واکنش قلیایی سنگدانه‌ها

فعل و انفعال بین ذرات سیلیس فعال سنگدانه‌ها و سیمان با قلیایی بالا منجر به افت مقاومت، انبساط زیاد و تجزیه و فروپاشی می‌گردد. ترک‌های ناشی از این عمل به صورت نامنظم مطابق شکل زیر گسترش می‌یابد.

نمونه ترک خوردگی روی سطح نمایان بتن در اثر واکنش قلیایی سنگدانه‌ها(5)
نمونه ترک خوردگی روی سطح نمایان بتن در اثر واکنش قلیایی سنگدانه‌ها(۵)

 

انبساط مربوط به این واکنش ممکن است موجب بسته شدن درزهای انبساط، جا به جایی اعضای سازه ای نسبت به یکدیگر، جا به جایی ماشین آلات و سایر اثرات نامطلوب گردد. فعل وانفعال زمانی اتفاق می‌افتد که مقدار قلیایی Na2O و K2O معادل از ۰٫۶ درصد تجاوز نماید، سنگدانه‌ها مقدار زیادی اجزای فعال مانند اُپال، کلسدونی، تریدیمیت،‌هالاندیت، زئولیت، مقداری فیلیت، کریستوبالیت، داسیت‌ها، آندزیت‌ها و مقداری ریولیت داشته باشند و رطوبت موجود باشد. اعتقاد بر این است که خرابی ناشی از انبساط، در اثر تورم اسمزی ژل‌های قلیایی – سیلیسی ایجاد شده توسط واکنش شیمیایی بین مواد سیلیسی فعال و قلیایی‌های حاصله از هیدراتاسیون سیمان و منابع دیگر حادث می‌گردد. همان گونه که در شکل زیر مشاهده می‌شود، همه مواد سیلیسی موجود در سنگدانه‌های بتن طی ترکیب با سیمان حاوی قلیایی بالا، دچار انبساط زیاد نمی‌شوند. همچنین با توجه به شکل زیر بدیهی است که حتی هنگامی‌که سنگدانه‌های فعال مورد استفاده قرار می‌گیرند، فقط وقتی انبساط زیاد اتفاق می‌افتد که سیمان با قلیایی بالا به کار برده شود.

دو روش استاندارد جهت کنترل واکنش زایی بالقوه ترکیب سیمان – سنگدانه توسط ASTM ارائه گردیده است. روش ذکر شده در ASTM C227 مربوط به محاسبه قابلیت ترکیب‌های سیمان – سنگدانه در واکنش‌های انبساطی از طریق اندازه گیری انبساط طولی ایجاد شده توسط ترکیب در نمونه‌های منشوری ملات نگهداری شده بالای آب در ظروف پوشیده و دمای ۲ ± ۳۸ درجه سانتی گراد می‌باشد.

بیشتر بخوانید  میکروسیلیس : از سیر تا پیاز پودر میکروسیلیس و کاربرد و تاثیر آن در بتن

رابطه بین انبساط، سن و نوع سنگدانه وقتی از سیمان حاوی قلیایی زیاد استفاده شود.(6)
رابطه بین انبساط، سن و نوع سنگدانه وقتی از سیمان حاوی قلیایی زیاد استفاده شود.(۶)

 

رابطه بین انبساط، سن و مقدار قلیایی سیمان ملات‌ها یا سنگدانه‌های مختلف(6)
رابطه بین انبساط، سن و مقدار قلیایی سیمان ملات‌ها یا سنگدانه‌های مختلف(۶)

 

روش ارائه شده در ASTM C289 روش شیمایی تعیین واکنش زایی بالقوه یک نوع سنگدانه با قلیایی‌ها در بتن سیمان پُرتلند است که توسط مقدار واکنش بین محلول یک مولکول گرم در لیتر هیدروکسید سدیم و سنگدانه خردشده عبوری از الک نمره ۵۰ و مانده روی الک نمره ۱۰۰، در حین یک دوره ۲۴ ساعته در دمای C◦۸۰ نشان داده می‌شود. آزمایش پتروگرافی براساس ASTM C295 نیز توصیه می‌گردد.

واکنش‌های قلیایی سنگدانه‌ها را می‌توان با به کار بردن سیمان‌های دارای مقدار قلیایی کمتر از ۰٫۶ درصد براساس معادل Na2O ، استفاده از سنگدانه‌های غیرفعال، استفاده از مواد پوزولانی ریز آسیاب شده که قبل از حمله سنگدانه‌های فعال با قلیایی‌ها ایجاد فعل و انفعال می‌نمایند، تأمین شرایط محیطی که باعث می‌شوند بتن نسبتاً خشک بوده و خشک باقی بماند و استفاده از مواد حباب هوازا برای افزایش منافذ در ملات (که البته در مقابل خرابی‌های شدید مؤثر نبوده اند)، کنترل نموده یا کاهش داد.

واکنش قلیایی – کربناتی در بتن

مطالعه مسائل مربوط به فعل و انفعال قلیایی – کربناتی نسبتاً یک موضوع تحقیقاتی جدید در زمینه بتن است ولی گزارشات تحقیقاتی زیادی وجود دارند که اهمیت این امر را به خوبی نشان می‌دهند. گرچه از نواحی دارای سنگدانه‌های دولومیتی بهره برداری بسیار خوبی برای بتن می‌شود ولی انواع مشخصی از سنگدانه‌های دولومیتی رس مانند ریزدانه امکان فعل و انفعال با قلیایی‌های سیمان و ایجاد انبساط‌های نامطلوب را دارند. آزمایش‌های واکنش قلیایی – کربناتی از طریق قرار دادن نمونه‌های منشوری بتنی ساخته شده با سنگدانه مشکوک و سیمان دارای قلیایی زیاد در دمای C◦۲۳ و رطوبت نسبی ۱۰۰% و ثبت مقدار انبساط در یک محدوده زمانی مشخص انجام می‌شود (ASTM C586). آزمایش دیگر به منظور پدیدار ساختن واکنش قلیایی – کربناتی عبارت از نگهداری منشورهای سنگ در یک محلول هیدروکسید قلیایی در مولکول گرم در لیتر است (قسمت‌های مولکولی مساوی NaOH و KOH). سپس انبساط نمونه‌های دارای مصالح مشکوک با منشورهای نظیر از سنگ آهک سالم شناخته شده مقایسه می‌گردد. سنگدانه‌هایی که دارای انبساط طولی بیش از ۰٫۰۳ درصد بزرگتر از انبساط مربوط به نمونه‌های کنترل در سنین تا ۱۲ ماه باشند، نگران کننده تلقی می‌گردند. نتایج آزمایشگاهی(۷)مبین این امر هستند که انبساط بتن ناشی از واکنش قلیایی – کربناتی توسط عواملی از قبیل درجه واکنش زایی سنگ، مقدار اجزای واکنش زا، مقدر قلیایی سیمان و شرایط نگهداری، به طور جدی تأثیر می‌پذیرد. مقدار انبساط و تک خوردگی را می‌توان از طریق کم کردن مقدار سنگدانه‌های واکنش زا با جایگزینی توسط سنگدانه‌های غیرواکنش زا و کاهش قلیایی‌های سیمان، به مقدار زیادی کاهش داد. امکان دارد کاهش قلیایی‌ها تا ۰٫۰۶ درصد کافی نباشد و کاهش تا ۰٫۴ درصد مورد نیاز واقع شود. پوزولان‌ها که غالباً برای ممانعت از بروز واکنش قلیایی – سیلیسی به کار می‌روند، جهت کنترل واکنش قلیایی – کربناتی مؤثر نیستند.

بیشتر بخوانید  جداشدگی در بتن

سایر واکنش‌های سنگدانه‌های بتن

براساس تحقیقات زیاد انجام شده بر روی فعل و انفعالات سیمان – سنگدانه آشکار شده است که مکانیزم واقعی ایجاد انبساط اضافی خیلی پیچیده بوده و در موارد زیادی امکان بروز ترکیبات این واکنش‌ها نیز وجود دارد. بررسی‌های صورت گرفته در مورد واکنش‌های قلیایی – سیلیسی و قلیایی – کربناتی پاسخ برخی سوالات را داده و همچنین نشان داده اند که به علت پیچیدگی ناشی از سایر خواص فیزیکی و شیمیایی مصالح واکنش زا، در بسیاری از موقعیت‌ها رفتار واقعی قابل پیش بینی نیست. ظاهراً واکنش قلیایی سنگدانه با درجات متفاوت، هیدراتاسیون تاخیر یافته اکسید منیزیم آزاد، گسیختگی فصل مشترک سیمان – سنگدانه و پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی ناشناخته را نیز ممکن است در پی داشته باشد. جایگزینی ۳۰ درصد وزنی یا بیشتر، از سنگدانه‌های مشکوک با سنگ آهک شکسته را می‌توان به عنوان کنترل بخشی از انبساط نامطلوب مورد استفاده قرار داد. انبساط‌های بزرگ به سنگدانه‌هایی که جمع شدگی زیاد ناشی از خشک شدن در هوا و انبساط زیاد در آب را متحمل می‌شوند، نیز مرتبط می‌باشد. اثر ناپایداری ابعادی خود سنگدانه‌ها تحت شرایط تر و خشک شدن نامشخص است. حضور کانی‌های رسی با شبکه‌های انبساطی مانند مونتموریلونیت نیز نمی‌تواند موضوع را مشخص کند، زیرا تغییرات ابعادی بزرگ در سنگدانه‌هایی که شامل چنین کانی‌های رسی نیستند، نیز مشاهده گردیده است. به علاوه آشکار است که جمع شدگی و انبساط ملات، به طور ساده به تغییر ابعادی سنگ ارتباط نمی‌یابد و پدیده‌های پیچیده ای درگیر قضیه است.

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap