تأثیر حباب هوا در بتن

همۀ بتن‌ها قدری هوای محبوس، معمولاً بین ۰٫۵ تا ۱٫۵ درصد دارند که در افزایش مقاومت در مقابل یخ زدن و آب شدن نسبتاً غیرمؤثر است. اما افزودن ۴ تا ۶ درصد حباب هوای عمدی در بتن، با حداکثر اندازۀ سنگدانۀ mm37.5 مقاومت در مقابل یخ زدن و آب شدن را بسیار افزایش می‌دهد. با کاهش حداکثر اندازۀ سنگدانۀ درشت، مقدار حباب هوا باید افزایش یابد. مثلاً بتن با حداکثر اندازۀ سنگدانۀ برابر با mm6.5، باید بین ۸ تا ۱۰ درصد حباب هوا داشته باشد. گرچه مقدار هوای کل دارای اهمیت است ولی عوامل دیگر از جمله اندازه و فاصلۀ حباب‌ها به همان اندازه مهم هستند. حباب‌های هوای عمدی معمولاً خیلی کوچک بوده و در سراسر تودۀ بتن نزدیک به هم قرار می‌گیرند، در حالی‌که هوای محبوس عموماً از تعداد کمتری منافذ بزرگتر با فواصل بیشتر تشکیل‌ شده‌اند. روش‌های محاسبه مقدار هوا و مشخصات حباب‌ها در ASTM C457 ارائه شده است. قطر حباب‌های هوا معمولاً بین ۰٫۰۵۷ و ۱٫۲۵ میلی‌متر تغییر می‌کند و باید دارای حداکثر ضریب فاصله[۱] (ضریب مربوط به فاصلۀ حداکثر هر نقطه در خمیر سیمان از پیرامون یک حفرۀ هوا) برابر با حدود mm0.2 باشد. به طور تقریبی تعداد حباب‌های هوای محبوس در یک مترمکعب بتن بدون حباب هوای عمدی، با ۱٫۵ درصد هوای محبوس، حدود ۶٫۵ بیلیون و تعداد حباب‌های موجود در یک مترمکعب بتن با حباب هوای عمدی (۳۹۰ کیلوگرم سیمان در مترمکعب بتن، ۷% هوا، mm9.5 حداکثر اندازۀ سنگدانه) حدود ۱۷۰ بیلیون می‌باشد.

هوازایی بر روی خواص بتن تازه و سخت شده تأثیر می‌گذارد. بتن با حباب هوا نسبت به بتن بدون حباب هوا دارای حالت خمیری و کارآیی بیشتر، تمایل کمتر به آب انداختن و امکان ریختن با جدایی کمتر است. بتن سخت شده با حباب هوا یکنواخت‌تر بوده، جذب و نفوذپذیری کمتری دارد و دارای مقاومت بسیار زیادتر در مقابل پدیدۀ یخ زدن و آب شدن می‌باشد. افزودن هوا به مخلوط بتن منجر به مقاومت کمتر بتن سخت شده می‌گردد. در مقایسۀ بتن‌های با نسبت آب به سیسمان یکسان، به ازای هر یک درصد حباب هوا، مقاومت فشاری بتن ۵% کاسته خواهد شد. اما در صورتی که مقایسه براساس مقدار سیمان ثابت انجام شود و مخلوط دارای حباب هوا با کاهش مقادیر آب و ماسه جهت باقی ماندن اسلامپ و حجم ملات، مجدداً طرح گردد، کاهش مقاومت کمتر بوده و ممکن است در حقیقت افزایش نیز حاصل شود. افزایش اخیرالذکر ممکن است در مخلوط‌های کم‌مایه شامل حداکثر ۲۸۰ کیلوگرم سیمان در مکعب بتن به دست آید. مخلوط‌های پٌرمایه که مجدداً طرح شده‌اند، امکان دارد بین ۱۰ تا ۱۵ درصد افت مقاومت داشته باشند.

بیشتر بخوانید  نقش سنگدانه های واکنش زا در دوام بتن

در جریان یخ زدن و آب شدن ممکن است خمیر سیمان یا سنگدانه‌ یا هر دو در اثر انبساط آسیب ببینند. طی این روند ممکن است تنش‌های فراتر از حد خطی ایجاد گردد که می‌توانند باعث تغییر شکل دائمی‌یا تجزیه شوند. اعتقاد بر این است که انبساط و تنش‌های مربوط به آن ناشی از عوامل زیر هستند:

۱- فشارهای هیدرولیکی ایجاد شده هنگامی‌که کریستال‌های یخ منبسط شده جایگزین آب یخ نزده می‌شوند و باعث می‌شوند در مقابل بخش‌های یخ نزده مقاومت گردد.

۲- توسعه کریستال‌های یخ مویینه.

۳- فشارهای اسمزی ایجاد شده توسط افزایش‌های موضعی غلظت قلیایی در اثر جدا شدن یخ خالص از محلول.

تعداد زیاد حباب‌های کوچک هوا با فاصلۀ نزدیک بهم در بتن به عنوان منبع آزادسازی فشار ایجاد شده در بتن یخ زده عمل کرده و بنابراین تنش‌های کششی بزرگ را که باعث گسیختگی می‌گردند، آزاد ساخته یا از آنها جلوگیری می‌نمایند.

برخی از عوامل مهم درگیر در پدیدۀ یخ زدن و آب شدن بتن عبارتنداز:

۱- اندازه، یکنواختی و مشخصات سنگدانه‌ها به‌خصوص تخلخل و ویژگی‌های مربوط به جذب و نفوذپذیری.

۲- نسبت‌های اختلاط بتن با عنایت ویژه به نسبت آب به سیمان و مقدار و خصوصیات حباب‌های هوا.

۳- مقدار و توزیع رطوبت در دسترس برای خمیر سیمان و سنگدانه‌ها.

۴- درجۀ اشباع خمیر سیمان و سنگدانه‌ها در رابطه با ضریب اشباع بحرانی ۰٫۹۱۷ (در بتن غیراشباع، اجزا، با ریزترین بافت تمایل بیشتر به اشباع شدن دارند و در نتیجه خمیر سیمان بیشتر از سنگدانه‌ها اشباع می‌شود).

۵- روند یخ زدن و آب شدن.

۶- جزییات سیکل‌های یخ زدن و آب شدن به انضمام محیطی که در آن یخ زدن و آب شدن اتفاق می‌افتد.

۷- سن بتن در زمان شروع یخ زدن و آب شدن.

۸- تعداد کل سیکل‌های یخ زدن و آب شدن.

۹- حضور یا عدم حضور کلرید کلسیم، کلرید سدیم یا سایر نمک‌ها در حین یخ زدن و آب شدن.

به طور خلاصه، در صورتی که سنگدانه‌های سالم با سوابق مورد تأیید استفاده گردد، بتن متراکم دارای نسبت‌های اختلاط صحیح با نسبت آب به سیمان کم به کار برده شود و نوع و مقدار مناسب حباب هوا در بتن ایجاد گردد، بتن بادوام کافی حاصل خواهد شد(۱۱).

بیشتر بخوانید  ساختار بتن | تمام آن چه درباره اجزا، مشخصات و ساختار بتن باید بدانید

 

آزمایش‌های یخ زدن و آب شدن بتن

آزمایش‌های یخ زدن و آب شدن پًرهزینه بوده، استاندارد نمودن و ارزیابی آنها مشکل است. استاندارد ASTM C666 دو روش آزمایش را برای تعیین مقاومت نمونه‌های بتنی در مقابل یخ زدن و آب شدن سریع در آب و یخ زدن سریع در هوا و آب شدن در آب ارائه نموده است. این روش‌ها مقرر می‌کنند آزمایش تا زمانی ادامه یابد که نمونه‌ها ۳۰۰ سیکل یخ زدن و آب شدن را تحمل نمایند یا مدول الاستیسیتۀ دینامیکی به ۶۰ درصد مدول ابتدایی برسد. سپس به منظور اندازه‌گیری دوام می‌توان، فاکتور دوام[۲]  DF را از رابطۀ زیر محاسبه نمود:

     که در آن:

P= مدول الاستیسیتۀ دینامیکی نسبی در N  سیکل (%)

N= تعداد سیکل‌ها در زمانی که P به حداقل مشخص شده جهت پایان آزمایش می‌رسد یا تعداد سیکل‌های مشخص شده برای خاتمه دادن به آزمایش، هر کدام کمتر باشد.

M= تعداد سیکل‌های مشخص شده در زمانی که آزمایش خاتمه داده می‌شود.

استاندارد بیان می‌دارد که روش‌ها برای تعیین کمی‌طول دورۀ بهره‌برداری قابل انتظار از یک نوع بتن مشخص تحت شرایط کارگاهی بسط داده نشده‌اند.

نتایج آرمایش‌های یخ زدن و آب شدن معمولاً توسط اندازه‌گیری یکی از پارامترهای زیر ارزیابی می‌گردند:

۱- کاهش مدول الاستیسیتۀ دینامیکی

۲- افت مقاومت فشاری یا خمشی

۳- افت وزن

۴- تغییر ظاهر

۵- انبساط نمونه

رابطۀ بین تعداد سیکل‌های یخ زدن و آب شدن و افت مدول الاستیسیتۀ دینامیکی.
رابطۀ بین تعداد سیکل‌های یخ زدن و آب شدن و افت مدول الاستیسیتۀ دینامیکی.

کاهش مدول الاستیسیتۀ دینامیکی به طور وسیع استفاده می‌شود و ایدۀ خوبی از ارزیابی آرمایش‌های یخ زدن و آب شدن عرضه می‌نماید. رفتارهای مشخصۀ بتن خوب و ضعیف در شکل ۷-۱ نشان داده شده است. ارتباط منطقی مناسبی نیز بین تغییرات در مدول مکانیکی و تغییرات در مقاومت خمشی به دست آمده است. افت مقاومت خمشی نشانۀ خوبی از خرابی است ولی افت مقاومت فشاری چنین نیست. به علاوه تعداد زیادی نمونه برای مورد ۲ مورد نیاز است. موارد ۳ و ۴ ممکن است اطلاعات اندکی را در حین مراحل اولیۀ خرابی تأمین نمایند و اطلاعات حاصله طی مراحل بعدی امکان دارد بیشتر براساس تفسیرهای فردی باشد. آزمایش‌های انبساط به نحو مطلوبی خرابی را نشان می‌دهند ولی به علت جزییات آزمایشگاهی مربوطه اکثراً به کارهای تحقیقاتی محدود می‌گردند.

آزمایش‌های مافوق صوت (اولتراسونیک) برای تعیین خرابی سازه‌های بتنی از جمله سدها، شمع‌ها و پایه‌های پل‌ها در کارگاه مورد استفاده هستند. مبنای این روش تعیین سرعت موج طولی در سازه بتنی است. می‌داند. براساس آزمایش‌های قبلی به نظر می‌رسد، اگر سرعت مذکور بین ۴۰۰۰ تا ۴۸۰۰ متر بر ثانیه باشد، بتن در وضعیت خوب تا عالی قرار می‌گیرد و اگر سرعت بین ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ متر بر ثانیه باشد، بتن در وضعیت نسبتاً خوب با مشکوک واقع می‌شود و اگر سرعت کمتر از m/s3000 باشد، عموماً شرایط مشکوک یا ضعیف را برای بتن نشان می‌دهد.

بیشتر بخوانید  علت آسیب دیدگی بتن

عوامل یخ زدا در بتن

در مناطق دارای شرایط سخت آب و هوایی، رویه‌های بتنی غالباً در معرض استفاده از کلرید کلسیم پولکی یا نمک کوهی جهت از بین بردن یخ، یا در معرض لستفاده مکرر از مصالح دانه‌ای تزریق شده در این نمک‌ها قرار می‌گیرند. در چنین شرایطی معمولاً در مواضعی که با کاربردهای سنگین یا مکرر نمک‌ها مواجه هستند، پوسته شدن سطح گسترش می‌یابد.

بتنی که در معرض یخ زدن و آب شدن و عمل نمک‌های یخ زدا قرار دارد، معمولاً باید بین ۴ تا ۷ درصد حباب هوا داشته باشد. به علاوه از آنجا که بتن در سنین اولیه در مقابل پوسته‌شدگی سطح آسیب‌پذیری بیشتری دارد، غالباً قبل از اولین فصل زمستان، پوشش‌های سطحی برای بتن در نظر گرفته می‌شود. اعمال دو نوع پوشش شامل روغن بَزْرک خام یا جوشیده به سطح بتن، مقاومت فوق‌العاده‌ای در مقابل پوسته شدن ایجاد می‌نماید.

بتن دارای نسبت‌های اختلاط مناسب و شامل نوع و مقدار لازم مادۀ حباب هوازا به نحو رضایت‌بخشی در مقابل پوسته شدن ناشی از کاربرد کلرید کلسیم یا کلرید سدیم برای زدودن یخ مقاومت خواهد نمود ولی نمی‌تواند در مقابل عملکرد کلیۀ نمک‌ها مقاوم باشد. عوامل یخ زدا شامل سولفات آمونیم یا نیترات آمونیم به دلیل حملات شیمیایی آنها به بتن، اصلاً نباید مورد استفاده قرار گیرند. محلول‌های این نمک‌ها تحت شرایط یخ‌زدگی یا دمای معمولی اتاق بتن را تجزیه خواهند نمود. قبل از به کارگیری هر ماده یخ‌زدا، باید ترکیبات شیمیایی و اثرات احتمالی آن بر روی خواص بتن مورد بررسی قرار گیرد.

[۱] – Spacing factor

[۲] – Durability Factor

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap