بتن ساز

در اين مقاله ابتدا به اهميت دوام و سير تدريجي بها دادن به مسئله دوام پرداخته شده است و ضمن اشاره به بررسي دوام از ديدگاه هاي مختلف، نياز به انجام آزمايش هاي دوام مطرح گرديده است.

 

در اين مقاله ابتدا به اهميت دوام و سير تدريجي بها دادن به مسئله دوام پرداخته شده است و ضمن اشاره به بررسي دوام از ديدگاه هاي مختلف، نياز به انجام آزمايش هاي دوام مطرح گرديده است. همچنين سعي شده است اين آزمايش ها از جهت بررسي مستقيم يا غيرمستقيم دوام بتن طبقه بندي  گردد و مشكلات آزمايش هاي دوام و ارتباط آن با واقعيت طرح شود. در بخش ديگر به برخي آزمايش هاي رايج و معروف موجود پرداخته شده است.

مقدمه

دوام يا پايايي بتون متناظر با سن يا عمر خدمت رساني آن در شرايط محيطي مشخص به شمار مي آيد. بديهي است با تغيير شرايط محيطي حاكم بر بتن، مفهوم دوام بتن تغيير مي كند.

طبق تعريف ACI 201، دوام بتن حاوي سيمان پرتلند به توانايي آن براي مقابله با عوامل هوازدگي، تهاجم شيميايي، سايش بتن و يا هر فرآيندي كه به آسيب ديدگي مي انجامد، گفته مي شود. بنابراين، بتن پايا بتني است كه تا حدود زيادي شكل اوليه و كيفيت و قابليت خدمت رساني خود را در شرايط محيطي حاكم حفظ نمايد [1].

اكنون لزوم منظور نمودن مشخصات دوامي مصالح مصرفي در سازه ها همانند مشخصات مكانيكي پذيرفته شده است كه همراه آن هزينه نيز منظور مي گردد.

افزايش فزاينده هزينه هاي تعمير و بازسازي سازه هاي آسيب ديده ناشي از تخريب مصالح مصرفي، بخش قابل توجهي از هزينه ساخت سازه ها را به خود اختصاص مي دهد [2].

برآورد مي گردد در كشورهاي پيشرفته صنعتي بيش از 40 درصد كل منابع پولي صنعت ساختمان در بخش تعمير و نگهداري سازه هاي موجود، و كمتر از 60 درصد آن براي ايجاد سازه هاي جديد خرج مي گردد [2].

اين موارد ما را بر آن مي دارد كه موضوع دوام مصالح مصرفي بويژه بتن را جدي بگيريم. علاوه بر هزينه،  موضوع حفظ محيط زيست و آلودگي هوا و خاك و آب كره زمين و حفظ منابع خدادادي طبيعي اين كره خاكي، ما را مجبور به با دوام تر ساختن بتن مي نمايد.

سازه هايي همچون رويه هاي بتني راه، فرودگاه و پاركينگ ها، بتن هاي سيلوهاي غلات و سيمان و ساير مصالح معدني، پلهاي راه و راه آهن، باراندازها و اسكله هاي بتني و پلهاي ارتباطي آن، مخازن آب يا نفت و گاز مايع و غيره، جداول بتني و قطعات نيوجرسي، قطعات پيش ساخته اي همانند تراورس و لوله هاي بتني آب و فاضلاب، سازه هاي بتني فراساحلي، سدهاي بتني و سرريزها، پوشش بتني پيش  ساخته و درجا براي تونل هاي راه و راه آهن و انتقال آب، سازه هاي بتني تصفيه خانه هاي آب و فاضلاب، سازه هاي بتني راكتورهاي اتمي و تاسيسات وابسته به آن، كانالهاي انتقال آب و آبروهاي بتني، دودكش ها و برج هاي مخابراتي بتني، ساختمانها و بناهاي مسكوني، تجاري، اداري و آموزشي، فرهنگي و ورزشي، نيروگاه هاي آبي، گازي و حرارتي، برجهاي خنك كن باز و بسته نيروگاه هاي حرارتي، سازه هاي مرتبط با صنايع مختلف مانند سيمان، نفت و گاز، فولاد، شيشه و صنايع مختلف كشاورزي و غذايي، ساخت قطعات پيش ساخته غيرمسلح يا مسلح براي حفاظت از موج شكن ها و تاسيسات بندري و غيره از جمله مواردي است كه مصرف بتن با دوام و قطعات بتني با عمر زياد را مي طلبد.

هرچند از ديرباز مسئله دوام مصالح ساختماني اهميت داشته است اما بعد از جنگ جهاني دوم و بويژه از دهه 70ميلادي به موضوع دوام بتن بيش از پيش پرداخته شده است و مرتبا بر اهميت آن افزوده مي شود.

گستره دوام بتن به مراتب وسيع تر از موضوع مقاومت آن مي باشد. تعيين مقاومت بتن به ويژه مقاومت فشاري آن امري است كه طي ساليان گذشته به مدت بيش از 1000سال به انجام رسيده است و به نظر مي رسد حاوي نكات پيچيده اي نباشد، هرچند داراي جزئيات خاصي است و به هرحال در سن خاصي در كوتاه ترين زمان ممكن اندازه گيري مي شود. اما در مورد دوام پيچيدگي بيشتري بدليل ساز و كارهاي متفاوت و آزمايش هاي گوناگون وجود دارد [3].

طبقه بندي ساز و كار دوام و آزمايش هاي آن

دوام بتن دوام بتن ابعاد مختلفي دارد [2]:

- پايايي در برابر عوامل فيزيكي (آتش، يخبندان و آب شدگي پي در پي، تبلور نمك ها)

- پايايي در برابر تهاجم شيميايي (سولفات ها، كربناسيون، تاثير واكنش قليايي ها با سنگدانه ها بر بتن)

- پايايي در برابر عوامل مكانيكي (سايش، خلازايي)

- تخريب در اثر خوردگي ميلگرد

پي بردن به دوام بتن در شرايط مختلف نياز به قرار گرفتن در اين شرايط و طي شدن زمان قابل توجه دارد  و معمولا امكان انجام تحقيق در شرايط واقعي وجود ندارد و يا از حوصله دست اندركاران خارج است. براي اينكه مشخص شود يك بتن در چنين شرايطي بطور مناسب و مطلوب عمل مي كند نياز به آزمايش هايي  كوتاه مدت دارد كه در اين آزمايش ها عوامل تهاجمي يا اعمالي تشديد مي شود (تسريع شده) و يا آزمايش بصورت تسريع نشده و در شرايط معمولي انجام مي گردد كه در اين حالت دوم معيار مقايسه تغيير مي كند.

گاه برخي آزمايش هاي كوتاه مدت مرتبط با دوام و در معرض عاملي غير از عامل موردنظر مورد استفاده قرار مي گيرد و با توجه به تجربيات موجود در پروژه هاي واقعي و در كارهاي تحقيقاتي آزمايشگاهي معيارهايي ارائه مي شود.

نمونه اي از آزمايش هاي كوتاه مدت تسريع شده در برابر عامل تشديد شده موردنظر، سايش يا آزمايش ASTM C1293 مي-باشد.

نمونه اي از آزمايش تسريع نشده كوتاه مدت در شرايط تشديد نشده را مي توان آزمايش يخبندان و آب شدگي دانست.

از ميان آزمايش هاي كوتاه مدت مرتبط با دوام كه در معرض عامل اصلي موردنظر قرار نگرفته است مي توان آزمايش جذب آب يا جذب آب مويينه را نام برد. شايد بتوان آزمايش هاي جمع شدگي را نيز مرتبط با دوام دانست. آزمايش هاي تراوايي (نفوذپذيري) نيز مرتبط با دوام به حساب مي آيد.

ارزيابي كيفيت بتن از نظر دوام و معيارهاي آن

ارزيابي دوام از طريق انجام آزمايش هايي بر روي بتن سخت شده در سنين كم و گاه در سن موجود  صورت مي گيرد. براي اين كار نياز به معيارها و ملاك هايي مي باشد. در زير به برخي از آزمايش هاي ارزيابي بتن و معيارهاي آن اشاره مي شود.

آزمايش هاي يخ زدن و آب شدن

اين آزمايش ها به دو صورت در استانداردها وجود دارد:

- يخبندان و آب شدگي پي در پي در حالت اشباع در آب يا هوا و كنترل كاهش وزن، كاهش مقاومت، افزايش حجم و كاهش مدول ارتجاعي ديناميكي مانند ASTM C666 [4]

- يخبندان و آب شدگي پي در پي در مجاورت آب نمك يا نمك هاي يخ زدا و كنترل پوسته شدن سطح بتن و كاهش وزن آن مانند ASTM C1262 [5]، ASTM C672 [6] و EN 1340 [7]

به هرحال اين آزمايش ها عمدتا در سنين كم 28 تا 90 روزه بر روي بتن ها در آزمايشگاه انجام مي شود و مدت زمان زيادي بطول مي انجامد.

امروزه در آزمايش هاي يخبندان در حالت اشباع مانند ASTM C666 از پارامتر كاهش مدول ارتجاعي ديناميكي استفاده مي شود. پس از تعداد معيني سيكل يخبندان، درصد مدول ارتجاعي ديناميكي اوليه بدست مي آيد. حداقل درصد قابل قبول مدول ارتجاعي ديناميكي اوليه، يك ملاك يا ضابطه تلقي مي شود. مثلا بتني با دوام تلقي مي گردد كه پس از 300 سيكل يخبندان و آب شدگي مكرر، حداقل 60 و يا 80 درصد مدول ارتجاعي ديناميكي را دارا باشد [4].

در مواردي تعداد سيكل هاي يخبنداني را كه مدول ارتجاعي ديناميكي را به 60 درصد مقدار اوليه مي رساند مشخص مي گردد. بديهي است در اين حالت بايد حداقل تعداد سيكل هاي يخبندان مورد نظر به عنوان يك معيار اعلام گردد [4].

در آزمايش هاي يخبندان و آب شدگي پي در پي در معرض مواد يخ زدا معمولا درصد وزن بتن پوسته شده  پس از تعداد معيني سيكل يخبندان بدست مي آيد. با محدود كردن ميزان مواد پوسته شده، معياري ارائه مي گردد. به عنوان مثال در ASTM C1372 [8] پس از 100سيكل خاص يخبندان در آزمايش ASTM C1262 [5] نبايد از 1درصد وزن اوليه بيشتر شود.

هرچند در اين آزمايش نيز مي توان تعداد سيكل يخبندان براي دستيابي به درصد خاصي از پوسته شدن را به عنوان يك معيار برگزيد، اما اين امر سابقه چنداني ندارد.

براي مثال در EN1340 براي جداول بتني پيش ساخته مقدار مواد پوسته شده نبايد از kg/m3 1 پس از 28 سيكل خاص يخبندان در حالي كه محلول نمك طعام 33 درصد بر روي آن ريخته شده است، بيشتر باشد [7].

در ASTM C672 معمولا پس از 50 سيكل يخبندان خاص در معرض مواد يخ زدا (محلول كلريد كلسيم 4 درصد) كه روي قطعه ريخته مي¬شود و درجه تخريب سطح پس از 5، 10، 15، 25 و 50 سيكل گزارش مي شود كه معيار درجه تخريب ارائه مي شود [6].

به هر حال بايد دانست كه در همه انواع آزمايش يخبندان و آب شدگي مكرر در برابر آب يا نمك هاي يخ زدا، شرايط آزمايش با واقعيت موجود تطابق ندارد اما به ناچار از اين آزمايش ها و معيارهاي ارزيابي آن استفاده مي شود.

در ASTM C1262 كه براي قطعات پيش ساخته بتني و برخي قطعات بنايي بكار مي رود و آب يا آب نمك 33درصد (بسته به نياز) در مجاورت قسمت تحتاني قطعه ريخته مي شود و معمولا سيكل هاي خاص يخبندان اعمال مي گردد و درصد كاهش وزن بدست مي آيد. با توجه به معيار خاص كاهش وزن در برابر تعداد خاصي سيكل يخبندان كيفيت دوامي قطعه كنترل مي شود [5].

آزمايش تبلور نمك ها

براي بررسي تاثير تبلور نمك ها بر دوام بتن، آزمايش خاصي پيش بيني نشده است، هرچند عامل مهمي در مناطق نيمه خشك و خشك در تخريب سطح بتن ها محسوب مي شود بويژه اگر املاح قابل توجهي در بتن و يا آب و خاك وجود داشته باشد [2].

يك ماده پايه سيماني است كه در مجاورت رطوبت يا هنگام ميكس شدن با آب PH بالايي خواهد داشت و براي پوست مشكل زا است. از تماس حتي گردوغبار آن با پوست و چشم و استنشاق گردو غبار آن جلوگيري كنيد از دستكش استفاده فرماييد اگر با پوست تماس پيدا كردبا آب فراوان بشوييد.اگر با چشم تماس پيدا كرد فوراًبا مقدار زياد آب شستشو دهيد و به پزشك مراجعه كنيد. براي اطلاعات بيشتر به برگه MSDS مراجعه نماييد.