دوام بتن چیست: عوامل مؤثر بر دوام و روش‌های افزایش دوام در انواع بتن

در گذشته طراحان سازه‌های بتنی بیشتر به مشخصات مقاومتی بتن علاقه‌مند بودند، ولی در عصر امروز باید برای دوام بتن نیز اهمیت ویژه‌ای قائل شوند، چرا که دوام بتن مشخصه مهمی در پایداری و عمر یک سازه بتنی است. با اینکه تناسب اجزای تشکیل‌دهنده و ریختن و عمل‌آوری بتن، موجب افزایش طول عمر بتن می‌شود، اما شکست زودرس بعضی سازه‌های بتنی، درس‌های ارزشمندی را در مورد کنترل عوامل مؤثر در عدم دوام سازه‌های بتنی در اختیار ما می‌گذارد. از این رو ما در این مقاله قصد داریم شما را با مفهوم دوام بتن، عوامل مؤثر بر آن و روش‌های بهبود آن آشنا کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

دوام بتن

عمر خدمت‌دهی طولانی مترادف با دوام در نظر گرفته می‌شود. از آن‌جا که دوام تحت یک مجموعه شرایط، لزوماً به معنای دوام مجموعه تحت شرایط دیگر نیست، به همین دلیل متداول است هنگام تعریف دوام، به محیط نیز اشاره شود. طبق تعریف کمیته ۲۰۱ انستیتوی بتن آمریکا (ACI)، دوام بتن سیمان پرتلند به میزان مقاومت آن در برابر عوامل هوازدگی، حمله شیمیایی، سایش یا هر فرآیندی که موجب آسیب‌دیدگی شود گفته می‌شود. بنابراین بتن بادوام، بتنی است که شکل اولیه، کیفیت و قابلیت خدمت‌دهی خود را در شرایط محیطی‌اش حفظ کند.

هیچ مصالحی ذاتاً بادوام نیست. در واقع، عوامل محیطی، ریز ساختار مصالح و متعاقب آن، خواص مصالح با گذشت زمان تغییر می‌کند. یک ماده وقتی به انتهای عمر خدمت‌دهی خود می‌رسد که خواص آن تحت شرایط مفروض استفاده به حدی آسیب دیده باشد که ادامه استفاده از آن، ناایمن یا غیراقتصادی شناخته شود.

اهمیت دوام بتن

در عصر امروز این نکته تأیید شده که در طراحی سازه‌ها، باید مشخصات دوام مصالح مورد نظر، همانند سایر مشخصات و ویژگی‌های آن – نظیر خواص مکانیکی، هزینه و قیمت اولیه – مورد ارزیابی قرار گیرد. در ابتدا، به دوام بیشتر از منظر تأثیرات اقتصادی و اجتماعی توجه می‌شد، چرا که افزایش روز افزون هزینه‌های تعمیر و جایگزینی سازه‌ها، ناشی از خرابی مصالح، بخش عمده‌ای از کل بودجه ساختمان‌سازی را به خود اختصاص می‌داد. به عنوان مثال، تخمین زده شده که در کشورهای صنعتی بیش از ۴۰% کل منابع صنعت ساختمان در قسمت تعمیر و نگهداری سازه‌های موجود و کمتر از ۶۰% آن برای احداث ساختمان‌های جدید به کار گرفته می‌شود.

بهای روزافزون جایگزینی‌ در سازه‌ها و تأکید فزاینده بر هزینه‌های مصرفی طی طول عمر سازه، به جای هزینه‌های معرفی اولیه آن، مهندسان را مجبور کرده که دوام را جدی بگیرند. امروزه مشخص شده رابطه نزدیکی بین دوام مصالح و شرایط محیطی وجود دارد.

حفاظت از منابع طبیعی از طریق بادوام‌تر ساختن مصالح، اقدامی زیست محیطی است. همچنین، استفاده از بتن در محیط‌های آسیب‌رسان نیز روز به روز توسعه یافته است. از جمله این محیط‌ها می‌توان به سکوهای فراساحل، مخازن نگهداری گازهای مایع در دماهای سرمازا و راکتورهای تحت فشار بالا در صنایع هسته‌ای اشاره نمود. شکست سال‌های قبل در سازه‌های فولادی فراساحل در نروژ نشان داد، تلفات جانی و خسارات مالی مربوط به خرابی زودرس و اتفاقی در مصالح ساختمانی می‌تواند بسیار زیاد باشد.

بیشتر بخوانید: آزمایش‌های کارگاهی بتن

عوامل فیزیکی مؤثر بر دوام بتن

عوامل فیزیکی زیان‌آور بسیاری بر دوام بتن مؤثرند که از جمله آن می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• فرسودگی سطحی، ترک خوردگی ناشی از فشار تبلور نمک‌ها در منافذ و قرارگیری در معرض دماهای بسیار گرم یا سرد (نظیر یخ‌زدگی)
• تأثیرات مواد شیمیایی زیان‌آور، مثل تراوش محلول‌های اسیدی به درون خمیر سیمان، واکنش‌های انبساط‌زای ناشی از حمله سولفاتی، واکنش قلیایی سنگدانه‌ها و خوردگی آرماتور داخل بتن

در این مطلب، به طور مفصل در باب اهمیت ظواهر فیزیکی، مکانیزم‌ها و کنترل علل مختلف آسیب‌دیدگی بتن بحث شده است و در انتها، توجه ویژه‌ای به عملکرد بتن در آب دریا شده است. از آن‌جا که علل فیزیکی و شیمیایی زیادی به طور همزمان روی آسیب‌دیدگی بتن تأثیر می‌گذارند، لذا مطالعه رفتار بتن در آب دریا فرصت بسیار مناسبی برای ما فراهم می‌آورد که میزان پیچیدگی مسائل دوام را تصدیق کرده و عوامل مؤثر بر دوام سازه‌های بتنی را بشناسیم.

زوایای مهم دوام بتن

اغلب معلومات ما درباره فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی مسبب آسیب‌دیدگی بتن از روی تاریخچه سازه‌های واقعی به دست می‌آید، زیرا شبیه‌سازی ترکیب حالات دراز مدتی که در واقعیت وجود دارند، در آزمایشگاه مشکل است. با این وجود به ندرت آسیب‌دیدگی بتن، ناشی از یک علت منحصر بفرد است.

به طور کلی، علل فیزیکی و شیمیایی خرابی بتن به قدری در هم پیچیده و پر تداخل است که موجب تشدید یکدیگر می‌شود. از این رو اغلب، حتی جدا کردن علت از معلول امکان‌پذیر نیست. لذا رده‌بندی خرابی‌های بتن به انواع مشخص، باید با احتیاط صورت گیرد.

از آن‌جا که هدف این رده‌بندی باید به طور سیستماتیک و تک تک شرح داده شود و این کار باید انواع پدیده‌های گوناگون را نیز در برگیرد، لذا این گرایش نیز وجود دارد که تأثیرات متقابل و ‌اندرکنش بین این پدیده‌های هم زمان نیز بررسی شده و مدنظر قرار گیرند.

بهبود دوام در بتن

بتن خوب تحت انواع وسیعی از شرایط محیطی متنوع، ماده‌ای نسبتاً بادوام است. اما شرایط اقلیمی معمولی ممکن است اثرات زیانباری روی بتن ضعیف داشته و موجب تجزیه و فروپاشی آن شود. شرایطی چون: اثرات آب و هوایی ناشی از پدیده مخرب یخ زدن و آب شدن، ‌تر و خشک شدن متناوب، فعل و انفعالات شیمیایی نامطلوب و تغییرات دما در بتن حجیم.

آزمایش‌های زیادی به منظور تعیین دوام بتن در آزمایشگاه‌ها تحت شرایط مختلف محیطی انجام شده است، اما با این وجود، ایجاد ارتباط بین نتایج آزمایشگاهی و گزارش‌های کارگاهی، مشکل و غیرممکن بوده است. عوامل اساسی که ممکن است بر دوام بتن اثر بگذارند، عبارتند از:

• خواص فیزیکی بتن سخت شده
• مصالح تشکیل‌دهنده‌ی بتن
• روش‌های به کار گرفته شده جهت تولید و ساخت

عوامل مؤثر بر ایجاد دوام مناسب بتن به شرح ذیل است:

• پایین بودن نسبت آب به سیمان
• سالم بودن مصالح تشکیل‌دهنده‌ی بتن
• متراکم و خوب ساخته شدن بتن
• عمل‌آوری صحیح بتن
• کنترل درصد حباب هوا بین ۴ تا ۶%، در صورت قرار گرفتن در معرض پدیده‌ی یخ زدن و آب شدن
• ارزیابی دوام بتن (این امر ممکن است مطالعه‌ی خواص ارتجاعی، خمیری و حرارتی اجزای تشکیل‌دهنده و عدم سازگاری‌های احتمالی را نیز ایجاب نماید.)

عموماً آب در تمام اشکال آسیب‌دیدگی بتن دخالت دارد و در اجسام متخلخل، میزان تراوایی جسم (در برابر آب)، شدت آسیب‌دیدگی را تعیین می‌کند. بنابراین، ساختمان و خواص آب با در نظر گرفتن اثر تخریبی آن روی اجسام متخلخل تشریح شده و سپس عوامل کنترل کننده تراوایی خمیر سیمان، سنگدانه‌ها و بتن ارائه می‌گردند.

مشاهدات کلی دوام بتن

پیش از بحث در مورد جوانب و زوایای مهم دوام بتن، توجه به چند نکته کلی به درک بهتر موضوع کمک خواهد نمود.

• آب، عنصر اولیه به وجود آوردن و تخریب بسیاری از مصالح طبیعی و همچنین، منشأ اغلب مسائل مربوط به دوام بتن است. آب عامل بسیاری از فرآیندهای فیزیکی کاهنده کیفیت در اجسام متخلخل است. همچنین به عنوان وسیله‌ای برای انتقال یون‌های مهاجم، می‌تواند سرچشمه فرآیندهای شیمیایی کاهنده کیفیت نیز باشد.
• پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی مرتبط با حرکات آب در اجسام متخلخل را نفوذپذیری جامدات کنترل می‌کند. به عنوان مثال، میزان آسیب‌دیدگی شیمیایی به این وابسته است که آیا حمله شیمیایی محدود به سطح بتن است یا به داخل مصالح نیز رسوخ کرده است.
• میزان آسیب‌دیدگی، تحت تأثیر نوع و غلظت یون‌های داخل آب و ترکیب شیمیایی جسم است. برخلاف سنگ‌های طبیعی و مواد معدنی، بتن جزو مواد بازی است. دلیل آن نیز این است که محصولات ناشی از هیدراتاسیون خمیر سیمان پرتلند، از ترکیبات قلیایی کلسیمی تشکیل می‌شوند. بنابراین انتظار می‌رود آب‌های اسیدی، برای بتن مضر باشند.

آب، عاملی آسیب‌رسان در دوام بتن

بتن تنها ماده‌ای نیست که در فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی مرتبط با آب صدمه می‌بیند. از این رو شایسته است مشخصاتی از آب را که عامل اصلی تخریب مواد هستند، بررسی نماییم. بدون شک، آب در قالب آب دریا، آب زیرزمینی، رودخانه، دریاچه، باران، برف و بخار، فراوان‌ترین مایع در طبیعت است. مولکول‌های آب، به دلیل کوچک بودن، قادر به نفوذ در منافذ با حفره‌های بسیار ریز هستند.

آب به عنوان حلال، قادر به حل کردن مواد زیادی در مقایسه با سایر مایعات شناخته شده دیگر است. این خاصیت، به دلیل وجود یون‌ها و گازهای زیاد در بعضی از آب‌ها است که به نوبه خود عاملی برای تجزیه شیمیایی مواد جامد هستند. همچنین باید توجه شود آب بیشترین گرمای تبخیر را میان مایعات معمولی دارد. بنابراین، در دمای معمولی تمایل دارد به جای تبخیر شدن و بر جای گذاشتن مواد جامد، به صورت مایع باقی بماند.

همچنین حرکات داخلی و تغییرات ساختار آب در اجسام متخلخل، علت انواع تغییرات حجمی موجب گسیختگی شناخته می‌شود. برای مثال تبدیل آب به یخ، تشکیل ساختمان منظم آب در داخل منافذ ریز، افزایش فشار اسمزی بر اثر تفاوت غلظت‌های یونی و به وجود آمدن فشار هیدروستاتیک ناشی از تفاوت فشار بخارها، می‌تواند منجر به تنش‌های داخلی زیادی در داخل جسم مرطوب شود.

مولکول H – O – H دارای پیوند کووالانسی است. به دلیل تفاوت بین مراکز بارهای هیدروژن و اکسیژن، پروتون با بار مثبت یون هیدروژن یک مولکول آب، الکترون با بار منفی مولکول‌های آب مجاورش را به خود جذب می‌کند. این نیروی جاذبه نسبتاً ضعیف که پیوند هیدروژنی نامیده می‌شود، باعث ایجاد ساختمان منظم آب می‌شود.

بیشترین تجلی این نظم قوی در ساختمان آب، بر اثر پیوند هیدروژنی در یخ دیده می‌شود. در یخ، مولکول آب با چهار مولکول دیگر به گونه‌ای احاطه شده که در هر دسته از مولکول‌ها، یک مولکول در وسط قرار می‌گیرد و چهار مولکول دیگر در چهار گوشه یک چهار وجهی قرار می‌گیرند. مولکول‌ها و دسته مولکول‌ها، در هر سه جهت به وسیله پیوند هیدروژنی به هم متصل می‌شوند.

یخ در دمای صفر درجه سانتی‌گراد که تقریباً ۱۵% از پیوند هیدروژنی آن شکسته می‌شود، ذوب می‌گردد. در نتیجه این شکست، بخشی از جهت‌گیری هر مولکول آب می‌تواند بیش از چهار مولکول‌ مجاور خود را جذب نماید. بنابراین، چگالی آن از ۰٫۹۱۷ به ۱ افزایش می‌یابد. برگشت‌پذیری این فرآیند، این پدیده را تشریح می‌کند که چرا آب بر اثر انجماد، به جای انقباض انبساط پیدا می‌کند.

در مقایسه با ساختمان یخ در دماهای معمولی، تقریباً ۵۰% پیوند هیدروژنی آب شکسته می‌شود. مصالح در حالت پیوند شکسته، دارای بارهای سطحی ناکافی هستند که باعث افزایش انرژی سطحی می‌گردند.

انرژی سطحی در مایعات، موجب کشش سطحی می‌شود و این موضوع هم دلیلی برای چسبیدن تعداد زیادی از مولکول‌ها به یکدیگر است. کشش سطحی (نیروی لازم برای جدا کردن مولکول‌های مایع از یکدیگر) زیاد آب، مانع عملکرد آن به عنوان یک ماده روان کننده بتن در مخلوط بتنی می‌شود، مگر آنکه افزودنی بتن مناسبی به آن اضافه گردد.

شکل‌گیری ساختمان جهت یافته آب که ناشی از پیوند هیدروژنی در منافذ ذره‌بینی است، عامل انبساط بسیاری از سیستم‌ها شناخته شده است. در جامدات، وجود انرژی سطحی ناشی از بار‌های ناکافی به مساحت سطح بستگی دارد. بنابراین، هنگامی که تعداد زیادی منافذ ریز موجود است، انرژی سطحی افزایش می‌یابد.

چنانچه آب قادر به نفوذ به درون این منافذ ذره‌بینی باشد و نیروهای جاذب در سطح منافذ، برای شکستن کشش سطحی حجم کلان آب و متمایل کردن مولکول‌های آن به طرف یک ساختمان منظم (مشابه ساختمان یخ) به حد کافی قوی باشند، این ساختمان جهت یافته یا منظم آب – که تراکم آن کمتر از حجم کلان آب است – به فضای بیشتری نیاز داشته و در نتیجه، باعث انبساط آن خواهد شد.

نقش آب بر دوام بتن (تراوایی)

حضور آب در بتن به عنوان جزئی لازم برای واکنش‌های هیدراتاسیون سیمان و ماده فوق روان کننده برای اجزای مخلوط بتن، بسیار کاربردی است؛ چرا که بسته به شرایط محیطی و ضخامت قطعه بتنی، به تدریج اکثر آب قابل تبخیر بتن (تمام آب لوله‌های مویینه و قسمتی از آب جذب شده) از بین رفته و منافذ بتن به صورت خالی یا اشباع نشده در می‌آیند.

از آن‌جا که این آب قابل تبخیر است، لذا قابلیت یخ‌زدگی دارد و همچنین برای جابه‌جایی داخلی آزادی دارد. بنابراین، بتنی که آب قابل تبخیر (پس از خشک شدن) اصلاً نداشته یا کم داشته باشد و پس از قرار گرفتن در شرایط محیطی، منافذ آن دوباره اشباع نشود، در مقابل رویدادهای مخرب وابسته به آب آسیب‌پذیر نخواهد بود.

مطالب فوق، عموماً وابسته به هدایت هیدرولیکی (ضریب تراوایی K) است. بایستی توجه نمود در تکنولوژی بتن، رایج است که صفت ذکر نشود و به K، به جای ضریب تراوایی، فقط تراوایی گفته شود.

گاربوچی (Garboczi) به بررسی چندین نظریه در این زمینه پرداخته است. این نظریه‌ها سعی در ارتباط دادن پارامترهای ساختمان ذره‌بینی محصولات سیمانی با انتشار (میزان انتشار یون‌ها از طریق منافذ پر از آب) با تراوایی (میزان جریان لزج مایعات از طریق ساختار منفذی) دارد.

در مصالحی نظیر بتن که دارای ریز ترک‌های زیادی است، به دلیل تغییرات غیرقابل پیش‌بینی که در ساختار منفذی آنها هنگام نفوذ یک مایع خارجی صورت می‌پذیرد، امکان تعیین ضریب مشخصه انتقال وابسته به ساختار منفذی آنها بسیار مشکل است.

باید توجه داشته باشیم به دلیل چرخه‌های مکرر باریک و پهن شدن منافذ و ریز ترک‌ها بر اثر اندرکنش‌ها و فعل و انفعالات فیزیکی و شیمیایی بین مایع نفوذی و مواد معدنی خمیر سیمان، خاصیت انتقال وابسته به ساختمان منفذی، دائماً در حال تغییر است.

به اعتقاد گاربوچی، بنا به دلایل گوناگون، پیش از آنکه سودمندی پیش‌بینی‌های قابلیت انتشار اثبات شود، نیاز است این پیش‌بینی‌ها، توسعه بیشتری یافته و میزان اعتبار آنها به گونه‌ای مشخص‌تر تعیین گردد.

با این وجود، به طور ضمنی باید گفت تراوایی می‌تواند همه موارد انتقال مایعات به درون ماده را در برگیرد. این ویژگی، خاصیتی حاکم بر آهنگ جریان مایع در جسم متخلخل است. برای جریان پایا، ضریب تراوایی (K) از معادله دارسی به دست می‌آید.

ضریب تراوایی بتن در برابر نفوذ گازها یا بخار آب به داخل آن، بسیار کمتر از ضریب تراوایی آن در برابر نفوذ آب مایع است. به همین دلیل، آزمایش‌های اندازه‌گیری تراوایی، عموماً با استفاده از آب بدون هوای محلول انجام می‌گیرد. همچنین باید متذکر شویم تراوایی بتن در برابر نفوذ محلول‌های حاوی یون‌ها، به دلیل فعل و انفعال این یون‌ها با خمیر سیمان، با تراوایی آن در برابر نفوذ آب متفاوت است.

تراوایی خمیر سیمان

در خمیر هیدراته شده، ‌اندازه و پیوستگی منافذ در هر نقطه حین فرآیند هیدراتاسیون، ضریب تراوایی را کنترل می‌نماید. در واقع آب مخلوط به طور غیرمستقیم مسئول تراوایی خمیر سیمان هیدراته شده است، زیرا میزان این آب، در ابتدا نشان‌دهنده کل فضای خالی است و پس از انجام هیدراتاسیون، این آب نشان‌دهنده فضای پر نشده پس از مصرف آب است؛ خواه این آب مصرف شده برای فعل و انفعالات هیدراتاسیون به کار گرفته شده باشد یا اینکه تبخیر شده و به داخل محیط رفته باشد.

ضریب تراوایی خمیر سیمان تازه در حدود ۱۰-۴ تا ۱۰-۵ سانتی‌متر بر ثانیه است. حین فرآیند هیدراتاسیون به تدریج که تخلخل مویینگی کاهش می‌یابد، ضریب تراوایی نیز کمتر می‌شود، ولی تناسب مستقیمی میان این دو وجود ندارد.

برای مثال هنگامی که تخلخل مویینگی از ۴۰% به ۳۰% کاهش می‌یابد، ضریب تراوایی به مقدار خیلی بیشتری افت می‌کند. این در حالی است که بر اثر کاهش بیشتر تخلخل از ۳۰% به ۲۰%، افت خیلی کمی در تراوایی به وجود می‌آید. علت این امر آن است که در ابتدا، با پیشرفت فرآیند هیدراتاسیون سیمان، حتی مقدار کم کاهش تخلخل مویینگی کل، با تقسیم قابل توجه منافذ بزرگ همراه است.

بنابراین اندازه و تعداد کانال‌های جریان در خمیر سیمان، به میزان زیادی کاهش می‌یابد. به طور متعارف، تخلخل مویینگی در حدود ۳۰%، نشان‌دهنده زمانی است که اتصال زنجیری بین منافذ، به قدری پیچ در پیچ شده که کاهش بیشتر تخلخل خمیر سیمان، با افت قابل ملاحظه‌ای در ضریب تراوایی همراه نخواهد بود.

سن ( روز)	ضریب تراوایی (* ۱۱–۱۰ cm/sec)
تازه	۲۰۰۰۰۰۰۰
۵	۴۰۰۰
۶	۱۰۰۰
۸	۴۰۰
۱۳	۵۰
۲۴	۱۰
نهایی	۶

به طور کلی، وقتی نسبت آب به سیمان زیاد و درجه هیدراتاسیون کم باشد، خمیر سیمان، تخلخل مویینگی زیادی خواهد داشت و شامل تعداد تقریباً زیادی از منافذ بزرگ و کاملاً متصل به هم می‌شود و در نتیجه، ضریب تراوایی آن زیاد خواهد بود. با پیشرفت هیدراتاسیون، ‌اندازه بسیاری از منافذ کاهش یافته (مثلاً به ۱۰ یا کمتر)، اتصال زنجیری را از دست خواهند داد و در نتیجه، تراوایی‌شان نیز کاهش خواهد یافت.

مشاهده شده است در خمیر سیمان معمولی، انفصال در شبکه مویینه زمانی اتفاق می‌افتد که تخلخل مویینه حدود ۳۰% باشد. برای خمیرهای با نسبت آب به سیمان ۰٫۴، ۰٫۵، ۰٫۶ و ۰٫۷، این پدیده به ترتیب بعد از ۳، ۱۴، ۱۸۰ و ۳۶۵ روز عمل‌آوری مرطوب اتفاق می‌افتد.

از آن‌جا که در بیشتر مخلوط‌های بتنی، نسبت آب به سیمان به ندرت از ۰٫۷ تجاوز می‌نماید، لذا واضح است در بتنی که به خوبی عمل‌آوری شده باشد، خمیر سیمان عامل اصلی مؤثر در ضریب تراوایی نیست.

بیشتر بخوانید: نقش سنگدانه‌های واکنش‌زا در دوام بتن

تراوایی سنگدانه‌ها

در مقایسه با تخلخل مویینگی ۳۰ تا ۴۰ درصدی خمیرهای سیمان متعارف بتن‌های سخت شده، حجم منافذ در اغلب سنگدانه‌های طبیعی معمولاً زیر ۳% بوده و به ندرت از ۱۰% تجاوز می‌کند. بنابراین انتظار می‌رود تراوایی سنگدانه از تراوایی خمیر سیمان خیلی کمتر باشد. البته ممکن است لزوماً همیشه بدین صورت نباشد. از داده‌های تراوایی سنگ‌های طبیعی و خمیر سیمان – که در جدول زیر آمده است – این‌طور به نظر می‌رسد که ضریب تراوایی سنگدانه‌ها هم به همان‌گونه خمیرهای سیمان هیدراته شده با نسبت‌های آب به سیمان در محدوده متغیر است.

نوع سنگ	ضریب تراوایی (cm/sec)	نسبت آب به سیمان خمیر عمل آمده با ضریب تراوایی یکسان
سنگ بازالتی سنگین	۲٫۴۷ * ۱۰-۱۲	۰٫۳۸
دیوریت کوارتزی	۸٫۲۴ * ۱۰-۱۲	۰٫۴۲
مرمر	۲٫۳۹ * ۱۰-۱۱	۰٫۴۸
مرمر	۵٫۷۷ * ۱۰-۱۰	۰٫۶۶
گرانیت	۵٫۳۵ * ۱۰-۹	۰٫۷۰
ماسه سنگ	۱٫۲۳ * ۱۰-۸	۰٫۷۱
گرانیت	۱٫۵۶ * ۱۰-۸	۰٫۷۱

دلیل اینکه تراوایی بعضی از سنگدانه‌های با تخلخل پایین (در حدود ۱۰%) ممکن است بسیار بیشتر از آن خمیرهای سیمان باشد این است که ابعاد منافذ مویینه در سنگدانه‌ها معمولاً بسیار بزرگ‌تر است.

اندازه بیشتر منافذ مویینه خمیر سیمان عمل‌آوری شده در محدوده ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر است، در صورتی که ‌اندازه منافذ سنگدانه‌ها به طور متوسط بزرگ‌تر از ۱۰ می‌باشد. در بعضی چرت‌ها و سنگ‌های آهک، منافذ از نظر ‌اندازه، شامل مقدار بسیار زیادی منافذ ریز می‌شوند و در نتیجه، تراوایی آنها کم است. ولی سنگدانه‌ها، تحت انبساط و ترک خوردگی همراه با حرکت کُند رطوبت و فشار هیدرواستاتیکی حاصله به وجود آمده‌اند.

تراوایی بتن

از نقطه نظر تئوریک، انتظار می‌رود اضافه کردن ذرات سنگدانه با تراوایی کم به خمیر سیمان، تراوایی کل سیستم را کاهش دهد. این بیان، به ویژه در مورد خمیرهای با نسبت زیاد آب به سیمان و در سنین اولیه آن – که تخلخل مویینگی زیاد است – صادق است.

از آن‌جا که ذرات سنگدانه‌ها باید کانال‌های جریان داخل ماتریس خمیر سیمان را قطع نمایند، بنابراین ملات یا بتن در مقایسه با خمیر سیمان خالص، با نسبت آب به سیمان و درجه بلوغ یکسان، باید ضریب تراوایی کمتری داشته باشند. داده‌های حاصل از آزمایش‌ها دلالت بر آن دارند که در عمل، چنین اتفاقی نمی‌افتد. دو مجموعه داده‌های شکل زیر، به روشنی نشان می‌دهند اضافه نمودن سنگدانه به خمیر سیمان یا ملات، تراوایی را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. در حقیقت، هر چه ‌اندازه سنگدانه بزرگ‌تر باشد، ضریب تراوایی نیز بیشتر می‌شود.

تراوایی بتن در مقابل آب، اساساً به نسبت آب به سیمان –که ‌اندازه، حجم و پیوستگی منافذ مویین را تعیین می‌کند- و بزرگ‌ترین اندازه سنگدانه -که روی ریز ترک‌های ناحیه انتقال بین درشت دانه و خمیر سیمان تأثیر می‌گذارد- بستگی دارد.

توضیح این مورد که چرا تراوایی ملات یا بتن از تراوایی خمیر سیمان متناظر با آن بیشتر است، به ریز ترک‌های موجود در ناحیه انتقال بین سنگدانه و خمیر مربوط می‌شود. همان‌گونه که پیش از این اشاره شد،‌ اندازه سنگدانه و دانه‌بندی آن روی مشخصات آب انداختگی مخلوط بتن تأثیر می‌گذارند که این نیز به نوبه خود روی مقاومت ناحیه انتقال مؤثر است.

طی دوره‌های هیدراتاسیون اولیه، به دلیل تفاوت بین کرنش‌های خمیر سیمان و سنگدانه، ناحیه انتقال ضعیف بوده و در برابر ترک خوردگی آسیب‌پذیر است. کرنش‌های فوق‌الذکر عموماً ناشی از جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن، جمع‌شدگی حرارتی و بار اعمال شده خارجی هستند.

ترک‌های ناحیه انتقال به قدری کوچک هستند که نمی‌توان با چشم غیرمسلح آنها را دید، اما عرض آنها بزرگ‌تر از عرض حفره‌های مویینه موجود در ماتریس خمیر سیمان است. از این رو با افزایش ارتباطات داخلی سیستم، تراوایی آن را افزایش می‌دهند.

از آن‌جا که مقاومت و تراوایی از طریق تخلخل مویینگی با هم رابطه دارند، لذا عواملی که روی مقاومت بتن تأثیر می‌گذارند، روی تراوایی هم اثر دارند. بنابراین، به دلیل اهمیت تراوایی در فرایندهای فیزیکی و شیمیایی آسیب‌دیدگی بتن، در پایان این مقاله، به مرور خلاصه‌ای از عوامل کنترل کننده تراوایی بتن می‌پردازیم.

کاهش حجم منافذ مویینه بزرگ – مثلاً بزرگ‌تر از nm ۱۰۰ در ماتریس خمیر – تراوایی را کاهش می‌دهد. این امر از طریق استفاده از نسبت کم آب به سیمان، مقدار مناسب سیمان و تراکم و شرایط عمل‌آوری درست امکان‌پذیر خواهد بود.

همچنین دقت کافی در ‌اندازه سنگدانه و دانه‌بندی، کرنش‌های حاصل از جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن و جمع‌شدگی حرارتی و اجتناب از بارگذاری پیش از موعد و بارگذاری بیش از حد نیز، از جمله گام‌های ضروری برای کاهش ریز ترک‌های ناحیه انتقال است که علت عمده تراوایی زیاد بتن در عمل می‌باشد. همان‌طورکه گفته شد پیچ و خم مسیر جریان مایع که در امر تراوایی تعیین‌کننده است، تحت‌تأثیر ضخامت قطعه بتنی است.

در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد ضمن تبیین این سؤال که دوام بتن چیست، به بررسی عوامل مؤثر بر دوام و روش‌های افزایش دوام در انواع بتن بپردازیم. امیدواریم با مطالعه این مقاله بتوانید اطلاعات کارامدی درباره بتن‌های بادوام به دست آورید.