتن

 استفاده از آب بیش از حد در مخلوط های بتن شایع ترین علت آسیب به بتن است. آب بیش از حد مقاومت بتن را کاهش می دهد ، مدت زمان کیورینگ و انقباض خشک را افزایش داده ، موجب افزایش تخلخل وخزش شده و مقاومت بتن  در برابر سایش را کاهش می دهد. شکل 16 اثرات تجمعی آب به سیمان نسبت به دوام بتن را نشان می دهد. در این شکل، دوام بالای بتن با رنج پایین نسبت آب به سیمان وهوای مصرفی متناسب است. خسارت ناشی از آب اضافی می تواند به سختی قابل تشخیص باشد زیرا که معمولا این آسیب بوسیله خرابی های علت های دیگر پوشانده شده است. به عنوان مثال، ترک خوردگی  ناشی از انجماد و ذوب ، رشد فرسودگی در اثر سایش، یا ترکهای جمع شدگی ناشی از خشک شدن، اغلب به عنوان آسیبهای بتن شناخته می شوند ، اما  در واقعیت، آب اضافی باعث پایین آمدن دوام بتن شده که این خود به علل دیگر اجازه ی  حمله به بتن را خواهد داد. در طول آزمایشات پتروگرافی، گاهی اوقات می توان موارد شدید وجود آب اضافی دربتن سخت شده را از طریق حفرات مویینه آب یا حفره های آب در زیر سنگدانه های بزرگ شناسایی کرد. معمولا، بررسی گزارشات بچینگ ، سوابق طرح اختلاط و بازرسی های میدانی استفاده از بیش از حد از آب را در بتن آسیب دیده تایید می کنند. البته باید در نظر داشت، به هر حال ، آب اضافه شده به بتن در تراک میکسر در هنگام حمل به محل پروژه و یا به خود بتن  طول عملیات بتن ریزی، غالبا مکتوب نشده و مستند نمی گردد.

تنها تعمیر دائمی بتن آسیب دیده به علت آب اضافی حذف و جایگزینی بتن است.با این حال، با توجه به میزان و ماهیت خسارت، تعدادی از روش های نگهداری و یا تعمیر می تواند درافزایش عمر سازه بتنی مفید باشد. اگر آسیب با تشخیص زودرس همراه بوده و عمق آسیب کم ( کمتر از 5/1 اینچ)  است، استفاده از ترکیبات آب بندی بتن، مانند مواد جامد  غلظت بالا( بیشتر از 15 درصد) الیگومریک alkylalkoxy  سیلوکسان یا سیستم های سیلان (بخش 38) و یا سیستم مونومر methacrylic  با وزن مولکولی بالا (بخش 35) نفوذ آب را کاهش داده و  مقاومت  بتن در برابر چرخه ی  انجماد و ذوب را بهبود بخشیده و تخریب بتن را کاهش  می دهد.

چنین سیستمی تعمیراتی نیازمند به برنامه بازبینی و تعمیر در  فواصل زمانی 5 تا10 ساله است. بتن ریزی با چسب اپوکسی برای پیوند بتن قدیم به جدید (بخش 31) برای تعمیر خسارت هایی که گستردگی آنها بین 5/1 تا 6 اینچ به داخل بتن تخمین زده   می شود، و جایگزینن کردن بتن (بخش 29) برای تعمیر آسیب هایی با عمق 6 اینچ یا بیشتر توصیه می شود.

12 – طراحی نادرست

عیوب در طراحی می تواند انواع بیشماری از آسیبهای بتن را ایجاد کند که بحث در مورد همه انواع آن فراتر از حوصله ی این کتاب                                                                                                                                                  است
با این حال، یک از اشکالات طراحی که بتازگی تا حد زیادی رایج شده است ، قرار گرفتن  قطعات فلزی EM-bedded  – جاسازی شده – مانند خط لوله برق یا جعبه تقسیم در نزدیکی سطوح بیرونی سازه های بتنی است. ترک در بتن و در اطراف چنین محلهایی تشکیل شده و اجازه می دهد سرعت  تخریب و فرایند  انجماد و ذوب سریعتر رخ می دهد. بیس های فلزی راه آهن ها و گارد ریل ها که بیش از حد در نزدیکی لبه ی بیرونی دیوارهای قرار داده شده اند ، پیاده رو ها و نرده های جان پناه نیز نتایج مشابهی را رقم می زنند.

این قطعات فلزی و گسترش نفوذپذیری درون بتن با تغییرات دما متناسب است. با انبساط  فلز تنش کششی در بتن ایجاد شده، و در نتیجه باعث ایجاد ترک خوردگی و پس از آن سبب آسیب ذوب و انجماد می گردد.طول گارد ریلها  یا نرده های جانپناه می تواند مشکل دیگری ایجاد کند.لوله های مورد استفاده در آنها نیز دچار انبساط وانقباض طولی در اثر تغییرات دما شده واگر مفاصل لغزش کافی تعبیه نشده باشد،این انبساط و انقباض عامل ترک خوردگی در نقاط اتصال بیس ها به بتن می گردد.این ترک ها نیزسرعت آسیب های ناشی از انجماد و ذوب در بتن را افزایش می دهد.

پوشش و کاور ناکافی بتن بر روی شبکه آرماتور یک علت شایع آسیب به سازه های پل و بزرگراه است.این مشکل در سازه های آبی و آبیاری هم وجود دارد .برای احیا و تعمیر معمولا نیاز به  حداقل 7.5سانتیمتر پوشش بتن بر روی شبکه آرماتور سازه هست، اما در محیط های خورنده که بتن در معرض اثرات مخرب سولفات ها، اسیدها، یا کلریدها قرار دارد این میزان باید حداقل10 سانتیمتر باشد.

پوشش ناکافی اجازه می دهد تا خوردگی در آرماتورها آغاز گردد، ایجاد اکسید آهن و محصولات جانبی ناشی از این خوردگی نیاز به فضای بیشتر در بتن داشته و در نتیجه ترک خوردگی و متورق  شدن بتن را باعث می گردند.

عدم استفاده از مفاصل انقباضی کافی و یا عدم رعایت فواصل درزهای انبساطی به منظورتوزیع یکنواخت دما در اسلب بتنی به آن آسیب میزند و بتن با مفاصل انقباض ناکافی ترک خواهد خورد و این ترک ها در نقاطی که نیاز به درز انبساط بوده اما تعبیه نشده مشهود است.متاسفانه، دیدن چنین ترکهایی به عنوان درز انقطاع های شکل گرفته یا بریده شده چندان جذاب نیست اما ساختار این ترک ها تنش های کششی را کنترل می کند و علی رغم ظاهرهرچند ناخوشایند شان، به ندرت نیاز به تعمیردارند. اسلب بتنی ساخته شده با درزهای انبساطی ناکافی و یا خیلی تنگ می تواند باعث آسیب های جدی به عرشه پل، جاده سد، و طبقات بلند، سطوح شیب دار، سرریز های سد گردد.هر کدام از این بتن ها چرخه طولانی تغیرات روزانه، فصلی و سالیانه دما در اثر تابش های خورشیدی را تجربه می کنند. در نتیجه انبساط بتن در سطوح فوقانی اسلب ها که دمای بالا تری دارند، بیشتر و در بخش ها و لبه های تحتانی که خنک تر هستند کمتر است.چنین انبساطی می تواند موجب لب به لب و مماس شدن بخش های فوقانی دال ها در محل درز های انقطاع شده که در این شرایط  تنها راه ممکن برای حرکت آسان اسلب ها به سمت بالاست که باعث ایجاد تورق  در فرم بتن می گردد، که از محل درزها آغاز شده و از1 تا 2 اینچ پشت دال ها پیشروی می کنند. این تورق ها به طور معمول در شبکه فوقانی آرموتور بندی واقع شده اند. در اقلیم های معتدل، تورق بتن  در دو سوی درزهای انبساطی باقی مانده و آسیب بیشتر وارد نمی شود.  در آب و هوای سرد، به هر حال، آب می تواند چرخه روزانه ای از انجماد و ذوب را وارد درزهای ناشی از تورق کند. این باعث می شود که ورقه ورقه شدن بتن رشد کرده  و از 3 تا 5 فوت دورتر از محل درز گسترش یابد. شکل 17 نمونه ای اغراق شده از این آسیب است.

مرمت و بازسازی آسیب های ناشی از طراحی معیوب تا زمانی که اشکالات طراحی کاهش یابد، بیهوده است.قطعات  فلزی جاسازی شده می تواند برداشته شود، نرده ها را می توان به مفاصل لغزشی مناسب  مجهز نمود، و بیس پلیت های گارد ریل  را می توان به محل هایی که بتن در آنجا  مقاومت کافی در برابر نیروهای کششی را دارد جابجا کرد.جبران کمی کاور بتن روی شبکه آرماتور بندی بسیار دشوار است، اما می توان مواد مناسبی برای تعمیر و مقاومت در برابر انواع خاصی از خوردگی را انتخاب نمود. همینطورعملیات تعمیرمی تواند با استفاده از مواد آب بندی بتن محافظت شده وبا استفاده از پوشش های آب بند از نفوذ آب به  بتن جلوگیری نمود و آنرا کاهش داد.

دال هایی با تعداد کم درزهای انبساطی را نیز می توان با استفاده از کاتر برش داد و به تعداد درز های انبساطی افزود و یا با افزایش عرض درز ، آنرا برای مقابله با اثرات انبساط گرمایی آماده نمود.

آسیب ناشی از اشکالات طراحی به احتمال زیاد می تواند با استفاده از جایگزینی بتن (بخش 29)، جایگزینی بتن با استفاده از چسب اپوکسی(بخش 31)، و یا ترکیبی از چسب و ملات های تعمیری اپوکسی (بخش 30) مرتفع شود.

13- نقایص ساخت

آسیب های معمول وارد بر بتن در اثر اجرای نادرست مشتمل بر کرمو و متخخل شدن بتن، در رفتن قالب ، اشتباهات محاسباتی و اندازه گیری و نقایص تکمیل کار است.

کرمو شدن و تخلخل بتن در واقع مناطقی هستند که بر اثر ناتوانی ملات سیمان در پر کردن فضاهای موجود اطراف سنگدانه ها و در نتیجه خالی ماندن آنها ایجاد می گردند. در صورت خفیف بودن این نقیصه به شرط اینکه از باز کردن قالبها بیش از 24 ساعت نگذشته باشد می توان از ملات سیمان (بخش 25) استفاده نمود.اگر عملیات ترمیم بیش از 24 ساعت بعد از برداشتن قالب و با تاخیرصورت گرفته، یا سطح کرمو شده ی بتن گسترده است، باید ابتدا بتن های معیوب برداشته شده ، سپس با استفاده از ملات ترمیمی آماده (بخش 26)، به همراه چسب پیوند دهنده اپوکسی ، تعمیر صورت گیرد (بخش 31) ، روش نهایی نیز جایگزینی کل بتن با بتن جدید است (بخش 29) بعضی از نقص های جزئی ناشی از حرکت قالب یا در رفتن قالب  را می توان با استفاده از سنگ ساب  صاف و پرداخت نمود (بخش 24) .در اکثر موارد این رفع نقص به سادگی توسط مالک پذیرفته شده ، والا مجری موظف است نسبت به تخریب و جایگزینی آن بخش آسیب دیده از بتن اقدام کند.

فرصت های زیادی برای ایجاد خطاهای ابعادی در ساخت و ساز بتن وجود دارد.اگربتوان ، بهترین روش معمولا پذیرفتن نقص به جای تلاش برای تعمیر آن است.در غیر این صورت اگر طبیعت نقص کیفی بتن به گونه ای باشد که نتوان آن راپذیرفت ، بهترین تصمیم، تخریب و باز سازی مجدد است. در بعضی موارد، خطاهای ابعادی را می توان با تخریب بتن معیوب و جایگزینی آن با بتن جدید با استفاده از چسب اپوکسی اصلاح کرد.

نقایص تکمیلی معمولا شامل پرداخت بیش از حد(سطح نهایی) و یا اضافه کردن آب و (یا) سیمان به سطح در طی مراحل اتمام کار است.در هر دو مورد، سطح متخلخل و نفوذ پذیر ودر نتیجه کم دوام می شود.سطوح ضعیف نهایی در همان اوائل عمر سازه ترک خورده و خرد می شوند.مرمت و بازسازی سطح خرد شده شامل حذف بتن ضعیف و جایگزینی آن با بتن جدید با استفاده از چسب  پیوندی اپوکسی است (بخش 31) است.اگر روند تخریب به سرعت تشخیص داده شود، می توان عمر (بتن نهایی) سطح را با استفاده از ترکیبات آب بند کننده بتن (بخش 35 و 38) افزایش داد.

14-تخریب سولفاتی

سولفات سدیم، منیزیم و کلسیم، از جمله نمکهایی هستند که معمولا در خاکهای قلیایی و زیرزمینی  غرب ایالات متحده ( در ایران مناطق ساحلی جنوب و همچنین غرب کشور یافت می شوند(.این  گروه از سولفات ها با آهک  هیدراته و هیدرات آلومینات موجود در خمیر سیمان واکنش شیمیایی داده و تشکیل سولفات کلسیم و کلسیم  سولفات آلومینات می دهند .حجم محصولات جانبی این واکنش بیشتر از  حجم خمیر سیمان تولید شده است، بنابراین امکان شکستن بتن در اثر انبساط وجود دارد . سیمان پرتلند نوع 5، که درصد آلومینات کلسیم پایینی دارد، در برابر واکنش شیمیایی و حمله سولفات ها بسیار مقاوم است . بنابراین در جاهایی که سازه بتنی در مجاورت خاک و یا آبهای زیر زمینی دارای سولفات قرار دارد باید از این نوع سیمان استفاده کرد.

 نگاه کنید به جدول 2 از کتابچه راهنمای بتن (نوشته شده: دایره اصلاح، 1975) بخش راهنمای مواد و ویژگی های طرح اختلاط برای بتن های محیط های سولفاتی .

گاهی اوقات استفاده از یک پوشش نازک بتن پلیمری می تواند برای بتنی که دستخوش فرسایش و آسیب مدام به علت قرار گرفتن در معرض سولفاتها ست ، مفید باشد (بخش 33) و یا استفاده از مواد و ترکیبات آب بندی بتن (بخش 35 و 38) اثر بخش است است.تناوب پیاپی  خشک و تر شدن  سازه به تخریب سولفاتی سرعت می بخشد ،لذا کاهش و کم کردن نرخ تخریب را     می توان با قطع این چرخه انجام داد.روش پیشنهادی دیگر از بین بردن سولفات های قابل انتقال از راه آب است در صورتی که دسترسی به منبع سولفاتی امکان پذیر باشد. در غیر این صورت پس از انجام بازبینی مناسب باید بتن موجود تخریب شده و با بتن ساخته شده با سیمان تیپ 5 جایگزین شود.

15 – واکنش قلیایی سنگدانه ها

انواع خاصی از شن و ماسه، مانند سنگ اوپال، چرت (نوعی سنگ آتشزنه با ذرات متراکم و سیاه )، سنگ چخماق یا آذرین با محتوای سیلیسی بالا، با کلسیم، سدیم ، پتاسیم و هیدروکسیدهای قلیایی سیمان پرتلند واکنش می دهند.این واکنش، علی رغم بیش از  نیم قرن مطالعه و تحقیق  اداره اصلاح از سال 1942 چندان درک و شناخته نشده است.برخی بتن های دارای سنگدانه هایی با قابلیت واکنش پذیری قلیایی، به سرعت شواهدی دال بر گسترش تخریب و فرسایش را نشان می دهد.اما بتنهای دیگرممکن است برای سالهای زیادی دست نخورده باقی بمانند.بررسی پتروگرافی در بتن های واکنش پذیر نشان می دهد که نوعی ژل در اطراف این نوع سنگدانه ها تشکیل شده است.

این ژل در حضور آب یا بخار آب (رطوبت نسبی 80 تا  85)   ،به شدت گسترش پیدا کرده و ترک های کشیده ای در اطراف سنگدانه ها ایجاد کرده و در بتن گسترش می یابد (شکل  18).و در صورتی که مهار نشود  ، این گسترش در داخل بتن برای اولین بار به صورت ترک خوردگی های منظمی بر روی سطح آشکار می گردد.معمولا، در برخی از موارد تراوش سفید رنگی در داخل و اطراف بتن ترک خورده مشاهده می شود.در موارد شدید، این ترک ها 5/1 تا 2 اینچ (شکل 19)   باز می گردند.

بسیار معمول است که چنین آسیب های گسترده ای، منجر به چین خوردگی های(جابجایی های)  قابل توجهی در بتن ویا قیود ونقاط اتصال بتنی دروازه های کنترل سدها گردد.در سازه های بتنی بزرگ، واکنش قلیایی سنگدانه ممکن است فقط در مناطق خاصی از سازه رخ می دهد.تا زمانی که استفاده از چندین معدن و دپوی سنگدانه برای استفاده در ساخت سازه های بتنی بزرگ معمول بوده ومورد تایید قرار می گیرد، این روش ممکن است برای تشخیص گیج کننده باشد.زیرا  بتن حاوی شن و ماسه قلیایی یا سنگدانه واکنش پذیر، تنها در بخشهایی از سازه که نمایان ساخته شده است ، قابل تشخیص می باشد .همچین وضعیتی در حال حاضر در سد (Minidoka) استارک و DePuy 1995، سد کوه استوارت ، سد کولیج، سد Friant، و سد Seminoe  قابل مشاهده است.

در سازه های جدید استفاده از سیمانهای پرتلند با خاصیت قلیایی پایین و سرباره پزولانی میتواند بطور کامل یا تا حد بسیار زیادی خوردگی در اثر واکنش سنگدانه ها را متوقف کند. در سازه های موجود خوردگی ناشی از مصالح سنگی واکنش پذیر تقریبا غیر قابل تعمیر است. هیچ روش اثبات شده ای برای حذف اثر واکنش های قلیایی سنگدانه ها وجود ندارد. اگرچه نرخ گسترش تخریب با اتخاذ تدابیری جهت خشک نگه داشتن سازه در بعضی موارد ممکن است کند شود. اما هر گونه تلاش برای تعمیر سازه هایی که تحت تاثیر واکنش های قلیایی هستند بی ثمر است.با گسترش مداوم این عارضه در داخل بتن هر گونه مواد تعمیری به سادگی جدا شده و بی اثر می شوند.سازه های تحت تخریب فعال باید به صورت مدام مونیتور شده و مورد بازرسی قرار گیرد، و تنها لازم است تعمیراتی را انجام داد که در جهت حفظ بهره برداری مطمئن سازه باشد.اتصالات بتنی گیت های در سد های متعددی  با استفاده از سیم بکسل جهت ایجاد برش های ترمیمی در هر سطح بتنی آنها ، به چرخه بهره یرداری بازگردانده شده اند. سپس این برش ها با استفاده از تکنیک تزریق رزین پلی اورتان به جهت آبند کردن و متوقف ساختن نشت آب پر می شود. (بخش 34)

با افزایش انبساط بتن، چنین برشهای آزادی منتاوبا تکرار شود.در بسیاری از سازه ها، جابجایی ها و انبساط  ها کند شده و از بین می روند و میزان این کندی و توقف بسته به واکنش های قلیایی سنگدانه ها و ترکیبات قلیایی موجود در بتن است . فقط هنگامی می توان اصلاح و ترمیم را برای بهربرداری کامل انجام داد که انبساط سازه به صورت کامل انجام پذیرفته باشد.در هر صورت، باید این پیش بینی را داشت که در نهایت ممکن است نیاز به جایگزینی بتن تحت تاثیر خوردگی قلیایی وجود داشته باشد .چنین مورد جایگزین کردن بتن در سال 1975 در آمریکا ،در جریان بازسازی سد آیداهو فالز اتفاق افتاد.این سد در سال 1927 ساخته شد و پس از مطالعات گسترده توسط آزمایشگاه بتن دنور مشخص گردید که بتن سد در اثر واکنش قلیایی سنگدانه ها به شدت آسیب دیده است.

16 – تخریب ناشی از سیکل انجماد و ذوب

تخریب ناشی از یخ زدکی و ذوب مداوم آب درون بتن یکی از علت های شایع آسیب پذیری سازه های بتنی در اقلیم های سرد سیری است.شرایط زیر در رخ دادن صدمات ناشی از  انجماد و ذوب موثر هستند :

1. سازه تحت تاثیر مداوم سیکل ذوب و انجماد باشد.
2. خلل و فرج بتن موجود در هنگام یخ زدگی از آب اشباع – بیش از 90 درصد- شده باشد.

آب در مدت زمان انجماد حدود 15 درصد انجماد حجمی را تجربه می کند .اگر خلل و فرج  و حفرات مویینه در بتن تقریبا در طول انجماد اشباع شده باشند ،این انبساط سبب اعمال نیروهای کششی شده و منجر به شکستگی و ترک خوردگی  ماتریس ملات سیمان می گردد.این تخریب تقریبا در تمامی لایه های بتن از سطوح خارجی به داخل رخ می دهد.
نرخ پیشرفت آسیب  به تعداد چرخه های انجماد و ذوب ، درجه اشباع سازه در طول انجماد، تخلخل بتن، و شرایط قرار گرفتن در معرض تابش نور بستگی دارد.دیوارهایی که در معرض ذوب برف یا پاشش آب هستند ، دالهای افقی که در تماس با آب قراردارند و دیواره های عمودی که در مسیر عبور آب واقع هستند از جمله مکان های معمول برای آسیب در اثرانجماد و ذوب مداوم          می باشند.اگر بتن در معرض تابش نور از سمت جنوب قرار گیرد ، روزانه یک نیم سیکل انجماد در شب و یک نیم سیکل ذوب را در روز تجربه می کند در مقابل، بتن ها با در معرض قرار گرفتن از سمت شمال ممکن است فقط یک چرخه انجماد و ذوب را درهر زمستان را پشت سر گذارده و در نتیجه  وضعیت به مراتب کمتر مخربی را تجربه می کنند. شکل های 20 و 21 نمونه ای از این نوع تخریب را نشان می دهد.

شق دیگری از تخریب های ناشی از چرخه انجماد و ذوب به عنوان ترک “”D – D-cracking– (ترکهای دی شکل) شناخته شده است.در این مورد، گسترش تخریب در اثر کیفیت پایین ، جذب پذیری بالا ،و استفاده از سنگدانه های درشت درملات سیمان رخ می دهد .این نوع ترک خوردگی اغلب در گوشه ها و کنج هایی بدون حفاظ  دیوارها یا دالها و در محل اتصال ها دیده می شود. در چنین آسیبی مجموعه ای از ترک های تقریبا موازی که کلسیت (آهک) از درونشان بیرون میریزد (شوره می زند) معمولا سراسر گوشه و کنار سازه را قطع می کند. (شکل 22).

در سال 1942، دایره اصلاح ((Bureau of Reclamation  صراحتا استفاده از مواد افزودنی هوا زا (AEA)  در بتن ، به منظور کاهش تخریب سیکل ذوب و انجماد را آغاز نمود . سازه های بتنی ساخته شده قبل از این تاریخ فاقد هوازا  بودند .سد Angostura، که در سال 1946عملیات ساخت آن آغاز گردید، اولین سد اصلاح شده با مشخصات مورد نیاز هوازا بر اساس قیمت سال 1981بود.

این نوع افزودنی ، تولید حباب های کوچکی از هوا درون جسم بتن نموده که فضای کافی جهت انبساط آب در هنگام یخ زدگی را فراهم می سازد.اگر هوازای مناسبی با غلظت صحیح درون بتن تازه ی با کیفیتی، بخوبی میکس و مخلوط شود، حاصل کار       می بایستی صدمات بسیار کمی را در اثر سیکل ذوب و انجماد متحمل گردد، بجز در اقلیم هایی با آب و هوای بسیار بد.در نتیجه اگر در یک بتن جدید ، چرخه ذوب و انجماد به عنوان عامل آسیب مورد سوظن باشد ، ابتدا باید در این موضوع مورد بررسی قرار گیرد که چرا افزودنی هوا زا اثر بخش نبوده است.

 بجز مواردی که بتن در معرض رطوبت و یا  آب و هوای به شدت سرد قرار داشته باشد هنگامی که بتن تازه آسیب هایی از نوع چرخه ذوب و انجماد را ظاهر می سازد، به احتمال قوی دلایل دیگری وجود دارد (بخش 23 را ببینید).

(همانطور که گفته شد) تخریب ناشی از چرخه انجماد و ذوب بتن تنها زمانی رخ می دهد که بتن تقریبا اشباع شده باشد.بنابرین کاهش موفقیت آمیز صدمات ناشی از آن نیز،شامل کاهش یا حذف چرخه انجماد و ذوب و یا کاهش جذب آب توسط جسم بتن خواهد بود.معمولا هیچ روش شناخته شده ای برای محافظت و عایق بندی بتن برای کنترل دما جهت سیکل های انجماد و ذوب وجود ندارد ، اما می توان از ترکیبات آب بندی بتن (بخش 35 و 38) برای جلوگیری یا کاهش جذب آب برای سطوح نمایان بتنی استفاده نمود.مواد آب بند برای بتن های غوطه ور در آب  چندان اثر بخش نیست، اما می تواند از بتن هایی که در معرض باد و باران و آب شدن برف قرار دارند، محافظت نمایند.

ترمیم بتن آسیب دیده در اثر ذوب و یخ مدام ، اغلب به جایگزینی بتن ختم می شود (بخش 29). اگر ترک ها در حدود 6 اینچ و یا عمیقتر باشند باید از چسب اپوکسی به همراه بتن جدید استفاده کرد (بخش 31) و یا از بتن پلیمری استفاده نمود ( بخش 32) . اگر صدمات بین 5/1 تا 6 اینچ عمق داشته باشد، حتما و مطمئنا در بتن جایگزین باید از مواد هوازا استفاده نمود. تلاش ها برای ترمیم خوردگی ها و تخریب های سطحی در اثر یخ زدگی و ذوب شدن متناوب، با عمق کمتر از 5/1 اینچ کاملا مایوس کننده بوده است. تا به امروز هیچ ماده تعمیری عمومی یا اختصاصی از سوی آزمایشگاه بتن دنور (ایالات متحده) ، مناسب ترمیم با این ضخامت شناخته نشده است.

17- تخریب در اثر سایش و فرسایش

سازه های بتنی که آب را به همراه گل و لای و ذرات معلق منتقل می کنند، شن ، خورده سنگ و یا آب با سرعت جریان بالا موضوعات مورد مطالعه در تخریب بتن در اثر سایش می باشند. حوضچه های آرامش در سد ها در صورتی که ذرات موجود در کف آنها جارو و منتقل نشود در معرض سایش قرار خواهند گرفت. در برخی از حوضچه های آرامش به علت معیوب بودن الگوی جریان ، سنگریزه ها و ذرات از پایین دست به بالا دست حوضچه کشیده می شود.در محلهایی که این ذرات درون حوضچه جمع میشوند ، در زمانی که جریانهای شدید وجود دارد، تخریب های قابل توجهی بوجود می آید.(شکل 23). این سایش در اثر کوبش شن و خورده سنگ ها و گل و لای به کف اتفاق می افتد. آسیب ناشی از این تخریب به صورت صیقلی شدن سطح بتن ظاهر می شود. (شکل 24). سنگدانه های درشت بتن نمایان شده و قدری از آنها تحت اثر گل و لای و شن، جلا خورده اند. شکل 25 مراحل اولیه سایش و احتمالا شروع خوردگی در دیوارهای حوضچه آرامش را نشان می دهد. میزان تخریب سایش و خوردگی تابعی از متغیرهای زیاد و همچنین مدت زمان قرار گرفتن (سازه) در معرض این مولفه هاست، شکل سطوح بتنی، سرعت و الگوی جریان، مسیر جریان، و مجموع بارگذاری امکان دستیابی به نظریه ای عمومی برای پیش بینی رفتار بتن در این شرایط  را بسیار دشوار ساخته است. در نتیجه، معمولا لازم است مدل هیدرولیکی سازه برای تشخیص شرایط و الگوی جریان در حوضچه های آسیب دیده و ارزیابی تغییرات مورد نیاز مورد مطالعه قرار گیرد.اگر تمامی شرایطی که منجر به سایش و فرسایش سازه میگردد مورد بررسی قرار نگیرد، بهترین مواد تعمیری هم کارایی نداشته و عمر بهره وری سازه پایین خواهد آمد.

به طور کلی این درک وجود دارد که بتن با کیفیت بالا به مراتب مقاوم تر از بتن با کیفیت پایین در مقابله با آسیب ناشی از سایش است . تعدادی از مطالعات انجام شده  ( Smoak)، 1991 به وضوح نشان می دهد که مقاومت بتن در برابر سائیدگی با افزایش مقاومت فشاری بتن را افزایش می یابد.

بهترین ترمیم آسیب های ناشی از سایش استفاده از بتن با دوده سیلیسی (بخش 37) و یا استفاده از بتن پلیمری است (بخش 32).این مواد بالاترین مقاومت در برابر تخریب را در تست های آزمایشگاهی و میدانی نشان داده اند. اگر تخریب تا پشت شبکه آرماتور بندی نفوذ نکرده و حداقل 6 اینچ در جسم بتن نفوذ کرده باشد، باید بتن جدید میکس شده با پودر میکروسیلیس روی یک لایه چسب اپوکسی تازه اجرا شود. شکل 26 نحوه ی اجرای بتن با پودر میکروسیلیس جهت ترمیم خرابی های ناشی از سایش، فرسایش و چرخه ی انجماد و ذوب را بر روی کف سرریز سد Vallecito نشان می دهد.

18- آسیب های ناشی از پدیده کاویتاسیون

تخریب در اثر کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که جریان آب با سرعت بالا به صورت نامنظم و ناپیوسته به سطح جریان برخورد کند. ناپیوستگی در مسیر جریان باعث می شود آب سطح جریان را بالا بکشد ، در نتیجه باعث ایجاد مناطق فشار منفی شده و حباب هایی از بخار آب ایجاد گردد. این حباب ها به پایین دست جریان حرکت کرده و می ترکند. اگر ترکیدگی حباب ها مجاور یک سطح بتنی صورت بگیرد، یک ناحیه ی ضربه ای فشار بالا گرداگرد یک منطقه بی نهایت کوچک در روی سطح ایجاد می شود. چنین ضربات قدرتمندی می تواند ذرات بتن را جابجا و قلوه کن کرده ، باعث تشکیل ناپیوستگی دیگری شود که خود آن می تواند باعث آسیب گسترده تری در اثر پدیده کاویتاسیون گردد. شکل 27، الگوی کلاسیک  “درخت کریسمس” –تخریب در اثر کاویتاسیون به شکل کاج کریسمس- در یک تونل انتقال بتنی بزرگ در سد گلن کانیون که از سال 1982  جریانی بوده ،رخ داده است ،را نشان می دهد. در این نمونه، تخریب کاویتاسیون به طور کامل در طول تونل بتن گسترش یافته و حدود 40 فوت به اساس صخره (شکل 28) نیز نفوذ کرده است.

تخریب در اثر کاویتاسیون در درون ، اطراف و چهارچوبه در های کنترل آب معمول است.جریان سرعت بسیار بالا هنگامی رخ   می دهد که گیت های کنترل آب برای اولین بار باز می شوند ویا به مقدار کوچکی باز می مانند.این جریان باعث تخریب از نوع کاویتاسیون در پایین دست گیت ها یا اطراف آن می گردد.

برای ایجاد مقاومت در برابر پدیده کاویتاسیون بسیاری از مواد مختلفی توسط آزمایشگاه های اصلاح و ترمیم، رسته ی مهندسی ارتش ایالات متحده، و دیگران تست شده است. تا به امروز، هیچ ماده ای، از جمله فولاد ضد زنگ و چدن، قادر به تحمل کامل اثر های تخریبی ایجاده شده توسط کاویتاسیون نیست.برای داشتن تعمیرات موفق باید علل ایجاد کاویتاسیون را در نظر گرفت.

قانون استاندارد انگشت شست (rule of thumb) بیان می کند که کاویتاسیون در جریان هایی با سرعت  کمتر از حدود 40 فوت در ثانیه در فشار محیط رخ نمی دهد.  در باره ی سرعت جریانهایی تا به این اندازه نزدیک به آستانه (40 فوت بر ثانیه)، لازم است اطمینان حاصل شود که هیچ ناهمواری و یا ناپیوستگی در سطوح مسیر جریان وجود ندارد.

جزئیات و مشخصات ترمیم نهایی بر روی سطح سازه های بتنی که جریان هایی با سرعت بالا را تجربه خواهند کرد، باید بسیار سفت وسخت وبدون اغماض صورت پذیرند.

تعمیرات بتن تازه توانایی پاسخگویی به این نیاز شرایط سازه را نداشته باشد گاهی اوقات می تواند به صورت سنگ زنی وساب زنی سطح و برداشتن ناهمواری ها (بخش 24) انجام می شود.هرچند، به احتمال زیاد  بتنی است که مشخصات سطحی مورد نظر را برآورده نمی کند باید برداشته شود و با بتن جدید جایگزین شود (بخش 29) و یا بتن جایگزین بتن به همراه چسب اپوکسی استفاده می شود (بخش 31).

خسارت وارد شده در اثر کاویتاسیون به چهارچوب یا خود گیت های کنترل معمولا می تواند با استفاده از ملات اپوکسی و چسب پیوندی اپوکسی (بخش 30)، ویا بتن پلیمری (بخش 32)، و یا جایگزینی بتن به همراه چسب اپوکسی(بخش 31)تعمیر شود.طبیعت چنین آسیب هایی معمولا بسیار گسترده نیست.در نتیجه کشف و شناسایی آنها قبل از انجام تعمیرات بزرگ بسیار ضروری است.پس از انجام این تعمیرات، ایده خوبی است که یک لایه پوشش یکپارچه اپوکسی روی بتن ، از ابتدای چهارچوب گیت به سمت پایین دست به طول 5 تا 10 فوت اعمال کرد ،.سطح صیقل و شیشه ای پوشش اپوکسی ممکن است به جلوگیری از اثرات مخرب کاویتاسیون بر بتن کمک کنداما .به هر حال باید توجه داشت، که پوشش های اپوکسی  به طور کامل  در برابر آسیب های ناشی از کاویتاسیون مقاوم نیست.

برای داشتن یک تعمیر موفقیت آمیز در سرریزها، دریچه های خروجی ، یا حوضه های آرامش بتنی در سد ها تقریبا همیشه نیاز به ایجاد تغییرات عمده در ساختاربخش آسیب دیده به منظورجلوگیری از بازگشت تخریب وجود دارد.نتایج و عملکرد روش ها در مطالعات مدل هیدرولیک برای اطمینان از صحت طراحی چنین تعمیراتی باید در نظر گرفته شوند.یکی از روش های اصلاحی، نصب و راه اندازی شیار های (slot) هوا در سر ریز ها و تونل هاست، که در از بین بردن و یا کاهش قابل توجه اثر کاویتاسیون بسیار موفق بوده است.بتن جایگزین معمولا در این نوع عارضه ها  و تعمیرات اینچنینی کاربرد بسیار دارد.

19- خوردگی شبکه آرماتور

خوردگی شبکه آرماتور معمولا نشانه ی بر تخریب بتن به علت دیگریست، در این مورد، علل مخرب دیگر بتن را ضعیف کرده و اجازه می دهند تا خوردگی شبکه آرماتور رخ بدهد.به هر صورت ، شبکه های آرماتور دارای خوردگی به صورت متداول در هر بتن آسیب دیده ای یافت می شوند لذا با توجه به اهداف این کتاب بنا داریم در این مبحث ،علل خوردگی آرماتور ها را مورد مطالعه قرار دهیم.

ظرفیت قلیایی سیمان پرتلند مورد استفاده در بتن به طور معمول در اطراف آرماتورها ، ایجاد یک محیط بازی (قلیایی) غیر فعال (در حدود PH12 )  کرده که از آنها در برابر خوردگی محافظت می کند. وقتی که انفعال محیطی از دست رفته و یا از بین برود، و یا زمانی که بتن دچارترک خوردگی شود و یا تورق به اندازه کافی اجازه می دهد تا آب بدون مزاحمت وارد بتن شود، خوردگی رخ می دهد. اکسیدهای آهن تشکیل شده در طول خوردگی فولاد نیاز به فضای بیشتری نسبت به سایز اصلی شبکه آرماتور در بتن دارند. این مسأله باعث بوجود آمدن تنش کششی در بتن و در نتیجه ایجاد ترک های اضافی و (یا )لایه لایه شدن کاور بتن و در نتیجه سرعت بخشیدن به روند خوردگی خواهد شد.

 برخی از علل شایع تر از خوردگی فولاد همراه شدن ترک خوردگی های بتن با سیکل انجماد و ذوب شدن، قرار گرفتن در معرض سولفات، و واکنش قلیایی سنگدانه ها، قرار گرفتن در معرض اسید، از دست دادن خواص قلیایی به علت کربناته، فقدان ضخامت کافی کاور بتن، و قرار گرفتن در معرض کلرید هاست.

قرار گرفتن در معرض کلرید ها تا حد زیادی نرخ خوردگی سرعت بخشیده و می تواند به فرمهای متعددی رخ می دهد.استفاده از نمک  ضد یخ(کلرید سدیم) به بتن برای سرعت بخشیدن به روند آب شدن برف و یخ، منبع معمول برای کلریدها است.کلریدها همچنین می توانند در شن و ماسه، سنگدانه ها، و آب مورد استفاده برای آماده سازی مخلوط های بتن وجود داشته باشند.بعضی از سازه های آبیاری در ایالت های غربی آمریکا ، آب با محتویات کلرید بالا را منتقل و جابجا می کنند(شکل 29).

سازه های بتنی واقع در محیطهای دریایی قرار گرفتن در معرض کلراید را از طریق آب دریا و یا پاشش در اثرجریان باد تجربه    می کنند.

در نهایت یکی دیگر (از راههای حمله ی کلرها) روش تجربی استفاده از کلراید به عنوان مواد افزودنی بتن برای سرعت بخشیدن   به هیدراتاسیون در زمستان (به عنوان ضد یخ) بود.

رخ دادن زنگ زدگی در شبکه آرماتور می تواند معمول باشد ، اما نه همیشه ، این مسئله را می توان با آشکار شدن لکه زنگ بر روی سطوح خارجی بتن و یا تولید صدای توخالی و یا طبل مانند و بمی که ناشی از ضربه زدن نرم روی بتن مشکوک ایجاد      می شود ، شناسایی کرد.همچنین می توان با اندازه گیری پتانسیل خوردگی هافسل از بتن آسیب دیده، با استفاده از دستگاه های الکترونیکی ویژه، که به این منظور ساخته شده، زنگ زدگی را شناسایی نمود.زمانی که زنگ زدگی شبکه آرماتور تایید شد، بسیارمهم است که آنچه واقعا باعث خوردگی شده شناسایی شود، چون معمولا علل خوردگی تعیین خواهد کرد که چه روش تعمیراتی را باید مد نظر و مورد استفاده قرار داد.بحث بیشتر درمورد روش های ترمیمی مناسب ،در بخش های دیگری از کتاب آورده شده است.هنگامی که علت آسیب شناسایی شد و مسئله ساده تر گردید ، در صورت لزوم، حفاظت و آماده سازی شبکه آرماتور تحت اثر خوردگی درهنگام برداشتن بتن فرسوده اهمیت می یابد. بر این اساس فلزی که توسط فرآیند خوردگی به کمتر از نصف سطح مقطع اصلی آن کاهش یافته باید حذف شده و جایگزین گردد.فولاد باقی مانده نیز برای حذف تمام شل زنگ ها ، خورده زنگ ها و محصولات جانبی خوردگی که با اتصال به مواد تعمیری (در روند ترمیم) دخالت می کنند ، باید تمیز گردد. شبکه آرماتور بندی تحت خوردگی ممکن است است از مناطق دارای بتن آسیب دیده به سوی بتن به ظاهر خوب گسترش یافته باشد. بنابرین در هنگام برداشتن بتن باید دقت کرد تمامی شبکه آرماتور دارای خوردگی شناسایی شوند.

20- قرار گرفتن در معرض اسید

منابع شایع برای قرار گرفتن سازه های بتنی  در معرض اسید در مجاورت معادن زیر زمینی اتفاق می افتد. آب های زهکشی خارج شده  از این معادن می تواند اسیدی و به صورت غیر منتظره ای با PHپایین باشد.مقدار PH 7 به عنوان ماده خنثی تعریف شده است. مقادیر بالاتر از 7 قلیایی نامیده شده اند، در حالی که مقادیر PH پایین تر از 7 اسیدی هستند. محلول اسید سولفوریک 15 تا 20 درصد،مقدار PH در حدود 1 می تواند داشته باشد.

چنین محلولی به سرعت به بتن آسیب می زند.پسآبهای اسیدی با مقدار PH  بین 5تا 6 نیز به بتن صدمه میزنند، اما تنها پس از قرار گرفتن طولانی سازه در معرض آنها.

تشخیص بتن آسیب دیده توسط اسید بسیار آسان است.اسید با سیمان پرتلندِ ملات بتن واکنش می دهد و سیمان به نمک های کلسیم تبدیل شده که بوسیله آب جاری ریزش کرده و شسته می شوند.سنگدانه ها ی درشت تر معمولا سالم می مانند، اما نمایان می گردند. ظاهر بتن آسیب دیده توسط اسید تا حدودی مانند تخریب سایشی است، اما سنگدانه هایی که در معرض اسید قرار می گیرند نمایانتر و بدون صیقل هستند. شکل 30 و 31 ظاهر نمونه ای از بتن را نشان می دهند که با قرار گرفتن در معرض اسید آسیب دیده است.

تخریب اسیدی به وضوح در سطح آغاز می شود، و تحت تاثیر اسید گسترش می یابد ، از آن طرف هرچه به هسته اصلی سازه و عمق بتن نزدیک می شود میزان تخریب کاهش می یابد. غلظت اسید در سطح بتن بالاست.اما هرچه به داخل بتن نفوذ می کند به علت واکنش با سیمان پرتلند خنثی می گردد. با این حال، سیمان موجود در جسم بتن به علت این واکنش ها ضعیف شده است.

بنابراین اقدامات اولیه برای ترمیم بتن تحت اثر اسید، که شامل برداشتن بتن آسیب دیده است همواره بیش از آن چیزیست که  پیش بینی می شود.عدم حذف تمامی بتن های آسیب دیده و ضعیف شده ناشی از عملکرد اسید باعث نقص در چسبیدن مواد ترمیمی می شود.بر اساس تجربه شستشو با اسید به عنوان یک روش مجاز برای تمیز کردن بتن جهت آمادگی سطوح برای تعمیرات مجاز می باشد ، اما به هر صورت،  نقص در چسبیدن مواد تعمیری رخ می دهد، مگر آنکه تلاش های گسترده ای برای حذف تمام آثار اسید از بتن انجام پذیرد.

در روش های دیگر ترمیم بتن  هیچ مجوزی جهت استفاده از اسید برای آماده سازی سازی بتن قبل از تعمیر و یا برای تمیز کردن ترک ها به منظور تزریق رزین صادر نشده است.

همانند تمامی علل تخریب بتن ، حذف منع تخریب بتن پیش از ترمیم لازم و ضروریست. یکی از روشهای معمول در تخریبات اسیدی، رقیق کردن اسید موجود در محل به وسیله آب است. محلول اسیدی با PH  پایین می تواند تبدیل به محلول اسیدی با PH بالاتر شده که پتانسیل رفتار مخرب کمتری دارد.

به عنوان جایگزین اگر PH محلول اسیدی به طور متوسط بالا بود، می توان از سیستم پوشش نازک بتن پلیمری (بخش 33) به عنوان متوقف کننده بازتولید اثرات تخریبی اسید پس از انجام ترمیم بر روی سطح استفاده نمود.

تحقیقات آزمایشگاهی نشان می دهد پوشش هایی با قابلیت محافظت سطح بتن در برابر اسید های قوی ، به ندرت اقتصادی  هستند.

در تعمیرات تخریب اسیدی می توان از بتن جایگزین به همراه چسب اپوکسی ( بخش 31) بتن جایگزین (بخش 29) و بتن پلیمری (بخش 32) و در بعضی موارد از چسب اپوکسی به همراه ملات اپوکسی (بخش 30) استفاده نمود. پیشنهاد می شود از ملات اپوکسی و بتن پلیمری که حاوی سیمان پرتلند نباشند، به دلیل مقاومت زیادی که در برابر اسید ، استفاده گردد.

21 – ترک خوردگی

ترک مثل خوردگی آرماتورها دلیل اصلی تخریب بتن نیست. بلکه نشانه ای از تخریب بتن به علت سایر عوامل مخرب است.
همه بتن هایی که با سیمان پرتلند ساخته می شوند درجه ای از جمع شدگی را در هنگام هیدراتاسیون متحمل می شوند. این انقباض جمع شدگی های خشکی را تولید کرده و ترک های ناشی از جمع شدگی را پدید می آورد که تا حدی به الگوی دایره ای شبیه هستند  (شکل 32) .این ترک ها به ندرت به عمق بتن گسترش یافته و می توانند به طور کلی نادیده گرفته می شوند.

ترکهای جمع شدگی پلاستیک، زمانی رخ می دهند که بتن تازه در معرض تبخیر زیاد آب خود را از دست می دهد ، که این در زمانیست که بتن وضعیت خمیری دارد.(شکل 33)

ترک های جمع شدگی پلاستیک معمولا تا حدی عمیق تر از ترکهای خشک و ترکهای ناشی از جمع شدگی در حین کیورینک بتن می باشند.

ترکهای گرمایی در اثر انقباض و انبساط بتن در اثر تغییر دمای محیط بوجود می آیند. ضریب طولی انبساط گرمایی بتن در حدود 5/5 میلیونیم اینچ بر اینچ بر درجه فارنهایت است. این می تواند باعث شود تا بتن به اندازه 5 درصد یک فوت به ازای هر 80 درجه فارنهایت تغییر طولی داشته باشد.

اگر هنگام طراحی به اندازه ی کافی درز برای وفق دادن بتن با این تغیر اندازه در سازه های بتنی تعبیه نشده باشد، بتن به سادگی از محلهایی که لازم بود درز انبساطی لحاظ شود ترک می خورد. این نوع ترک ها عموما بصورت کامل در درون جسم بتن گسترش یافته و منبعی برای نشت آب به درون سازه ی بتنی ایجاد می کنند. ترک های حرارتی همچنین می توانند در اثر دمای بالای هیدراتاسیون سیمان پرتلند در هنگام کیورینگ ایجاد شوند. در چنین بتن هایی مادامی که افزایش حرارت وجود دارد ، دمای داخلی و سختی افزایش می یابد. انقباض ثانویه نیز زمانی رخ می دهد که سازه رو به سرد شدن رفته و در اثر تنش کششی داخلی در سراسر نقاط تکیه گاهی ترک ایجاد می گردد.

کمبود نقاط تکیه گاهی یکی دیگر از علل شایع ترک خوردگی در سازه های بتنی است. تنش کششی بتن معمولا بین 200 تا 300 psi  است. پی موجود سازه به راحتی می تواند شرایط جابجایی را هرجا که تنش کششی از این میزان تجاوز کرده به وجود آورد و در نتیجه منجر به ایجاد ترک گردد.

ترک های بتن همانگونه که در بخشهای پیش مورد بحث قرار گرفت ،در اثر واکنش سنگدانه های قلیایی بتن ، حمله سولفاتی و تاثیرات سیکل ذوب و انجماد نیز ایجاد میشوند. این ترک ها در سازه در اثر بارگزاری بیش از حد سازه نیز اتفاق می افتند که در بخش آینده به آن خواهیم پرداخت.

تعمیرات موفق بر روی ترکهای سازه ی بتنی اغلب به سختی حاصل می گردد. گاهی بهتر است به برخی از انواع ترک های بتن نپرداخت تا با روش اشتباه و پر نقص دست به تعمیرشان زد. (شکل 34 و 35) انتخاب روش ترمیمی برای ترک ها به علل پیدایش آنان بستگی دارد. ابتدا باید تعیین کرد که ترکها زنده هستند یا مرده ، به صورت گردشی باز و بسته هستند یا گسترش یابنده با دامنه ی وسیع . تعمیرات سازه ای در این نوع معمولا بسار پیچیده و اغلب بی اثر هستند. چنین ترک هایی به سهولت و به سرعت بر روی مواد تعمیری یا در مجاورت بتن تعمیری باز تولید می شوند. به همین دلیل و پیش از هر تلاشی برای تعمیر بتن لازم است تا ” ترک سنجی” به منظور مونیتور و نظارت بر روی ترک های سازه نصب شود. (شکل 36)

این ابزار باید اطلاعاتی در مورد نوع ترک ، باز و بسته شدن دوره ای ، و اینکه سیکل آن روزانه یا فصلی است و اینکه به علت تغییرات دمایی هست یا نیست  و یا اینکه ترک از نوع پیشرونده و وسیع شونده است و به علت شرایط فونداسیون و یا بارگزاری است. مجددا اشاره می شود هر تلاشی برای تعمیر تنها هنگامی باید صورت گیرد که علل رفتار ترکها شناسایی شده باشد.

اگر تشخیص داده شد ترک اصطلاحا “مرده” یا به عبارتی ایستا است، تزریق رزین اپوکسی می تواند برای یکپارچه ساختن سازه ای بتن استفاده شود.(بخش 34) و اگر هدف از ترمیم ، آب بند ساختن نشتی سازه است پیشنهاد می شود که ترمیم به صورت کامل با تزریق رزین پلی یورتان انجام پذیرد.

تزریق رزین اپوکسی در برخی موارد که حجم نشت آب سازه کم باشد ، برای آب بندی استفاده شده و یا جهت چسباندن مجدد ترک های اعضای سازه ی بتنی بکار می رود.

رزین اپوکسی پس از تزریق به ماده ای سخت اما شکننده و ترد که نسبت به حرکت احتمالی ترک ها مقاومتی ندارد بدل می شود ، در عوض رزین پلی یورتان انعطاف پذیر بوده و مقاومت کششی پایینی داشته و به فومی بدون منفذ بدل شده که برای رفع نشت و آببندی سازه های بتنی اثر بخش است اما نمی توان به صورت نرمال برای تعمیرات اساسی از آن استفاده نمود.( برخی رزین های دو جزئی پلی یورتان وجود دارند که پس از تزریق صلب و انعطاف پذیر شده و برای این گونه تعمیرات مفید خواهد بود).

این گونه فوم های انعطاف پذیر می توانند  300 تا 400 درصد ازدیاد طول در اثر حرکات ترک ها را تجربه کنند. این نامتداول نیست که بتن آسیب دیده ای یافت شود که ترک های آن در اثر علل اولیه آسیب بتن ایجاد نشده باشد.(بخش 23 را ببینید).

اگر عمق برداشت بتن آسیب دیده و فرسوده به اندازه ی مورد لازم زیر عمق و دامنه ی گسترش ترکهای موجود نباشد، باید انتظار داشت سرانجام ترک جدیدی از میان مواد تعمیری استفاده شده نمایان شود.چنین بازتولید ترک ها را می توان در پوشش های ترمیمی پیوندی در عرشه ی پل ها ، سرریز ها و کانال های آب می توان مشاهده کرد ( شکل 37) اگر ترک های مجدد تحمل ناپذیر باشند باید روش تعمیر جداگانه ای برای هر یک از اجزای سازه و نه بر اساس اتصال به بتن قدیمی موجود در نظر گرفت.

22- بارگذاری بیش از حد بر روی سازه

تخریب بتن در اثر بارگزاری بیش از حد معمولا بسیار واضح است و به سادگی قابل شناسایی ست. رویداد هایی که در اثر بارگزاری بیش از ظرفیت سازه بوجود می آیند قابل توجه و قابل ذکر اند. تنش تولید شده در اثر بارگزاری زیاد به بروز ترک های متمایزی منجر شده که بارگزاری بیش از حد و نقاط باربر را نمایان می کنند. غالبا بارگزاری بیش از حد یکبار اتفاق می افتد و یک بار هم اثرات آن مشخص می شود و لذا در صورت ترمیم می توان انتظار داشت آثار تخریب بتن مجددا بر روی بتن تعمیری عود نکند.

باید انتظار داشت در چنین آسیب هایی به دانش و کمک یک مهندس سازه ی  باتجربه، برای انجام تجزیه و تحلیل ساختاری برای مشخص ساختن و ارزیابی علل منجر به تخریب سازه در اثر بارگزاری بیش از ظرفیت بطور کامل ، و نیز کمک برای تعیین میزان ترمیم و تعمیر ات لازم ، نیاز خواهد بود. این آنالیز باید تعیین میزان بارپذیری سازه در هنگام طراحی و تعیین اندازه ظرفیت طراحی شده برای بارگزاری بیش از حد را شامل شود. از ابتدا تا انتهای بازبینی بتن آسیب دیده باید تمامی اثرات بارگزاری بر روی سازه مشخص شود. جابجایی ها باید مشخص شوند و در درجه ی دوم خرابی ها ، در هر جایی که باشند. باید توجه داشت که اطمینان حاصل شود که خرابی هایی شناسایی شوند که ظرفیت بار پذیری سازه را پایین می آورند چون برخی از آسیبها برای اولین بار بتن را تضعیف نمی کند. ترمیم بتن آسیب دیده در اثر بارگزاری زیاد، میتواند به احتمال فراوان، بهترین عملکرد را با بتن جایگزین متداول داشته باشد.(بخش 29). در صورت نیاز به تعمیر یا جایگزینی شبکه ی آرماتور بتن آسیب دیده می بایست این عملیات در پروسه تعمیراتی پیش بینی و تعبیه گردد.

23- دلایل مضاعف تخریب

علت آسیب می بایست مشکوک باشد هنگامی که فرسودگی یا خسارتی در «بتن مدرن» رخ می دهد. بتن مدرن ( بتنی که از حوالی سال 1950 میلادی ساخته شده است) این مزیت را دارد که از افزودنی های گوناگون و تکنولوژی پیشرفته مواد بتنی برخوردار است.چنین بتنی نباید به بسیاری از دلایلی که در این فصل بررسی نموده ایم تخریب گردد. اگر به هر طریق مشخصات آسیب یا فرسودگی در این بتن نمایان گشت به احتمال فراوان مجموعه ای از دلایل موجبات آنرا فراهم نموده اند. ضعف در شناخت یا تقلیل دادن علل گوناگون آسیب به طور حتم سبب تعمیر ضعیف و عدم بهره برداری مناسب می گردد. تصویر 38 آسیب بتن در اثر چند عامل مخرب را نشان می دهد. این بتن از ترکهای ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه ها رنج می برد ، همچنین فرسایش ناشی از تسریع فرآیند چرخه ذوب و انجماد در سطح آن رخ داده است. همینطور صدمات ناشی از طراحی نادرست و یا ضعف در تکنیک های ساخت، در محل تعبیه شده برای داکت تاسیسات برقی که بسیار نزدیک به سطح خارجی بتن می باشد، مشهود است.

استفاده مناسب از افزودنی هوازا در بتن مدرن ، در حد بالایی مقاومت بتن در برابر فرسایش ناشی از سیکل ذوب و انجماد را توسعه داده است. بجز در مواردی که بتن در معرض سرمای بسیار شدید غیر معمول قرار می گیرد، نباید نشانه هایی از آسیب مربوط به سیکل ذوب و انجماد بروز یابد. علی رغم این ، سیکل انجماد و ذوب هم چنان یکی از مقصران آسیب به بتن های مدرن می باشد. قبل از اینکه شرایط ذوب و انجماد را متهم کنیم بهتر است این سئوال را مطرح کنیم که چرا افزودنی هوازا محافظت موثری را از بتن فراهم نکرده است؟ طرح اختلاط ویا نتایج تست کیفیت سنگدانه ها ممکن است ضعف بتن آماده شده را آشکار سازد. یا سنگدانه های در دسترس از کیفیت مرغوبی برخوردار نباشند. گزارشات ناظران ساخت و ساز ممکن است مشخص سازد در وهله ساخت تا اتمام آن ضعف در اجرا وجود داشته است.

تست های پتروگرافی بتن ضعیف ممکن است آشکار سازد ، واکنش قلیایی سنگدانه های بتن ، حمله سولفات ها و تاثیر کلروها بتن را در شرایطی قرار داده تا اجازه دهد آسیب های ناشی از چرخه انجماد – ذوب بروز نماید.

تمام این یافته ها آشکار می سازد که مشکل ایجاد شده بسیار پر دامنه تر و وسیعتر از تصور اولیه است و لذا نیازمند عملیات پیشگیرانه و صحیح گسترده تر از یک جایجایی ساده بتن فرسوده فعلی می باشد.

استفاده بیش از حد از آب در اختلاط بتن ، انتخاب نامناسب نوع سیمان پرتلند، عملکرد ضعیف در اجرا، بتن آماده ی ضعیف ، استفاده از سنگدانه های آلوده و کم کیفیت و کیورینگ ناکافی، تماما به بتن دوام پایینی می بخشند. چنین بتنی در برابر فرسایش نرمال و سایر پیشامد ها مقاومت پایینی خواهد داشت.

انتخاب روش و مواد مناسب برای بتن آسیب دیده ای که تحت تاثیر عوامل مختلف تخریب قرار داشته، بستگی به تمامی عوامل تضعیف کننده و تسریع کننده تخریب دارد. هرگاه عامل تضعیف کننده به صورت کامل درک شد، اولین اقدام پیشگیرانه معمول محافظت از بتن اصلی از تخریبات اضافی است. استفاده از ترکیبات بتن آببند (بخش های 35 و 38) یا پوشش نازک بتن پلیمری (بخش 32) ممکن است در این باره مفید باشد. اگر این راهکارهای پیشگیرانه در مقام داوری مفید نبود می بایست بر اساس شروحی که در بخش های قبلی آمد روش ترمیم را با در نظر داشتن دوره عمر کوتاه ترمیم و بازگشت مجدد آسیب ها بر بتن ضعیف انتخاب و اجرا نمود.

اجرای کاشت میلگرد و بولت در بتن

کاشت بولت در بتن چیست ؟ یکی از تحولات مثبت و تاثیر گذار در اجرای سازه های بتنی امکان کاشت بولت و بولت در بتن می باشد. نیاز به کاشت بولت و بولت در بتن به دلایل مختلفی به موجود می آید.کاشت بولت و بولت به علت تغییر مشخصات سازه ، کاشت بولت و بولت به علت نقایص اجرا، کاشت بولت و بولت به علت شرایط بهره برداری ، کاشت بولت و بولت به علت تغییرات در نقشه اجرایی ، کاشت بولت و بولت به علت راحتی اجرا و … از جمله از دلایل کاشت بولت و بولت در بتن می باشند.

امروز انواع مختلفی از چسب های کاشت بولت در بتن توسط شرکت های تولید کننده گوناگون ارائه می شود. این چسب های کاشت بولت دارای ترکیبات شیمیایی و مشخصات مقاومتی و شیمیایی مختلفی می باشند.

چسب های کاشت بولت از نظر بسته بندی نیز دارای دو نوع می باشد. چسب های کاشت بولت با بسته بندی تزریق به روش گان و چسب های کاشت بولت با بسته بندی حجمی و کیلوگرمی.

کاشت بولت در بتن دارای مراحل مختلفی می باشد. عملیات کاشت بولت و بولت در بتن مسلح به ترتیب شامل سوراخ کاری بتن به وسیله دستگاه کرگیری یا گرد بر بتن به عمق و قطر مناسب و لازم ، شستشو و تمیزکاری داخل سوراخ به وسیله دستگاه دمنده و مکنده ، تزریق و اعمال چسب به وسیله گان  یا به صورت شره ای ( با توجه به نوع بسته بندی ) و نصب بولت می باشد.

عمده بولتهای کاشت شده به این روش بسته به نوع چسب ، پس از گذشت 48 ساعت از زمان اجرا قابل بهره برداری می باشند.

از جمله نکات حائز اهمیت در عملیات کاشت بولت در بتن تمیز کاری مناسب سوراخ ایجاد شده می باشد.

عملیات کاشت بولت اجرایی از طریق آزمایش کشش بولت کاشت شده قابلیت کنترل کیفی را دارد. نتیجه مثبت در این آزمایش بریدگی بولت می باشد. لازم به ذکر است قلوه شدن بولت و یا خارج شدن بولت در تست عملیات کاشت بولت گزینه های دیگر ممکن می باشند. در صورت بروز این دو نتیجه این امر نشان از مشکلات اجرایی و یا محاسباتی در عملیات کاشت بولت در بتن دارد.

امروز یکی معتبر ترین شرکت های تولید کننده چسب کاشت بولت یا بولت در جهان هیلتی می باشد. چسب های کاشت بولت هیلتی دارای مقاومت کششی در خوری می باشد که در جدول زیر ذکر گردیده است.

از خصوصیات ویژه چسب کاشت بولت و بولت هیلتی ، اجرای راحت و خصوصیات فنی بالای آن می باشد.

چسب های کاشت بولت و بولت هیلتی با وجود هزینه بالا امروزه در میان متخصصین و کارشناسان طرفداران زیادی دارد که به علت اطمینان از کیفیت محصول مورد نظر می باشد.

از چسب کاشت بولت و بولت هیلتی می توان برای کارشت بولت در سطوح عمودی و افقی و کاشت بولت استفاده نمود.

چسب کاشت بولت و بولت هیلتی را می توان با استفاده از گان های مخصوص اعمال و اجرا نمود.

چسبهای کاشت بولت و بولت  هیلتی در بسیاری از پروژه های معتبر کاشت بولت یا بلت استفاده شده است.

برخی از موارد مصرف چسب کاشت بولت یا بولت هیلتی استفاده برای برای نصب ماشین آلات ، گارد ریل ها ، بیس پلیت ها ، بولت ها و … می باشد.

جدول تست کشش چسب هیلتی

مقاومت کششی Ton	عمق کاشت mm	سایز بولت mm
6.5	110	14
8	130	16
10.5	150	18
15	170	20
17	190	22
20	210	24
25	250	28
27	280	32

 کلینیک فنی بتن ایران با اندیشه ایجاد مرکزی تخصصی و کاربردی در زمینه ارائه خدمات فنی مهندسی ، بازرگانی و آموزشی در سطح کشور و منطقه راه اندازی گردیده است .

کلینیک فنی بتن ایران، اولین و تنها مجموعه فنی و مهندسی با محوریت بتن در سطح کشور می باشد که توانسته با ارائه خدمات متنوع و تخصصی گامی  نو و البته کارآمد در عرصه صنعت بتن کشور بردارد. این امر باعث گردیده تا کارشناسان و مهندسی فعال در عرصه بتن کشور با در اختیار داشتن تیم کارآمد در کنار خود راه سخت اجرای پروژه عمرانی را با اطمینانی بیشتر و با کیفیت تر بردارند.

کلینیک فنی بتن ایران، با به کارگیری تیم های کارشناسی ، اجرایی ، تخصصی ، بازرگانی و آموزشی از میان فعالان و متخصصین بتن برجسته کشور  همواره سعی دارد تا با اولویت قراردهی کیفیت و تخصص باعث ارتقاء سطح کیفی ، مهندسی و اجرایی پروژه ها و با رفتن سطح عملی دست اندرکاران گردد.

در این راستا ، کلینیک فنی بتن ایران فعالیت خود را در سه شاخه فنی و مهندسی ، آموزش و بازرگانی  هدف دهی و پیگیری نموده و می نماید.

بخش مهندسی و اجرایی کیلینیک فنی و تخصصی بتن : بر هیچ کس پوشیده نیست که افزایش کیفیت و دوام پروژه ها عمرانی و سازه های بتنی در حین ساخت و بهره برداری  مستلزم سوق به سمت ارائه خدمات تخصصی و هدفمند می باشد. این امر به خصوص در پروزه تخصصی و حساس تر مانند تعمیرات و بازسازی سازه های بتنی که بازدهی و نتیجه گیری از آن ها صفر یا صدی می باشد ، رنگ و بوی جدی تری به خود می گیرد. از این رو مجموعه کلینیک فنی و تخصصی بتن ایارن با در اختیار گیری تجهیزات تخصصی ، تیم مهندسی و کارشناسی و نیروهای اجرایی کارآزموده و آموزش دیده خدماتی به روز و تخصصی را به دست اندرکاران و کارفرمایان پروژه های عمرانی در سطح کشور و منطقه ارائه نماید.

 سرفصل های خدمات مهندسی و کارشناسی بتن قابل ارائه توسط مجموعه :

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای ترمیم و بازسازی سازه های بتنی

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای مقاوم سازی انواع سازه های بتنی

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرایآب بندی و محافظت سازه های بتنی ماننده تصفیه خانه ها ، سازه های صنعتی ، کولینگ تاورها ، کلاریفایرها ، ایستگاه های پمپاژ ، استخرها ، مخازن آب و فاضلاب ، سد ها ، کانالها و …

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای انواع  تست و آزمایش های غیرمخرب سازه های بتنی

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای انواع کف پوش های صنعتی از جمله کف پوش های پایه سیمانی ، پلی یورتان و اپوکسی و پلی یورتان و اپوکسی

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره و کارشناسی بتن

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای کرگیری و کاشت بولت و بولت در سازه های بتنی

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای ورق های ژئوممبرین

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای پوشش ضد حریق

کلینیک فنی بتن ایران | مشاوره ، مهندسی و اجرای پوشش های ضد اسید

بخش آموزش کلینیک فنی بتن ایران :

این بخش در راستای اهمیت و نیاز دانش عملی و عملیاتی مهندسین و دست اندرکاران پروژه عمرانی به ویژه پروژه های بتنی راه اندازی گردیده است.کلینیک فنی بتن ایران در این راستا با تعریف سرفصل و دوره های تخصصی و کاربردی بتن و نیز به کارگیری مدرسین و متخصصین سرشناس ، کارآزموده و با تجربه اقدام به برگزاری دوره های آموزشی تخصصی بتن  به صورت عمومی و اختصاص نموده است.

 بخش بازرگانی کلینیک فنی بتن ایران :

امروزه با گسترش روزافزودن استفاده از انواع افزودنی و محصولات کمکی و جانبی بتن در پروزه های عمرانی شرکت های مختلفی در قالب ارائه کنندگان محصولات مذکور شکل گرفته و به خدمات در سطح کشور اقدام می نمایند. اما آنچه همواره در این زمینه به عنوان مشکلی بزرگ قابل تامل بوده است ارائه خدمات به صورت عام و فارغ از تخصص لازم  و خدمات پس از فروش بوده است. که این موضوع باعث تحمیل هزینه های گزاف و تاثیرات منفی در پروژه ها گردیده است. از این رو این مجموعه سعی نموده تا با ارائه خدمات توامان کارشناسی در کنار خدمات بازرگانی نسبت به حل این نقیصه اقدام نماید.

 

 

فلسفه مصرف و خواص انواع روان کننده ها (کاهنده های ) آب  بتن

افزودنی های روان کننده یا کاهنده های آب بتن

PLASTICIZERS OR WATER REDUCING ADMIXTUREES(WRA)

SUPER PLASTICIZERS OR HIGH REDUCING ADMIXTURES(HRWRA)

1. مقدمه و تاریخچه : بتن جسمی مرکب از سنگدانه ها و خمیر چسباننده است . سنگدانه های بتن معمولی از نوع طبیعی معدنی یا مصنوعی معدنی است و خمیر چسباننده آن شامل آب و سیمان پرتلند یا آمیخته می باشد . در بتن سخت شده ، ویژگیهای مقاومتی ، پایایی و نفوذ پذیری از اهمیت زیادی برخوردار است . برای دستیابی به خواص مطلوب در بتن سخت شده به ناچار باید از مرحله بتن خمیری گذر کنیم و ویژگیهای بتن خمیری و تازه در دستیابی به این خواص از اهمیت خاصی برخوردار می باشد . کارآیی ، آب انداختن ، جداشدگی ، جمع شدگی و گیرش جزء خواص بتن تازه است که باید به آن توجه شود .

نسبت آب به سیمان علاوه بر تاثیر جدی بر خواص بتن سخت شده ، بر خواص بتن تازه اثرگذار است .

برای بهبود کیفیت بتن سخت شده ، کاهش نسبت آب به سیمان از ابتدای قرن بیستم در دستور کار ساخت بتن پایاتر و مقاومتر و با نفوذپذیری کمتر بوده و می باشد . همواره این کاهش W/C به کاهش کارآیی و روانی بتن منجر می شد و تضادی وجود داشت که حل آن در گرو تغییر روشهای ساخت و اجرا بود اما تا بکارگیری مواد کاهنده آب ( روان کننده) تحول اساسی و عظیمی رخ نداد .

در دهه 50 میلادی مواد روان کننده و خواص آن در بتن شناخته و مصرف شد در حالیکه قبل از آن برخی افزودنیهای دیگر مانند آب بند کننده ها کاربرد جدی داشتند .

مصرف افزودنیهای روان کننده تحولی عظیم را در اواخر دهه 50 و دهه 60 میلادی در صنعت بتن بوجود آورد که با بکارگیری روان کننده های ممتاز (فوق روان کننده ها) در دهه 70 میلادی به اوج رسید .

در دهه 80 میلادی روان کننده های بسیار قوی ( ابر روان کننده ها) ابداع شدند و در دهه 90 بکارگیری آنها رایج شد و انقلابی اساسی در تکنولوژی بتن و اجرای آن حاصل گشت . قبل از کاربرد این مواد در بتن ، امکان تغییر کارآیی (روانی) بتن فقط با تغییر مقدار آب و در نتیجه نسبت آب به سیمان در بتنی با سنگدانه معین و عیار سیمان خاص متصور بود . اگر عیار سیمان ثابت نگهداشته می شد با افزایش آب کارآیی زیاد می گشت که مسلما” با افزایش نسبت آب به سیمان همراه بود و مسلما” مقاومت و دوام بتن کاهش می یافت و نفوذپذیری زیاد می شد . در صورتی که هدف ثابت ماند نسبت آب به سیمان بود باید عیار سیمان بتن را بالا می بردیم تا با افزایش آب و کارآیی بتوانیم به دوام و مقاومت نسبتا” مطلوب و دلخواه دست یابیم . در این حالت مقاومت و دوام چنین بتنی در مقایسه با بتنی با همین نسبت آب به سیمان ولی با آب و سیمان کمتر ، پایین تر به نظر می رسید که خود نوعی ضعف و محدودیت به شمار می آمد .

به ویژه در کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی مشکلات زیادی را شاهد بودیم زیرا تغییر نسبت آب به سیمان عملا” به تغییر و روانی بتن منجر می شد و شرایط یکسانی برای محقق بوجود نمی آمد .

2. تاثیر W/C و عیار سیمان بر کیفیت بتن : همانگونه که در بالا عنوان شد کاهش نسبت آب به سیمان در افزایش مقاومتهای بتن (فشاری،خمشی،کششی،برشی،سایشی) ، ویژگیهای مکانیکی (مدول ارتجاعی ، ضریب پواسون و …) و پایایی آن به ویژه در کاهش نفوذپذیری در برابر آب ، نمکهای زیان آور و کلریدها موثر است . دوام بتن را در برابر تری و خشکی پی در پی ، یخبندان و آب شدگی پی در پی و موارد مشابه بهبود می بخشد و عامل مهمی است که همه خواص بتن را بهتر می کند .

آنچه معمولا” برای برخی از مهندسین و دست اندرکاران روشن نیست ، تاثیر عیار سیمان در کیفیت بتن است . امروزه دانشمندان عرصه بتن ، اعتقاد راسخ دارند که به ازاء نسبت آب به سیمان یکسان و ثابت معمولا” با کاهش عیار سیمان مقاومت و دوام بتن افزایش می یابد و نفوذپذیری آن کم می شود .

اگر فرض کنیم در نسبت آب به سیمان ثابت ، درصد فضای خالی در خمیر سیمان ثابت باشد بنابراین با افزایش خمیر سیمان با توجه به افزایش سیمان و آب ، حجم کل فضای خالی در بتن افزایش می یابد که به نوبه خود به افزایش نفوذپذیری و کاهش دوام منجر می شود .

خمیر سیمان در مرحله گیرش و سخت شدن دچار جمع شدگی خمیری(خودزا و تبخیر و کاهش آب ) می شود در حالیکه سنگدانه حجم ثابتی را دارد بنابراین در حد فاصل خمیر سیمان و سنگدانه ها ، ترکهای مویینه پدید می آید و حتی این ترکها در خمیر سیمان نیز ایجاد می شود .هر قدر خمیر سیمان بیشتر شود و نقش پر کنندگی آن بیشتر گردد ، احتمال ایجاد ترکهای مویینه بیشتر می شود . بنابراین افزایش عیار سیمان بر مقاومت و دوام، تاثیر منفی باقی می گذارد و نفوذپذیری نیز زیاد می شود . مسلما” با افزایش خمیر سیمان ، حجم سنگدانه مصرفی به عنوان قید خمیر سیمان کم می گردد . پس به دلایل فوق، افزایش عیار سیمان با W/C ثابت به کاهش کیفیت بتن منجر می شود .

این تصور که همواره با افزایش عیار سیمان شاهد افزایش مقاومت و دوام و کاهش نفوذپذیری خواهیم بود کاملا” غلط است . مسلما” اگر با فرض ثابت بودن آب ، عیار سیمان را افزایش دهیم ، با کاهش W/C روبرو خواهیم شد و افزایش در مقاومت و دوام را شاهد خواهیم بود که نتیجه کاهش W/C می باشد نه عیار سیمان . اگر با حفظ W/C بخواهیم کارآیی را زیاد نماییم ، آب و سیمان باید به همراه هم بیشتر شود که افزایش حجم خمیر سیمان را در پی دارد . بنابراین در برخی منابع تاثیر افزایش روانی را کاهش مقاومت و دوام دانسته اند که همان مفهوم فوق را با عباراتی دیگر در بر دارد .

کاهش عیار سیمان به کاهش جمع شدگی بتن منجر می شود و همچنین کاهش خزش را نیز در پی دارد که در قطعات پیش تنیده اهمیت ویژه خواهد داشت . افزایش عیار سیمان معمولا” تردی بیشتری به بتن می دهد.

کاهش عیار سیمان معمولا” برای کنترل گرمازایی و سرعت گرمازایی بتن از ضروریات مهم به حساب می آید و یک نیاز جدی در بتن حجیم و ساخت بدنه سدهای بتنی و شالوده های بزرگ است .

3. فلسفه و دلایل بکارگیری افزودنیهای روان کننده(کاهنده آب ) : به طور کلی می توان گفت امروزه اکثر بتنها در کشورهای پیشرفته با افزودنیهای مختلف منجمله روان کننده ها ساخته می شود افزودنی ها طبق ASTM C125 به موادی غیر از آب ، سنگدانه ، سیمان هیدرولیکی و الیاف گفته می شود که در هنگام اختلاط و یا درست قبل از اختلاط به بتن یا اجزاء آن اضافه می شود تا خاصیت جدیدی را در بتن خمیری یا سخت شده بوجود آورد . کمیته ACI 212 بیست هدف از مصرف افزودنیها را فهرست کرده است .

از دهه 40 میلادی که مصرف افزودنیها در بتن آغاز شد ظرف مدت 20 سال ، 275 محصول در بازار بریتانیا 340 محصول متنوع در آلمان عرضه شد . امروزه اکثر بتنهای تولید شده در کشورهای پیشرفته حاوی یک یا چند مده افزودنی می باشند . در دهه 90 میلادی 88 درصد از بتنهای کانادا ، 85 درصد از بتنهای استرالیا و 77 درصد از بتنهای ایالات متحده آمریکا دارای مواد افزودنی شیمیایی بوده اند !

سه دلیل مستقل و یک دلیل ترکیبی را می توان برای افزودنیهای روان کننده (کاهنده آب) برشمرد .

3-1- افزایش روانی (کارآیی) بتن و ملاتها: اگر این مواد را به بتن یا ملات بیفزاییم روانی و کارآیی آنها را اضافه تر می کند بدون اینکه در مقادیر و نسبت سایر اجزاء بتن و ملات تغییری حاصل شود .

این امر نحول مهمی را در صنعت ساخت و ساز ، حمل و ریختن و تراکم بتن فراهم آورد ، زیرا با داشتن W/C و W آب امکان ریختن بتن روان تری را در قالب بوجود می آورد و می توانستند آن را براحتی در قالب جای دهی کنند و متراکم نمایند . علی القاعده در این حالت نباید تغییری در مقاومت و دوام بتن و نفوذپذیری آن بوجود آید اما تجربیات آزمایشگاهی نشان داد که علیرغم ثابت بودن W/C ، مقاومت و دوام بهبود می یابد و نفوذپذیری کم می شود . علت این پدیده را می توان پراکندگی و توزیع یکنواخت تر و بهتر سیمان در بتن و ملات دانست زیرا سیمان از حالت کلوخه بودن خارج می شود و آب می تواند به نحو کاملتری اطراف دانه های سیمان را بگیرد و پخش شدگی بهتر و همگنی توزیع سیمان در بتن و ملات را شاهد خواهیم بود .

البته در این حالت به دلیل افزایش روانی باید نگران جداشدگی و آب انداختن بیشتر بتن باشیم ولی به دلیل توزیع بهتر سیمان و مجزا شدن ذرات آن از یکدیگر عملا” رشد مقاومتی بهتری را انتظار داریم .

3-2- کاهش آب مصرفی (کاهندگی یا تقلیل آب) : اگر بخواهیم روانی بتن را ثابت نگهداریم ، می توان با مصرف این افزودنیها ، مقدار آب را با توجه به قدرت کاهندگی آب و میزان مصرف این مواد کاهش داد . در این حالت اگر عیار سیمان بتن و ملات ثابت فرض شود ، نسبت آب به سیمان کاهش می یابد و مسلما” مقاومت و دوام بتن و ملات افزایش چشمگیری را نشان می دهد و نفوذپذیری کاهش خواهد داشت . یک طریقه ساخت بتنهای آب بند و با نفوذپذیری کم ، کاهش W/C است . این قابلیت تحول عظیمی را در صنعت بتن بوجود آورد زیرا امکان افزایش دوام و مقاومت فراهم آمده بود .

کاهش آب انداختن و جمع شدگی از جمله مزایای کاهش W/C می باشد . در این حالت حجم خمیر سیمان نیز کمتر می شود.

3-3- کاهش عیار سیمان بتن و ملات : اگر W/C و روانی بتن و ملات را ثابت نگهداریم ، با توجه به خاصیت کاهش آب که توسط این مواد ایجاد می شود ، می توان عیار سیمان را به همان نسبت کاهش داد . با توجه به مطالبی که قبلا” مطرح گردید . علاوه بر کاهش جمع شدگی و ترک خودگی بتن و ملات در مرحله خمیری بودن ، جمع شدگی و ترک خوردگی بتن سخت شده نیز کاهش می یابد .این کاهش عیار سیمان در واقع باعث افزایش مقاومت و پایایی بتن و کاهش نفوذپذیری بتن می گردد .

علاوه بر این ممکن است کاهش عیار سیمان به عنوان یک هدف برای کاهش گرمازایی بتن باشد و یا یک هدف اقتصادی محسوب گردد . باید گفت با مصرف این مواد همواره نمی توان بتن یا ملات ارزانتری را ساخت و این هدف ممکن است با وجود قیمتهای خاصی برای سیمان و افزودنی مورد نظر و میزان مصرف آن و تاثیر این مواد بر کاهش آب و در نتیجه کاهش سیمان عملی گردد . با کاهش قیمتهای این مواد و افزایش قدرت تاثیر و کاهش میزان مصرف آنها و هم چنین افزایش قیمت سیمان در سالهای اخیر ، کاهش هزینه ساخت بتن با روان کننده ها در کشورهای دیگر عملی شده و در ایران نیز گاه این کاهش محقق شده و انتظار می رود در آینده به طور کامل شاهد آن باشیم .

3-4- دستیابی به مجموعه ای از اهداف : با توجه به فلسفه و دلایل مصرف افزودنیهای روان کننده ( کاهنده آب) ، می توان مجموعه ای از اهداف فوق را نشانه روی کرد .

بدین ترتیب مجموعه ای از اهداف فنی و اقتصادی ممکن است حاصل گردد اما به هر حال در این حالت ، تاکید و فشار بر یک هدف وجود ندارد .

4. موارد کاربرد افزودنیهای کاهنده آب (روان کننده) : امروزه کاربردهای متعددی برای این مواد با قدرت کاهندگی متفاوت وجود دارد که به برخی از آنها اشاره می شود :

4-1- ریختن بتن در قطعات نازک و پر میلگرد با ساخت بتن روان تر

4-2- بتن ریزی با لوله ترمی termie و بتن ریزی زیر آب

4-3- بتن ریزی با پمپ و لوله با ایجاد بتن روان تر و کارآتر

4-4- ایجاد نماهای بهتر با ساخت و ریختن بتن روان تر

4-5- ساخت بتنهای خود تراکم یا خود تراز    Self-compacting or self-levelling con      

4-6-ساخت بتن پر مقاومت (با مقاومت زیاد)High strength con(HSC)    

4-7- ساخت بتن توانمند (با عملکرد بالا)High performance con(HPC)        

4-8- سخت بتن آب بند Water – Proofing con.                         

 ساخت بتنهای با دوام در برابر یخ بندان و آب شدگی

4-10- ساخت بتنهای با دوام در برابر سولفاتها و سایر مواد شیمیایی

4-11- ساخت بتنهای مناسب مناطق خورنده برای کاهش نفوذ یون کلر در بتن و حفظ میلگردها

4-12- ساخت بتن حجیم و بدنه سدها  Mass con.        

 4-13- ساخت قطعات پیش ساخته و پیش تنیده

4-14- ساخت نتنهای حاوی دوده سلیسی

4-15- ساخت بتنها و ملاتهای تعمیری و ترمیمی

4-16- پر کردن زیر صفحه کف ستون با ملات یا بتن روان

4-17- ساخت ملاتهای روان برای تزریق در توده سنگدانه درشت و تولید بتن با سنگدانه پیش آکنده

Pre Placed Aggregate con. Or Injected.Agg.con.                               

4-18- تزریق دوغاب و ملات به داخل درزها و حفرات سنگ و خاک و پشت قطعات بتنی تونلها

5. مواد تشکیل دهنده افزودنیهای کاهنده آب و طبقه بندی و دسته بندی آنها : افزودنیهای روان کننده یا کاهنده آب را می توان از نظر نوع و ماده بکار رفته در آنها ، قدرت روان کنندگی یا کاهندگی آب ، تک کاره بودن یا چند منظوره بودن دسته بندی و طبق بندی نمود .

5-1-طبقه بندی روان کننده ها (کاهنده آب) از نظر نام مواد تشکیل دهنده : این افزودنیها را می توان با نامهای کلی شیمیایی زیر دسته بندی و طبقه بندی کرد اما به دلیل گستردگی آنها نمی توانیم ادعا نماییم که نام همه آنها را ذکر کرده ایم .

5-1-1- مواد حباب زا متشکل از چربیهای حیوانی یا گیاهی ، پروتئین ها ، صمغ ها و شیره های گیاهی ، پودر آلومینیوم و …   .

5-1-2- اسیدهای لیگنو سولفونیت و نمکهای آنها ( لیگنوسولفوناتها)

Ligno Sulfonic Acids and their Salts (Ligno Sulfonates)                        

5-1-3- مشتقات و مواد تغییر یافته یا اصلاح شده اسیدهای لیگنوسولفونیت و نمکهای آنها

5-1-4- اسیدهای کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمکهای آنها

Hydroxylated Carboxylic Acids and Their Salts                                    

5-1-5- مشتقات و مواد تغییر یاقته یا اصلاح شده اسیدهای کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمکهای آنها

5-1-6- فرم آلدئید ملامین سولفوناته فشرده

5-1-7- فرم آلدئید نفتالین سولفوناته فشرده

5-1-8-مخلوط ردیف های قبلی

5-1-9- برخی کربوهیدراتها اپلی ساکاریدها ، اسیدهای شکر ، گلوکوناتها

5-1-10- ترکیبات پلیمری خاص مانند سلولزها- اترها، مشتقات ملامین ، مشتقات نفتالین ، سیلیکون ها ، هیدروکربورهای سولفوناته

5-1-11- برخی مواد غیر آلی مانند نمکهای روی ، براتها ، فسفاتها و کلریدها

5-1-12- آمین ها و مشتقات آنها

5-1-13- اسیدهای پلی کربوکسیلیک اترها و مشتقات آنها

5-1-14- برخی پلیمرها مانند آکریلاتها  Acrylates               

5-2- طبق بندی روان کننده ها (کاهنده های آب) بتن از نظر قدرت کاهندگی آب و میزان نحوه عملکرد :

اصولا” این مواد بر سطح سنگدانه ها و سیمان اثر می کنند و در سطح مشترک آب و این اجزاء بتن تغییراتی ایجاد می کنند . در سطح سیمان بار منفی به وجود می آورند و ذرات یکدیگر را دفع و پراکنده می نمایند . حبابهای هوا نیز از دانه ها و سیمان جدا می شوند و کارآیی افزایش می یابد اما هر چند به دلیل افزایش سطح تماس آب با ذرات پراکنده شده سیمان هیدراسیون بهتر انجام می شود اما معمولا” ساختار خمیر سیمان هیدراته تغییر نمی کند .

قدرت افزودنیهای مختلف از نظر روان کنندگی یا کاهندگی آب متفاوت است و به صورت ذیل می باشد . قدرت این مواد برحسب میزان کاهش آب مشخص می شود نه قدرت روان کردن آنها .

5-2-1- روان کننده ها (کاهنده های آب) معمولی یا نسل اول این مواد :

موادی که قدرت کاهندگی آب در آنها حداکثر 15 درصد برای بتن روان تر و 10 تا 12 درصد بتنهای نیمه شل می باشد جزء این دسته هستند .

مواد حباب زا ، اسیدهای کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمکهای آنها و مشتقات و مواد تغییر یافته آنها ، لیگنوسولفوناتها و اسیدهای آنها و مشتقات و مواد تغییر یافته این مواد ، همچنین کربوهیدراتها ، پلی ساکاریدها و اسیدهای شکر و گلوکوناتها را می توان در این دسته قرار داد . به هر حال این قدرت کاهش آب برای میزان ماده توصیه شده نباید کمتر از 5 درصد باشد .

از آنجا که این مواد در ابتدا و در دهه 50 میلادی ساخته و رایج شدند بعدها به عنوان نسل اول شناخته شدند .

این مواد معمولا” میزان مصرف کاملا” متفاومت دارند . لیگنو سولفوناتها بسیار رایج هستند و به صورت پودر قهوه ای تیره است که 40 گرم از آنها در 60 گرم آب حل می شود . چگالی مایع بین 16/1 تا 18/1 می باشد.

5-2-2- روان کننده های ممتاز (کاهنده آب با دامنه زیاد) یا فوق روان کننده نسل اول و روان کننده نسل دوم: اینها موادی هستند که قدرت کاهندگی آب آنها در بهترین شرایط حداکثر 25 درصد و معمولا” محدود  به 18 تا 20 درصد می باشد . به هر حال حداقل قدرت کاهش آب در آنها برای میزان ماده توصیه شده نباید از 12 درصد کمتر باشد . این مواد در دهه 70 میلادی ساخته شدند و به کار رفتند .

مولکولهای سنگین و زنجیره های طولانی پلیمری مانند فرم آلدئید نفتالین سولفوناته فشرده و فرم آلدئید ملامین سولفوناته فشرده از جمله معروفترین و پر مصرفترین این دسته از روان کننده ها می باشند . این مواد به ترتیب به صورت پودر قهوه ای تیره و سفید هستند که 35 گرم آنها در 65 گرم آب حل می گردد .

چگالی محلول نوع نفتالینی 17/1 تا 20/1 و نوع ملامینی 09/1 تا 12/1 می باشد .

5-2-3- ابر روان کننده ها ( فوق روان کننده های ممتاز ) یا فوق روان کننده نسل دوم و روان کننده نسل سوم : این مواد در بهترین شرایط دارای قدرت کاهندگی آب حداکثر 35 تا 40 درصد هستند و معمولا” در بتن های نیمه شل به 30 درصد محدود می شود . این مواد باید چسبندگی مناسبی را به وجود آورد .

اسیدهای پلی کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و مواد اتری ، همچنین آکریلاتها از جمله این دسته مواد هستند . در دهه 80 میلادی به تدریج ساخته شدند و در دهه 90 میلادی مصرف آنها رایج گردید . تولید و مصرف آنها نتیجه جذابیت بکارگیری فوق روان کننده های نسل اول و نتایج مصرف آنها در افزایش کارآیی ، مقاومت و دوام بتنها بود زیرا سعی داشتند بتوانند کاهش آب بیشتری را داشته باشند .

معمولا” این مواد به شکل مایع می باشد و چگالی آنها به صورت معمول بین 05/1 تا 07/1 است .

5-3- طبقه بندی روان کننده ها از نظر نوع عملکرد در مورد گیرش ، تسریع در کسب مقاومت یا کند کردن ، حفظ روانی و سایر خواص بتن تازه یا سخت شده :

از نظر قدرت روان کنندگی و هم چنین از نظر گیرش و روند کسب مقاومتهای اولیه در ASTM C494 و ASTM C1017 این مواد دسته بندی شده اند . در ASTM C494 افزودنیهای روان کننده ( یا کاهنده آب) به 5 دسته تقسیم شده اند .

نوع A :  کاهنده آب معمولی (خنثی) با حداقل 5 درصد قدرت کاهندگی آب .

نوع D :  کاهنده آب و دیرگیر کننده با حداقل 5 درصد قدرت کاهندگی آب و دیرگیری مشخص .

نوع E :  کاهنده آب و تسریع کننده با حداقل 5 درصد قدرت کاهندگی آب و زودگیری و کسب مقاومت اولیه بیشتر  .

نوع F :  کاهنده قوی آب (خنثی) با حداقل 12 درصد قدرت کاهندگی آب و کسب مقاومت اولیه بیشتر .

نوع G :  کاهنده قوی آب و دیر کننده با حداقل 12 درصد قدرت کاهندگی آب و دیرگیری اما کسب مقاومت اولیه بیشتر .

در این تقسیم بندی عملا” کاهنده قوی آب با خاصیت زودگیری وجود ندارد بلکه کسب مقاومت اولیه بیشتر مد نظر بوده است و محدودیتهای مربوط به مقاومت و زمان گیرش اولیه و نهایی از نظر انحراف نسبت به مخلوط کنترل پیش بینی شده است در ASTM C1017 افزودنیهایی که تولید بتن روان (خود تراکم یا خود تراز) Flowing con. می نماید به دو دسته تقسیم شده اند که مسلما” جزء فوق روان کننده های قوی قرار دارند .

نوع A : روان کننده (خنثی) Plasticizer

نوع B : روان کننده دیرگیر کننده Plasticizer and Retarder  

نوع A و B حداقل افزایش حدود 90 میلی متر را باید نسبت به مخلوط کنترل ایجاد نمایند و مقاومت 3 روزه ، 7 و 28 روزه و 6 ماهه و یکساله آنها نسبت به مخلوط کنترل نباید از 90 درصد کمتر باشد .

نوع A نباید انحرافی بیشتر از یک ساعت زودتر یا 5/1 ساعت دیرتر در زمان گیرش به وجود آورد (گیرش اولیه و نهایی) .

نوع B باید در گیرش اولیه انحرافی به میزان 1 ساعت دیرتر تا 5/3 ساعت دیرتر به وجود آورد و در گیرش نهایی باید حداکثر 5/3 ساعت تاخیر ایجاد نماید .

در هر دو مشخصات استاندارد C494 و C1017 در مورد محدودیتهای مقاومت خمشی ، تغییر طول ( جمع شدگی) و افزایش طول و حداقل فاکتور دوام منظور شده است .

برخی افزودنیهای روان کننده ذاتا” از کندگیری برخوردار هستند اما می توان با تغییراتی در یون فلزی نمک آنها در این امر تغییراتی ایجاد نمود . مثلا” لیگنوسولفوناتها ذاتا” کندگیر هستند و به عنوان یکی از مواد کندگیر (دیرگیر) کننده دسته نوع B طبق ASTM C494 کاربرد وسیعی دارند . یون کلسیم به آنها کندگیری و یون سدیم به آنها زودگیری در مقابل کندگیری می دهد . به هر حال لیگنوسولفوناتها معمولا” نمی توانند در دسته F و G و یا نوع A و B قرار گیرند .

معمولا” فرم آلدئید ملامین سولفوناته فشرده ذاتا” زودگیرتر از بقیه هستند اما با افزودن مواد کندگیر به آنها در این خاصیت تغییراتی ایجاد می شود در حالیکه نوع نفتالینی آن ذاتا” کندگیرتر است .

در حفظ روانی نیز این مواد با یکدیگر تفاوت دارند اما به طور کلی نمی توانند روانی را به مدت طولانی حفظ کنند . برخی حفظ روانی بسیار کم و برخی بیشتر دارند . تولید کنندگان این مواد سعی کرده اند با ایجاد تغییراتی در این مواد و یا افزودن برخی مواد به آنها این خاصیت حفظ روانی را گسترش دهند . مثلا” با اضافه نمودن Copolymer به روان کننده های دارای پایه نفتالینی و به گروه سولفونیک و کربوکسیل روانی را در مدت بیشتری حفظ کنند (به ویژه در هوای گرم) . اینگونه روان کننده ها با نام Slump Retaining (نگهدارنده اسلامپ) شناخته می شوند .

وجود روان کننده هایی که یون Na (سدیم) دارند  به جای کلسیم دارو در مواردی مشکل زاست . اگر واکنش زایی سنگدانه ها با قلیاییها را داشته باشیم افزودن اینگونه روان کننده ها موجب تشدید واکنش زایی و انبساط می شوند .

حفظ چسبندگی به ویژه برای Flowing Con. ضروری است وگرنه با افزایش شدید روانی ، شاهد جداشدگی خواهیم بود . معمولا” در این گونه بتنها ، ریز دانه بیشتر مصرف می شود و گاه از مواد لزجت زا (VMA) استفاده می گردد .

نحوه عملکرد مواد روان کننده در بسیاری موارد تابع میزان C₃A در سیمان گزارش شده است . مثلا” سیمان نوع 5 به فوق روان کننده کمتری نیاز دارد . به هر حال در سیمان با C₃A کم ممکن است این مواد ،کندگیری بیشتری ایجاد نمایند .

برخی روان کننده های معمولی (نسل اول) حباب زایی دارند در حالیکه نسل دوم معمولا” فاقد حباب زایی می باشند .

برای اینکه در عمل با افت اسلامپ مواجه نشویم برخی روان کننده ها یا فوق روان کننده ها را دیرتر به بتن می افزایند یا بخشی از آنها را در دیگ مخلوط کن بتن ساز می ریزند و بخشی دیگر را در محل به داخل تراک میکسر اضافه نموده و خوب مخلوط می کنند تا از خاصیت روان کنندگی به مدت طولانی تری بهره برند .

به هرحال جداشدگی و آب انداختن و کندگیری و تغییر در میزان حباب هوا محتمل است . تاثیر شدید بر جمع شدگی ، خزش ، مدول E برای روان کننده ها گزارش نشده است و افت مقاومت در طول زمان مطرح نگردیده است .

با مصرف دوده سیلیسی ، روان کننده های معمولی به کار نمی آیند و لازم است از فوق روان کننده ها استفاده شود .

با افزایش بیش از حد توصیه شده روان کننده ها به مخلوط بتن معمولا” آب انداختن بیشتر ، جداشدگی و کندگیری بیشتری را شاهد خواهیم بود . مقدار مصرف افزودنی معمولا” بر حسب درصد وزنی سیمان داده می شود اما برای مواد مایع گاه حجم آن را به ازاء 100 کیلو سیمان مطرح می کنند .