تعاریف نفوذ پذیری و جذب در بتن

آب می‌تواند هم به صورت مایع و هم بخار از طریق لوله‌های مویینه به درون جسم متخلخل داخل شود. ممکن است این عمل تحت فشار یا در اثر ترکیب فشار و جذب مویینگی صورت پذیرد. همچنین حرکت آب از میان جسم ممکن است اثرات اسمزی نیز داشته باشد. منظور از جذب، روندی است که طی آن بتن آب را به درون منافذ و لوله‌های مویینه می‌کشاند. نفوذپذیری بتن در مقابل آب یا بخار خاصیتی است که اجازه عبور سیال یا بخار را از میان بتن می‌دهد.

 

کلیه بتن‌ها قدری آب جذب می‌کنند و تا حد مشخصی نفوذناپذیر هستند. آزمایش‌های انجام شده تحت فشارهای هیدرواستاتیکی معادل با ۳۰ متر ارتفاع موید این است که نه سیمان پُرتلند و نه مخلوط‌های ساخته شده با آن به طور مطلق نفوذناپذیر نیستند. اما موارد زیادی نیز حاکی از این است که می‌توان بتن و ملات را به قدری نفوذناپذیر ساخت که هیچ گونه تراوش رطوبتی بر روی وجه مخالف آن وجهی که آب از آن وارد می‌شود، مشاهده نگردد. ظاهراً حتی زمانی که رطوبت زیاد است، مقاومت اصطکاکی در مقابل جریان، مانع حرکت آب از سطح آزاد بتن با سرعت کافی به میزان سرعت تبخیر می‌گردد. در سازه‌های هیدرولیکی که فشار آب عامل قابل توجهی است، نفوذناپذیری اهمیت بیشتری نسبت به مقاومت دارد. نفوذپذیری جذب همچنین در رابطه با عوامل مختلف تجزیه و تخریب بتن دارای اهمیت ویژه ای است.

ساختار منفذی بتن

منافذ در همه اجزای تشکیل دهنده بتن وجود دارند. منافذ موجود در سنگدانه‌ها تغییرات اندکی در طول زمان دارند ولی خمیر سیمان تحت تغییرات زیاد خصوصاً در سنین اولیه خمیر قرار می‌گیرند. در مخلوط تازه خمیر سیمان خالص، فضای پُرشده توسط آب، برای تشکیل محصولات هیدراتاسیون در دسترس است. این فضا که تابعی از نسبت آب به سیمان خمیر است، دائماً توسط ژل هیدراته شده کاهش می‌یابد. منافذ مویینه در زمان بخشی از فضای پُرشده توسط آب است که به وسیله ژل هیدراته شده اشتغال نشده است. بنابراین واضح است که هیدراتاسیون اندازه و حجم منافذ مویینه را کاهش و حجم ژل را افزایش می‌دهد و این روند با پیشرفت هیدراتاسیون تداوم دارد. می‌توان گفت که اگر فضای مویینه اولیه کم باشد (نسبت وزنی آب به سیمان کمتر از ۰٫۴)، بالاخره ژل کلیه فضای آب ابتدایی را پُر کرده و خمیری بدون منافذ مویینه حاصل خواهد شد(۱). با افزایش نسبت آب به سیمان و کاهش درجه هیدراتاسیون، حجم منافذ مویینه افزایش می‌یابد. منافذ مویینه دارای اندازه میکروسکوپی بسیار ریز بوده، با هم مرتبط و دارای توزیع اتفاقی هستند.

بیشتر بخوانید  خواص حرارتی بتن

منافذ درون ژل بسیار زیاد بوده و خیلی کوچکتر از منافذ مویینه هستند. رفتار آب درون منافذ ژل به علت ابعاد ابعاد کوچک منفذها مانند آب آزاد معمولی نیست. این واقعیت برای آب درون منافذ مویینه نیز وجود دارد، ولی به علت ابعاد بزرگتر این منافذ، شدت کمتری دارد. نفوذناپذیری خمیر دقیقاً بیشترین ارتباط و وابستگی را به منافذ مویینه دارد، زیرا آب درون این منافذ بیشتر از آب درون منافذ ژل تحت تأثیر تغییرات فشار هیدرواستاتیکی است.

سنگدانه‌ها که ۷۰ تا ۷۵ درصد کل حجم بتن را تشکیل می‌دهند، دارای تخلخل‌هایی به میزان تقریباً صفر تا ۲۰ درصد حجم جامد می‌باشند. منافذ از نظر اندازه فوق العاده متنوع بوده، نسبت به منافذ ژلی بزرگتر و حداقل به اندازه بزرگترین منافذ مویینه هستند. حفره‌هایی ناشی از جریان آب درون بتن تازه به سمت بالا نیز در تماس با سطوح تحتانی سنگدانه‌های درشت ایجاد می‌شود که با سنگدانه‌ها مرتبط هستند. به علاوه تمایل خمیر سیمان به نشست در حالت پلاستیک منجر به ایجاد حفره‌هایی بین ذرات ماسه می‌گردد.

معمولاً بتن دارای هوای محبوس بوده و ممکن است شامل حفرات هوای عمدی نیز باشد. حفرات هوای عمدی عموماً حباب‌های کروی شکل جدا از هم و غیرمرتبط هستند که باعث کاهش آب انداختن، تمایل به تغییر ساختار کانال‌ها و کم کردن آنها و کاهش نفوذپذیری می‌گردند. حفره‌های هوا معمولاً ۰٫۵ تا ۶ درصد حجم بتن را شامل می‌شوند.

به طور خلاصه، بتن شامل انواع وسیعی از منافذ بین اجزای مختلف و درون آنها می‌باشد، که ممکن ۲ است به صورت حباب‌های کروی جدا از هم باشند یا بهم مرتبط بوده و توزیع اتفاقی داشته باشند. به علاوه ساختار منفذی با تداوم هیدراتاسیون تغییر کرده موجب کاهش منافذ مویینه و افزایش منافذ ژلی می‌گردد. از آنجا که منافذ مویینه مستقیماً با نفوذپذیری رابطه دارد، پیشرفت هیدراتاسیون کاهش نفوذپذیری را به دنبال خواهد داشت.

 

بیشتر بخوانید  نقش سنگدانه های واکنش زا در دوام بتن

 کلیت آزمایش های نفوذپذیری و جذب بتن

آزمایش‌های جذب توسط غوطه ور نمودن بتن در آب به مدت ۴۸ ساعت، وزن کردن آن پس از خشک شدن سطح، خشک کردن در کوره و مجدداً وزن کردن انجام می‌شود. سپس جذب را می‌توان از تقسیم مقدار افت وزن به وزن خشک شده در کوره به دست آورد. در بعضی موارد ممکن است بتن را به مدت ۵ ساعت جوشاند و سپس خشک نمود. اگر نرخ جذب مد نظر باشد، می‌تواند وزن نمونه پس از دوره‌های زمانی کوتاه غوطه وری، مثلاً ۳۰ دقیقه، را با وزن آن پس از دوره کامل ۲۴ یا ۴۸ ساعته مقایسه نمود. میزان جذب کل معیاری برای دوام بتن در نظر گرفته می‌شود ولی معمولاً ارتباط بین آنها خیلی رضایت بخش نیست و به نظر می‌رسد نرخ جذب بهتری را برقرار نماید.

گرچه هدف اصلی از آزمایش‌های نفوذپذیری تعیین ویژگی‌های نفوذپذیری بتن است ولی به دلیل وجود ترک‌ها و اتصلات ضعیف، آزمایش‌ها ممکن است ارتباط مستقیم کمی‌با نفوذناپذیری سازه ساخته شده با بتن داشته باشد. به هر حال آزمایش‌ها علاوه بر ارائه اطلاعاتی پیرامون خواص نفوذپذیری بتن، جهت محاسبه اثرات خورندگی آب‌های نفوذ کرده که آهک آزاد را شسته و به خارج هدایت می‌کنند و به تدریج به آهک موجود د سه کلسیم سیلیکات حمله می‌نمایند، نیز مفید است. آزمایش‌ها همچنین اطلاعاتی در خصوص بازدهی نسبی سیمان‌ها، استفاده از عوامل آب بندکننده سطحی و حجمی‌و ساختار منفذی اساسی بتن که با خواص دیگر از جمله جذب، مویینگی، بالازدگی، مقاومت در در مقابل یخ زدن و آب شدن و غیره مرتبط است، را فراهم می‌نمایند.

نفوذپذیری بتن معمولاً از طریق محاسبه مقدار آب تحت فشار که برای جریان یافتن به درون یک نمونه بتنی داخل می‌شود، در یک فاصله زمانی مشخص، یا با محاسبه مقدار آب خارج شده از وجه دیگر نمونه که در معرض هوا است، در یک فاصله زمانی مشخص، تعیین می‌گردد. معمولاً سطوح جانبی نمونه استوانه توسط ظروف فلزی عایق شده و بر روی یکی از سطوح تخت آب تحت فشار با فشار هیدرواستاتیکی تا ۳۰۰ متر اعمال می‌گردد. به منظور اندازه گیری آب ورودی یا خروجی، حفاظت از افت ناشی از تبخیر لازم است. به علت جذب، آب خروجی ابتدایی کمتر از آب ورودی می‌باشد ولی نهایتاً مقادیر یکسان خواهند بود. میزان نفوذ اغلب برحسب گالن یا مترمکعب آب بر مترمربع سطح در ساعت و معمولاً طی یک مدت مشخص پس از شروع آزمایش تعیین می‌گردد. این امر به خاطر حذف اثرات جذب در حین قسمت ابتدایی آزمایش و استاندارد نمودن آن برای اهداف مقایسه ای است.

بیشتر بخوانید  تاثیر میکروسیلیس در بتن : 9 تاثیر شگفت انگیز پودر میکروسیلیس بر بتن

نفوذ آب از میان بتن ا می‌توان از قانون دارسی[۱]ب آب

 برای جریان لزج محاسبه نمود:

که در آن:

Q = نرخ جریان (m3/s)

A = سطح مقطع عرضی تحت فشار (m2)

 = نسبت ارتفاع فشار آب به طور عبور جریان

Ke = ضریب نفوذپذیری (m/s) ، نرخ واحد آب خروجی برحسب m3/s ناشی از فشار ارتفاع m 1 بر روی نمونه به سطح مقطع m21 و m1 ضخامت.

عوامل دیگری بر روی نتایج آزمایش‌های نفوذپذیری تأثیر می‌گذارند. آب نفوذی مهاجم نفوذناپذیری ناشی از آب شستگی آهک سیمان را افزایش می‌دهد. آب نفوذی که شامل مواد رسوبی یا باکتری باشد، باعث بستن منافذ و کاهش نفوذپذیری می‌گردد. جهت جریان آب از میان بتن در رابطه با جهت قرارگیری نمونه دارای اهمیت است. اثرات وضعیت انتهایی نمونه به دلیل تمرکز ملات و خمیری نزدیک سطوح مهم است. نتیجتاً نمونه کوتاه نسبت به نمونه‌های بلند در ازای واحد طول نفوذپذیری کمتری دارد.

آزمایش‌های انجام شده بر روی بتن حجبم سد بولدر[۲] با درشت دانه به اندازه cm 22.5 و ۵ کیسه سیمان کم حرارت در هر متر مکعب بتن نشان داد که نسبتاً نفوذناپذیر بوده جریان از میان ساختار منقذی آن ناچیز است(۲). گزارش این آزمایش‌ها همچنین شامل اطلاعاتی پیرامون ضرائب نفوذناپذیری و طبقه‌بندی نفوذپذیری برای مصالح مختلف مطابق جدول ۸-۱ می‌باشد. افزایش هر شماره در طبقه‌بندی مذکور بیانگر افزایش نفوذپذیری به میزان ۱۰ برابر است.

[۱] – Darcy’s Law for viscous flow.

[۲] – Boulder Dam

 

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap