دوام بتن چیست: عوامل موثر بر دوام و روش های افزایش دوام در انواع بتن

دوام بتن

تاکنون طراحان سازه‌های بتنی بیشتر به مشخصات مقاومتی بتن علاقه‌مند بوده‌اند ولی به دلایل گوناگون، آنها اکنون می‌باید برای دوام بتن نیز اهمیت ویژه‌ای قائل شوند. چرا که دوام بتن مشخصه مهمی در پایداری و عمر یک سازه می‌باشد. علی رغم آنکه مناسب بودن اجزای تشکیل دهنده و ریختن و عمل آوری بتن موجب افزایش طول عمر بتن در بیشتر شرایط طبیعی و صنعتی می‌گردد، اما شکست زودرس سازه‌های بتنی نیز در بعضی مواقع رخ داده و درس‌های ارزشمندی را در مورد کنترل عاملهای موثر در عدم دوام سازه‌های بتنی به ما می‌دهند. بنابر این ما در وبلاگ رامکا قصد داریم شما را دوام بتن و عواملی که بر آن تاثیر دارند، و حتی روش‌های بهبود دوام در بتن را بیان کنیم.

تعریف دوام

عمر خدمت دهی طولانی مترادف با دوام در نظر گرفته می‌شود. از آنجا که دوام تحت یک مجموعه شرایط، لزوما به معنای دوام مجموعه تحت شرایط دیگری نمی باشد، به همین دلیل متداول است که هنگام تعریف دوام اشاره‌ای کلی به محیط نیز شود.

بر طبق تعریف کمیته ۲۰۱ انستیتوی بتن آمریکا (ACI)، دوام بتن سیمان پرتلند به توانایی آن برای مقاومت در برابر عوامل هوازدگی، حمله شیمیایی، سایش، و یا هر فرآیندی که موجب آسیب دیدگی شود، گفته می‌شود. بنابراین، بتن بادوام، بتنی است که شکل اولیه، کیفیت و قابلیت خدمت دهی خود را در شرایط محیطیش حفظ کند.

هیچ مصالحی ذاتا با دوام نیست. در نتیجه عوامل محیطی، ریز ساختار مصالح، متعاقب آن، خواص این مصالح با گذشت زمان تغییر می‌کند. یک ماده وقتی به انتهای عمر خدمت دهی خود می‌رسد که، خواصش، تحت شرایط مفروض استفاده از آن، به حدی آسیب دیده باشد که ادامه استفاده از مصالح ناایمن یا غیر اقتصادی شناخته شود.

اهمیت دوام بتن

در حال حاضر، عموما پذیرفته شده است که در طراحی سازه ها، می‌باید مشخصات دوام مصالح مورد نظر، همانند سایر مشخصات و ویژگی‌های آن، نظیر خواص مکانیکی و هزینه و قیمت اولیه، مورد ارزیابی قرار گیرد.

در ابتدا، دوام بیشتر از نقطه نظر تاثیرات اقتصادی و اجتماعی آن مدنظر قرار می‌گیرد. افزایش روز افزون هزینه‌های تعمیر و جایگزینی سازه ها، ناشی از خرابی مصالح، بخش عمده‌ای از کل بودجه ساختمان سازی را به خود اختصاص می‌دهد. به عنوان مثال، تخمین زده شده است که در کشورهای صنعتی بیش از ۴۰ درصد کل منابع صنعت ساختمان در قسمت تعمیر و نگهداری سازه‌های موجود و کمتر از ۶۰ درصد آن برای احداث ساختمانهای جدید بکار گرفته می‌شود.

بهای روز افزون جایگزینی‌ها در سازه ها، و تأکید فزاینده بر هزینه‌های مصرفی در طی طول عمر سازه، به جای هزینه‌های معرفی اولیه آن، مهندسان را مجبور می‌کند که دوام را جدی بگیرند. نهایتا اینکه، پی برده شده است که رابطه نزدیکی بین دوام مصالح و شرایط محیطی وجود دارد.

حفاظت از منابع طبیعی از طریق بادوام‌تر ساختن مصالح در هر حال یک اقدام زیست محیطی می‌باشد. همچنین، استفاده از بتن در محیطهای آسیب رسان روز به روز نیز توسعه می‌یابد. از جمله این محیطها، سکوهای فراساحل، مخازنی که برای نگهداری گازهای مایع در دماهای سرمازا بکار می‌روند، و راکتورهای تحت فشار بالا، در صنایع هسته ای، را می‌توان نام برد.

شکست سال‌های قبل در سازه‌های فولادی فراساحل در نروژ نشان داد که هم تلفات جانی و هم خسارات مالی مربوط به خرابی زودرس و اتفاقی در مصالح ساختمانی می‌توانند بسیار زیاد باشند.

شکست در سازه‌های فولادی فراساحل و اهمیت دوام بتن
شکست در سازه‌های فولادی فراساحل و اهمیت دوام بتن

عوامل فیزیکی موثر بر دوام بتن

عوامل فیزیکی‌ای که به گونه‌ای زیان آور بر روی دوام بتن تأثیر می‌گذارند از جمله عبارتند از:

  1. فرسودگی سطحی، ترک خوردگی ناشی از فشار تبلور نمکها در منافذ، و در معرض دماهای بسیار گرم یا سرد، نظیر یخ زدگی و آتش قرار گرفتن
  2. تأثیرات مواد شیمیایی زیان آور شامل تراوش محلولهای اسیدی به درون خمیر سیمان، واکنشهای انبساط زای ناشی از حمله سولفاتی، واکنش قلیایی سنگدانه‌ها و خوردگی آرماتور داخل بتن

در این مطلب، به طور مفصل در مورد اهمیت، ظواهر فیزیکی، مکانیزم‌ها و کنترل علل مختلف آسیبدیدگی بتن بحث گردیده است. در انتها، توجه ویژه‌ای به عملکرد بتن در آب دریا شده است.

از آنجا که علل فیزیکی و شیمیایی زیادی به طور همزمان بر روی آسیب دیدگی بتن تاثیر می‌گذارند، لذا مطالعه رفتار بتن در آب دریا فرصت بسیار مناسبی را برای ما فراهم می‌آورد که میزان پیچیدگی مسائل دوام را تصدیق کرده و عوامل موثر بر دوام سازه‌های بتنی رابشناسیم.

تخریب بتن ناشی حملات مخرب
تخریب بتن ناشی حملات مخرب

زوایای مهم دوام بتن

اغلب معلومات ما درباره فرایندهای فیزیکی – شیمیایی مسبب آسیب دیدگی بتن از روی تاریخچه سازه‌های واقعی به دست می‌آید، زیرا شبیه سازی ترکیب حالت‌های دراز مدتی که معمولا در واقعیت وجود دارند در آزمایشگاه مشکل می‌باشد.

با این وجود، در عمل به ندرت آسیب دیدگی بتن ناشی از یک علت منحصر بفرد است. معمولا، در مراحل پیشرفته‌تر خرابی مصالح، بیش از یک پدیده زیان آور مشاهده می‌شود.

به طور کلی، علل فیزیکی و شیمیایی خرابی آن قدر در هم پیچیده شده و تداخل دارند و آن قدر موجب تشدید یکدیگر می‌شوند که اغلب، حتی جدا کردن علت از معلول امکان پذیر نیست. بنابراین، رده بندی خرابی‌های بتن به انواع مشخص و شسته و رفته، می‌باید با احتیاط صورت گیرد.

از آنجا که هدف از این رده بندی می‌باید به طور سیستماتیک و تک تک روشن شده و شرح داده شود و این کار می‌باید انواع پدیده‌های گوناگون را نیز در برگیرد، لذا این گرایش نیز وجود دارد که در حالی که چند تا از این پدیده‌ها به طور همزمان وجود دارند، تأثیرات متقابل و‌اند رکنش بین آنها نیز بررسی شده و مدنظر قرار گیرند.

بهبود دوام در بتن

بتن خوب تحت انواع وسیعی از شرایط محیطی متنوع، ماده‌ای نسبتاً با دوام است. اما شرایط اقلیمی معمولی ممکن است اثرات زیان باری بر روی بتن ضعیف داشته موجب تجزیه و فروپاشی آن گردد.

بیشتر بخوانید  9 دلیل تغییر حجم بتن تازه و سخت شده : جمع شدگی، انقباض و انبساط بتن

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 است.

آزمایش‌های زیادی در آزمایشگاه‌ها انجام شده و به منظور تعیین دوام بتن تحت انواع مختلف شرایط محیطی مورد استفاده قرار گرفته است ولی ارتباط دادن نتایج آزمایشگاهی و گزارش‌های کارگاهی اگر غیرممکن نباشد، مشکل است.

عوامل اساسی که ممکن است بر دوام بتن اثر بگذارند:

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

جهت حصول دوام مناسب، بتن باید:

  • دارای نسبت آب به سیمان پایین باشد
  • مصالح تشکیل‌دهندۀ آن سالم باشند
  • متراکم و خوب ساخته شده
  • به طور صحیح عمل‌آوری شده باشد
  • در صورتی که در معرض پدیدۀ یخ زدن و آب شدن باشد، بین ۴ تا ۶ درصد حباب هوا داشته باشد
  • ارزیابی دوام بتن ممکن است مطالعۀ خواص ارتجاعی، خمیری و حرارتی اجزای تشکیل دهنده و عدم سازگاری‌های احتمالی را نیز ایجاب نماید.

 

عموما آب در تمام شکلهای آسیب دیدگی بتن دخالت دارد و در اجسام متخلخل معمولا میزان تراوایی جسم (در برابر آب) شدت آسیب دیدگی را تعیین می‌نماید.

بنابراین، ساختمان و خواص آب، با در نظر گرفتن اثر تخریبی آن بر روی اجسام متخلخل، تشریح شده و سپس عاملهای کنترل کننده تراوایی خمیر سیمان، سنگدانه‌ها و بتن ارائه می‌گردند.

تخریب ناشی از هوازدگی بتن
تخریب ناشی از هوازدگی بتن

مشاهدات کلی دوام بتن

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

  • اولین نکته مهم در مورد آب است، آب، عنصر اولیه بوجود آوردن و تخریب کردن بسیاری از مصالح طبیعی و همچنین منشأ اغلب مسایل مربوط به دوام بتن می‌باشد. آب به عنوان عامل بسیاری از انواع فرایندهای فیزیکی کاهنده کیفیت نیز در اجسام متخلخل شناخته شده است. همچنین آب، به عنوان وسیله‌ای برای انتقال یونهای مهاجم، می‌تواند سرچشمه فرایندهای شیمیایی کاهنده کیفیت نیز باشد.
  • دومین نکته این است که پدیده‌های فیزیکی – شیمیایی مرتبط با حرکات آب در اجسام متخلخل را نفوذپذیری جامدات کنترل می‌کند. به عنوان مثال، میزان آسیب دیدگی شیمیایی به این بستگی دارد که آیا حمله شیمیایی محدود به سطح بتن است و یا اینکه به داخل مصالح نیز رسوخ کرده است.
  • سومین نکته این است که میزان آسیب دیدگی، تحت تأثیر نوع و غلظت یونهای داخل آب و ترکیب شیمیایی جسم است. بر خلاف سنگهای طبیعی و مواد معدنی، بتن جزء مواد بازی است دلیل آن هم این است که محصولات ناشی از هیدراتاسیون خمیر سیمان پرتلند، از ترکیبات قلیایی کلسیمی تشکیل می‌شوند. بنابراین انتظار می‌رود که آبهای اسیدی، خصوصا، برای بتن مضر باشند.

در ادامه مشخصاتی از آب را که عامل اصلی تخریب مواد‌اند ، بررسی نماییم.

آب به عنوان یک عامل آسیب رسان در دوام بتن

بتن تنها مصالحی نیست که در فرایندهای فیزیکی و شیمیایی آسیب دیدگی مرتبط با آب صدمه می‌بیند. بنابراین، شایسته آن است که مشخصاتی از آب را که عامل اصلی تخریب مواد‌اند ، بررسی نماییم .

آب، در انواع صورتهای آب دریا، آب زیر زمینی، رودخانه، دریاچه، باران، برف و بخار، بدون شک فراوانترین مایع در طبیعت است. مولکولهای آب، به دلیل کوچک بودن، قادر به نفوذ در منافذ با حفره‌های خیلی ریز می‌باشند.

آب، به عنوان حلال، قادر به حل کردن مواد زیادتری، در مقایسه با سایر مایعات شناخته شده دیگر، تشخیص داده شده 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 می‌شوند.

همچنین باید توجه شود که آب بیشترین گرمای تبخیر را در بین مایعات معمولی دارا است. بنابراین در دماهای معمولی، آب تمایل دارد که به جای آنکه تبخیر شده و مواد جامد را بر جای بگذارد، به صورت جسمی در حالت مایع باقی بماند.

در اجسام متخلخل، حرکات داخلی و تغییرات ساختار آب، علت انواع مختلف تغییرات حجمی موجب گسیختگی شناخته شده‌اند . 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 فشارهای بخارها می‌تواند منجر به تنشهای داخلی زیادی در داخل جسم مرطوب شود.

مروری کوتاه بر ساختمان آب برای درک این رویدادها مفید خواهد بود.

ساختمان آب

مولکول H – O – H دارای پیوند کووالانسی است. بدلیل 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 می‌نماید. این نیروی جاذبه نسبتا ضعیف که پیوند هیدروژنی نامیده می‌شود، باعث بوجود آمدن ساختمان منظم آب می‌شود.

بیشترین تجلی این نظم قوی در ساختمان آب، بر اثر پیوند هیدروژنی، در یخ دیده می‌شود، شکل زیر را مشاهده کنید.

در یخ، مولکول آب به وسیله چهار مولکول دیگر طوری احاطه شده است که در هر دسته از مولکولها یک مولکول در وسط قرار گرفته و چهار مولکول دیگر در چهار گوشه یک چهار وجهی قرار گرفته‌اند .

مولکولها و دسته مولکولها، در هر سه جهت به وسیله پیوند هیدروژنی به هم متصل شده‌اند . یخ در دمای صفر درجه سانتیگراد، که تقریبا ۱۵ درصد از پیوند هیدروژنی آن شکسته می‌شود، ذوب میشود.

در نتیجه این شکست بخشی در جهت گیری دارای پیوند چهار وجهی، هر مولکول آب می‌تواند بیش از چهار تا از مولکولهای مجاور خود را جذب نماید.

بنابراین، چگالی آن از ۰/۹۱۷ به ۱ افزایش می‌یابد. برگشت پذیری این فرآیند این پدیده را تشریح می‌کند که چرا آب بر اثر انجماد، به جای انقباض انبساط پیدا میکند.

 ساختمان یخ و ساختمان مولکولهای آب در ساختمان و خواص آب تحت تأثیر دما و‌اند ازه منافذ موجود در یک جامد هستند
ساختمان یخ و ساختمان مولکولهای آب در ساختمان و خواص آب تحت تأثیر دما و‌اند ازه منافذ موجود در یک جامد هستند

در مقایسه با ساختمان یخ، در دماهای معمولی تقریبا ۵۰ درصد پیوند هیدروژنی آب شکسته است. 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 می‌باشد. کشش سطحی (که بنابر تعریف، نیروی لازم برای جدا کردن مولکولهای مایع از یکدیگر می‌باشد) زیاد آب مانع عملکرد آن به عنوان یک ماده روان کننده مؤثر در بتن می‌شود، مگر آنکه ماده افزودنی بتن مناسبی به آن اضافه گردد.

بیشتر بخوانید  3 دلیل اصلی خزش در بتن

شکل گیری ساختمان جهت یافته آب، که ناشی از پیوند هیدروژنی در منافذ ذره بینی 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 باشند انرژی سطحی افزایش می‌یابد.

چنانچه آب قادر به نفوذ به درون این منافذ ذره بینی 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 تراکمش 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

نقش آب در بتن، می‌باید از یک دیدگاه صحیح مدنظر قرار گیرد، زیرا آب، به عنوان یک جزء لازم برای واکنشهای هیدراتاسیون سیمان و یک ماده فوق روان کننده برای اجزای مخلوط بتن، از ابتدای کار، در بتن نقش ایفا می‌کند.

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 یخ زدگی دارد و همچنین برای جابه جایی داخلی آزادی دارد. بنابراین، بتنی که آب قابل تبخیر، پس از خشک شدن یا اصلا نداشته، و یا کم داشته باشد و همچنین متعاقبا پس از قرار گرفتن در شرایط محیطی، منافذ آن دوباره اشباع نشوند، در مقابل رویدادهای مخرب وابسته به آب، آسیب پذیر نخواهد بود.

مطالب فوق الذکر به مقدار زیادی به هدایت هیدرولیکی، که بنام ضریب تراوایی (K) شناخته شده است، بستگی دارد. بایستی توجه نمود که در تکنولوژی بتن، رایج است که صفت ذکر نشود و به  K، به جای ضریب تراوایی، فقط تراوایی گفته شود.

گاربوچی  (Garboczi) چندین نظریه را در این زمینه مورد بررسی قرار داد. این نظریه‌های سعی در ارتباط دادن پارامترهای ساختمان ذره بینی محصولات سیمانی با انتشار (میزان انتشار یونها از طریق منافذ پر از آب) و یا با تراوایی (میزان جریان لزج مایعات از طریق ساختار منفذی) داشت. در مصالحی نظیر بتن، که دارای ریز ترکهای زیادی هستند، به دلیل تغییرات غیرقابل پیش بینی‌ای که در ساختار منفذی آنها در هنگام نفوذ یک مایع خارجی صورت می‌پذیرد، امکان تعیین ضریب مشخصه انتقال وابسته به ساختار منفذی آنها، به گونه‌ای رضایتبخش، بسیار مشکل است.

باید توجه داشته باشیم که به دلیل چرخه‌های مکرر باریک و پهن شدن منافذ و ریز ترکها، بر اثر‌اند رکنشها و فعل و انفعالات فیزیکی – شیمیایی بین مایع نفوذی و مواد معدنی خمیر سیمان،خاصیت انتقال وابسته به ساختمان منفذی دائما در حال تغییر می‌باشد. به اعتقاد گاربوچی، بنا به دلایل گوناگون، پیش از  آنکه سودمندی پیش بینی‌های قابلیت انتشار اثبات شود، بدان نیاز است که این پیش بینی‌ها توسعه بیشتری یافته و میزان اعتبار آنها به گونه‌ای مشخص‌تر تعیین شود. بنابراین، در این کتاب برای مقاصد عملی، فقط در مورد تراوایی بحث شده است. با این وجود، به طور ضمنی باید گفت که استفاده از واژه مزبور به طور خام و کلی، و نه دقیق، می‌تواند همه موارد انتقال مایعات به درون ماده را در برگیرد.

تراوایی خاصیتی است که 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، آزمایشهای‌اند ازه گیری تراوایی، عموما با استفاده از آب بدون هوای محلول انجام میگیرد. داده‌های این فصل بر اساس تراوایی بتن در مقابل آب خالص می‌باشد مگر اینکه روش دیگری ذکر شده باشد. همچنین می‌باید متذکر شویم که 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،‌اند ازه و پیوستگی منافذ در هر نقطه در حین فرآیند هیدراتاسیون، ضریب تراوایی را کنترل خواهد نمود. همانطور که قبلا بحث شد، آب مخلوط به طور غیرمستقیم مسئول تراوایی خمیر سیمان هیدراته شده می‌باشد، زیرا میزان این آب، در ابتدا نشان دهنده کل فضای خالی است، و پس از انجام هیدراتاسیون، این آب نشان دهنده فضای پرنشده پس از مصرف آب است، خواه این آب مصرف شده برای فعل و انفعالات هیدراتاسیون به کار رفته شده باشد و 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 می‌باشد. در حین فرایند هیدراتاسیون به تدریج که تخلخل مویینگی کاهش می‌یابد، ضریب تراوایی نیز کمتر می‌شود (جدول زیر)، ولی تناسب مستقیمی بین این دو وجود ندارد.

برای مثال هنگامی که تخلخل مویینگی از ۴۰ درصد به ۳۰ درصد کاهش می‌یابد ضریب تراوایی به مقدار خیلی بیشتری افت می‌کند، در صورتی که بر اثر کاهش بیشتر تخلخل از ۳۰ درصد به ۲۰ درصد،افت خیلی کمی در تراوایی بوجود می‌آید. علت این امر آن است که در ابتدا، با پیشرفت فرایند هیدراتاسیون سیمان، حتی مقدار کم کاهش تخلخل مویینگی کل، با تقسیم قابل توجه منافذ بزرگ است، بنابراین‌اند ازه و تعداد کانالهای جریان در خمیر سیمان به میزان زیادی کاهش می‌یابد. به طور متعارف، تخلخل مویینگی در حدود ۳۰ درصد، نشان دهنده آن زمانی است که اتصال زنجیری بین منافذ، بقدری پیچ در پیچ شده است که کاهش بیشتر تخلخل خمیر سیمان، با افت قابل ملاحظه‌ای در ضریب تراوایی همراه نخواهد بود.

کاهش تراوایی خمیر سیمان (با نسبت آب به سیمان 0.7) با پیشرفت فرآیند هیدراتاسیون
کاهش تراوایی خمیر سیمان (با نسبت آب به سیمان ۰٫۷) با پیشرفت فرآیند هیدراتاسیون

به طور کلی، وقتی که نسبت آب به سیمان زیاد و درجه هیدراتاسیون کم باشد، خمیر سیمان، تخلخل مویینگی زیادی خواهد داشت و شامل تعداد تقریبا زیادی از منافذ بزرگ و کاملا به هم متصل می‌شود و در نتیجه ضریب تراوایی آن زیاد خواهد بود. با پیشرفت هیدراتاسیون،‌اند ازه بسیاری از منافذ کاهش یافته (مثلا به ۱۰  یا کمتر)و همچنین اتصال زنجیریشان را از دست خواهند داد و در نتیجه تراوایی شان نیز کاهش خواهد یافت.

بیشتر بخوانید  خواص الکتریکی بتن

ضریب تراوایی خمیر سیمان هنگامی که بیشتر به منافذ مویینه کوچک بوده و به هم متصل نباشند، در حدود می‌باشد.مشاهده شده است که در خمیر سیمان معمولی، انفصال در شبکه مویینه عموما وقتی اتفاق می‌افتد که تخلخل مویینه در حدود ۳۰ درصد 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 عمل آوری مرطوب اتفاق می‌افتد. از آنجا که در بیشتر مخلوطهای بتن، نسبت آب به سیمان به ندرت از ۰٫۷ تجاوز می‌نماید، لذا واضح است که در بتنی که به خوبی عمل آوری شده باشد، خمیر سیمان عامل اصلی مؤثر در ضریب تراوایی نمی باشد.

تراوایی سنگدانه ها

در مقایسه با تخلخل مویینگی ۳۰ تا ۴۰ درصد در خمیرهای سیمان متعارف بتنهای سخت شده، حجم منافذ در اغلب سنگدانه‌های طبیعی معمولا زیر ۳ درصد بوده و بندرت از ۱۰ درصد تجاوز می‌کند. بنابراین انتظار می‌رود که تراوایی سنگدانه از تراوایی خمیر سیمان خیلی کمتر باشد. البته ممکن است لزوما همیشه بدین صورت نباشد. از داده‌های تراوایی سنگهای طبیعی و خمیر سیمان (جدول زیر) اینطور به نظر می‌رسد که ضریب تراوایی سنگدانه‌ها هم به همان گونه خمیرهای سیمان هیدراته شده با نسبتهای آب به سیمان در محدوده ، متغیر می‌باشند.

مقایسه بین تراوایی سنگها و خمیرهای سیمان
مقایسه بین تراوایی سنگها و خمیرهای سیمان

علی رغم آنکه ضریب تراوایی بیشتر مرمرها، سنگهای بازالتی، دیوریتها، بازالتها و گرانیتهای سنگین می‌توانند در محدوده  تا  باشند، اما بعضی از انواع گرانیتهاء ماسه سنگها، سنگ آهکها و چرتها ارقامی تا دو برابر را نشان می‌دهند. دلیل اینکه تراوایی بعضی از سنگدانه‌های با تخلخل پایین، در حدود ۱۰ درصد، ممکن است خیلی بیشتر از آن خمیرهای سیمان باشد این است که ابعاد منافذ مویینه در سنگدانه‌ها معمولا خیلی بزرگتر است.

اندازه بیشتر منافذ مویینه خمیر سیمان عمل آوری شده در محدوده ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر است، در صورتی که‌اند ازه منافذ سنگدانه‌ها به طور متوسط بزرگتر از  ۱۰ می‌باشند. در بعضی از چرتها و سنگ‌های آهک، منافذه از نظر‌اند ازه، شامل مقدار بسیار زیادی منافذ ریز می‌شوند و در نتیجه تراوایی آنها کم است. ولی سنگدانه ها، تحت انبساط و ترک خوردگی همراه با حرکت کُند رطوبت و فشار هیدرواستاتیکی حاصله بوجود آمده‌اند .

تراوایی بتن

از نقطه نظر تئوریک، انتظار می‌رود که 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 می‌باید 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، این چنین اتفاق نمی افتد. دو مجموعه داده‌های شکل زیر، به روشنی نشان می‌دهند که اضافه نمودن سنگدانه به خمیر سیمان یا ملات، تراوایی را به میزان زیادی افزایش میدهد. در حقیقت، هر چه که‌اند ازه سنگدانه بزرگتر باشد، ضریب تراوایی نیز بیشتر می‌شود. به طور متعارف، ضرایب تراوایی بتن با مقاومت متوسط (با سنگدانه‌های ۳۸ میلیمتری و با ۳۵۶ کیلوگرم سیمان در متر مکعب و نسبت آب به سیمان ۰٫۵)، و بتن با مقاومت کمی که در سدسازی مصرف می‌شود (با سنگدانه‌های به‌اند ازه ۷۵ تا ۱۵۰ میلیمترو با ۱۴۸ کیلوگرم سیمان در متر مکعب و نسبت آب به سیمان ۰٫۷۵) به ترتیب در حدود  و  می باشند.

تأثیر نسبت آب به سیمان و بزرگترین‌اند ازه سنگدانه بر روی تراوایی بتن؛ در منحنی (Kq) میزان نسبی جریان آب در داخل بتن بر حسب فوت مکعب در سال در یک فوت مربع برای گرادیان هیدرولیکی واحد می‌باشد
تأثیر نسبت آب به سیمان و بزرگترین‌اند ازه سنگدانه بر روی تراوایی بتن؛ در منحنی (Kq) میزان نسبی جریان آب در داخل بتن بر حسب فوت مکعب در سال در یک فوت مربع برای گرادیان هیدرولیکی واحد می‌باشد

تراوایی بتن در مقابل آب، اساسا بستگی به نسبت آب به سیمان (که‌اند ازه، حجم و پیوستگی منافذ مویین را تعیین میکند) و بزرگترین اندازه سنگدانه (که بر روی ریز ترکهای ناحیه انتقال بین درشت دانه و خمیر سیمان تأثیر می‌گذارد) 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 قبلا ذکر شد‌اند ازه سنگدانه و دانه بندی آن بر روی مشخصات آب‌اند اختگی مخلوط بتن تأثیر می‌گذارند که این نیز به نوبه خود روی مقاومت ناحیه انتقال تاثیر می‌گذارد. در طی دوره‌های هیدراتاسیون اولیه، به دلیل تفاوت بین کرنشهای خمیر سیمان و سنگدانه، ناحیه انتقال ضعیف بوده و در برابر ترک خوردگی آسیب پذیر می‌باشد.

کرنشهای فوق الذکر، عموما ناشی از جمع شدگی ناشی از خشک شدن، جمع شدگی حرارتی و بار اعمال شده خارجی می‌باشند. ترکهای ناحیه انتقال آنقدر کوچکند که با چشم غیرمسلح آنها را نمی توان دید اما عرضشان بزرگتر از عرض حفره‌های مویینه موجود در ماتریس خمیر سیمان می‌باشد و بنابراین با افزایش ارتباطات داخلی سیستم، تراوایی آن را افزایش می‌دهند. به دلیل اهمیت تراوایی در فرایندهای فیزیکی و شیمیایی آسیب دیدگی بتن، که در ادامه توضیح داده خواهد شد، مرور خلاصه‌ای از عاملهای کنترل کننده تراوایی بتن، مفید به نظر می‌رسد.

از آنجا که مقاومت و تراوایی از طریق تخلخل مویینگی با هم رابطه دارند ، لذا عاملهایی که بر روی مقاومت بتن تأثیر می‌گذارند بر روی تراوایی هم تأثیر دارند. کاهش حجم منافذ مویینه بزرگ(مثلا بزرگتر از nm ۱۰۰) در ماتریس خمیر، تراوایی را کاهش خواهد داد. این امر از طریق استفاده از نسبت کم آب به سیمان، مقدار مناسب سیمان، و تراکم و شرایط عمل آوری درست، امکان پذیر خواهد بود.

به طریق مشابه، دقت کافی در‌اند ازه سنگدانه و دانه بندی، کرنشهای حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن و جمع شدگی حرارتی، و اجتناب از بارگذاری قبل از موعد و بارگذاری بیش از حد، از جمله گامهای ضروری برای کاهش ریز ترکهای ناحیه انتقال، که به نظر می‌آید که علت عمده تراوایی زیاد بتن در عمل باشند، هستند. در خاتمه، باید دانست که پیچ و خم مسیر جریان مایع، که در امر تراوایی تعیین کننده است، تحت تأثیر ضخامت قطعه بتنی نیز می‌باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

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

پیام در واتساپ
به کمک نیاز دارید؟
سلام
چطور میتونم کمکتون کنم؟