آسیب شناسی بتن و راه های حفاظت از آن
بتن چیست ؟
بتن کامپوزیتی از چندین مواد معدنیست که در کنار یکدیگر کریستالیزه شده اند و ترکیبی سخت را پدید آورده اند. ماده اصلی موجود در بتن که موجب کریستالیزه شدن مواد و نگه داشتن آنها در کنار یکدیگر می شود، سیمان نام دارد. سیمان که معروف ترین نوع آن سیمان پورتلند نامیده می شود، بسته به نوع آن دارای مقادیر متفاوتی از ترکیبات زیر می باشد:
کلسیم کربنات (CaCO3)
کلسیم سیلیکات (3CaO·Al2O3)
اکسید مگنزیوم (MgO)
تری کلسیم آلومینات (3CaO·Al2O3)
برون میلیریت (4CaO·Al2O3·Fe2O3)
به دلیل وجود درصد بالایی از فلز های قلیایی درون سیمان، این ماده بسیار واکنش پذیر بوده و دارای PH بالای 9 می باشد. ماده اصلی شبکه کننده در بتن، کلسیم سیلیکات هیدرات یا CHS نام دارد که سایر اجزا را در کنار خود نگه می دارد.
عوامل آسیب رسان به بتن :
اکثر ترکیبات بتنی در مقیاس میکروسکوپی بسیار متخلخل بوده و همانند اسفنج می توانند آب را وارد روزنه های خود کنند. این تخلخل ها از نظر ابعادی دارای سایز های متغیری می باشند که بین 10 میکرومتر تا 0.1 نانومتر متغییر است. مولکول های آب دارای سایزی به مراتب کوچکتر بوده و به راحتی می توانند وارد این روزنه ها شوند. از این رو تمامی مواد محلول در آب مانند نمک ها یا اسید ها نیز می توانند همراه با آب وارد این تخلخل ها شده و با ترکیبات بتن واکنش دهند.
آب :
آب مهم ترین ترکیب آسیب رسان به بتن و مصالح معدنی است. این ترکیب مهم نه تنها خود به تنهایی می تواند موجب ایجاد آسیب در بتن شود بلکه علاوه بر آن با انتقال مواد محلول در آب ، راه را برای تخریب های بیشتر در بتن فراهم می سازد و به طور کلی عامل اصلی ایجاد ترک های ریز و درشت در بتن است. با شروع فصل سرد و افزایش بارندگی، آب به درون تخلخل های بتن نفوذ کرده و با سرد شدن هوا یخ میزند. آب یخ زده افزایش حجمی محسوسی دارد که در نتیجه آن موجب ایجاد ترک در بتن می گردد. همچنین میکرو ارگانیزم ها نیز با افزایش رطوبت بتن (بالای 50 درصد) شروع به رشد بر روی سطح بتن و حتی درون لایه های سطحی آن کرده و علاوه بر آسیب رساندن به ظاهر بتن، موجب تضعیف لایه های بیرونی و افزایش جذب آب به لایه های درونی بتن می گردند.
نمک ها :
نمک ها (ترکیبات یونی) همه جا وجود دارند. نمک ها می توانند به راحتی در آب حل شده و از طریق آن وارد بتن یا ترکیبات معدنی شوند. نمک ها عمدتا موجب آسیب فیزیکی به بتن نمی گردند بلکه موجب آسیب شیمیایی به آن می شوند. نمک هایی مانند سدیم سولفات (NaSO4) یا سدیم کربنات (NaCO3) با ورود به داخل بتن و سپس تبخیر آب، درون روزنه های بتن تشکیل کریستال داده و با افزایش حجم موجب ایجاد ترک های ریز در بتن می گردند که در نهایت باعث کاهش اسطحکام بتن و یا ترک خوردگی آن می شوند.
سولفات ها :
سولفات ها (SO4) به شکل نمک از طریق جذب آب از زمین یا به شکل اسید از طریق باران های اسیدی وارد بتن می شوند. سولفات ها به هر دو شکل شیمیایی و فیزیکی می توانند موجب آسیب رساندن به بتن گردند.
از راه فیزیکی: سولفات ها می توانند با آلومینیوم اکسید هیدارته موجود در بتن واکنش داده و موجب تولید کریستال اترینگایت (Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O) می گردد. این ریز کریستال ها در بتن موجب ایجاد ترک های شدید شده که در نهایت باعث تخریب بتن می گردند.
از راه شیمیایی: سدیم سولفات ها می توانند با CSH وارد واکنش مستقیم شده و باعث تخریب عامل اصلی اسطحکام در بتن گردند.
اسیدها :
بتن به دلیل وجود مقادیر بالای ترکیبات کلسیم دار ذاتا قلیایی است. بنابراین اسیدها به راحتی می توانند به ترکیبات کلسیم دار (Cao2, CaOH2) حمله کرده و به راحتی اجزای اصلی بتن را در خود حل کنند. باران های اسیدی که شامل کربنیک اسید و سولفوریک اسید رقیق شده می باشند با PH حدود 4.5 می توانند لایه های سطحی بتن را برداشته و اسطحکام بتن را به شکل قابل ملاحظه ای کاهش دهند.
کلر و مکانیزم خوردگی بتن های مسلح :
آهن و فولاد در مجاورت مقدار مشخصی از اکسیژن و آب دچار واکنش اکسایش شده و آسیب می بیند. آهن آسیب دیده نه تنها خود تضعیف شده بلکه با افزایش حجم موجب ترک برداشتن بتن نیز می گردد. مکانیزم زنگ آهن به دلیل ایجاد یک لایه از اکسید آهن (Fe2O3) در حالتی که بتن خشک بوده و یا رطوبت آن زیر 60 درصد باشد بسیار کند است یا اتفاق نمی افتد، زیرا الکترون تولید شده توسط عامل آندی (Fe) توسط عامل کاتدی (یون OH) مصرف شده و مجددا به تولید آب منجر می گردد. اما در صورت افزایش رطوبت، یون هیدروکسید کافی برای تولید اکسید آهن تولید می گردد که همچنان با وجود لایه اکسید آهن این واکنش کند خواهد بود.
تاثیر یون کلر : یون کلراید محلول در آب می تواند با لایه اکسید آهن واکنش داده و آن را از میان بردارد. همچنین یون کلر به دلیل خاصیت الکترونگاتیوی خود نقش کاتالیزور را در فرآیند اکسید آهن بازی کرده و موجب تسریع واکنش اکسایش خواهد شد. از این رو بتن های مسلحی که در محل آب دریاها قرار دارند در صورت محافظت نشدن به سرعت از بین خواهند رفت
محافظت بتن و مصالح معدنی :
راه های مرسوم محافظت از بتن استفاده از رزین های اکریلیک یا اپوکسی با دانسیته بالا می باشد اما امروزه این رزین ها به دو دلیل برای این منظور استفاده نمی شوند و یا تنها به عنوان ترکیبی کمکی استفاده می گردند. این رزین ها به دلیل عدم پیوند شیمیایی با بتن و در عین حال باقی ماندن بر روی سطح آن نمی توانند به طور موثر و دائمی از مصالح محافظ کنند.
پوشش های نفوذ گر سیلوکسانی (impregnating agents)
راه حلی موثر و همیشگی برای محافظت از بتن و مصالح ساختمانی :
بر خلاف رزین های رایج، آبگریز کننده های PAYASIL از اولیگوسیلوکسان های عامل دار شده بسیار کوچکی تشکیل شده است که می توانند به راحتی به داخل تخلخل های مصالح معدنی نفوذ کرده و سپس بر روی سطح بتن پلیمریزه شده و علاوه بر اینکه تشکیل زنجیرهای پلیمری در داخل بتن می دهند، با سطح بتن نیز پیوند شیمیایی دائمی برقرار کرده و بدین صورت بدون ایجاد هیچگونه تغییری در ظاهر و تنفس پذیری بتن، تخلخل های آن را آبگریز کرده و از نفوذ آب به داخل آنها جلوگیری به عمل آورند. از این رو با جلوگیری از نفوذ آب نه تننها مصالح معدنی و بتن از عوامل آسیب رسان محافظت می شوند بلکه علاوه بر آن ظاهر بتن نیز در طول زمان دستخوش تغییر نمی گردد.
در تصویر زیر بتن های سمت چپ که بدون پوشش بوده و بتن سمت راست که پوشش داده شده در طول یک هفته تحت رطوبت شدید تست گردیده اند. همانطور که مشاهده می کنید، بتن های سمت چپ کاملا سفیدک زده (پدیده Efflorescence) ولی در نمونه پوشش داده شده هیچگونه تغییری مشاهده نمی گردد
