بررسی کیفیت بتن با دوام در برابر خوردگی میلگردها
برای مشخص کردن بتن با دوام در برابر خوردگی میلگردها روشهای مختلفی ارائه شده است که هر آزمایش و روش پیشنهادی به پارامتر معینی توجه دارد . آزمایشهای بسیار ساده تا بسیار مشکل و پر هزینه در این مجموعه قرار دارد و معمولا" آزمایشهای دقیق تر و معتبر تر پر هزینه و زمان بر
می باشند . دست اندرکاران همواره بدنبال آزمایشهای ساده ، کم هزینه و سریع هستند هر چند از دقت کمتری ممکنست بر خوردار باشند .
معمولا" آزمایشهایی معتبر تلقی می گردند که مستقیما" به مسئله خوردگی میلگردها می پردازند . آزمایشهای غیر مستقیم همواره غیر معتبرتر تلقی میشوند ولی کاربرد آنها در دنیا رواج زیادی دارد .
آزمایشهای زیر از جمله این موارد است و در هر بررسی باید مشخص کرد که از کدام آزمایش زیر بهره گرفته ایم .
آزمایش جذب آب حجمی اولیه ( کوتاه مدت ) و نهائی ( دراز مدت ) بتن BS1881 و ASTM C 642
آزمایش جذب آب سطحی ( ISAT ) بتن BS 1881
آزمایش جذب آب موئینه بتن RILEM
آزمایش مقاومت الکتریکی بتن
آزمایش نیم پیل ( پتانسیل خوردگی ) ASTM C 876
آزمایش پتانسیل و شدت خوردگی ) G 109 ) بروش گالوانیک
آزمایش شدت خوردگی بروش گالواپالس
آزمایش درجه نفوذ یون کلر بتن AASHTOT259
آزمایش تعین عمق نفوذ یون کلر در بتن
10 - آزمایش تعین پروفیل یون کلر و ضریب نفوذ آن
C114 و C1218 و ASTM C1152
11 - آزمایش شاخص الکتریکی توانائی بتن برای مقابله با نفوذ یون کلر
ASTM 1202
هرچند عنوان برخی استانداردها و یا شماره آن در بالا ذکر شده است اما این آزمایشها ممکن است با تغییرات اندک و یا زیاد در استانداردهای دیگر نیز انجام شود که نتیجه آن الزاما" مشابه به استانداردهای دیگر نیست و از مفهوم واحد برخوردار نمی باشند .
آزمایش جذب آب حجمی اولیه کوتاه مدت و دراز مدت :
انواع آزمایش جذب آب حجمی وجود دارد . شکل و ابعاد نمونه ، طرز خشک کردن ( دما و مدت ) ، نحوه قرارگیری در آب ، دمای آب ( معمولی و جوشان ) ، مدت قرار گرفتن در آب و نحوه گزارش نتیجه از موارد اختلاف استانداردهای مختلف می باشد . بسیاری از استانداردها برای کنترل کیفیت قطعات بتنی پیش ساخته از این آزمایش استفاده می نمایند . مکعبی 10 ×10 و استوانه ای کوچک به قطر 5/7 تا 10 سانتی متر از اشکال و ابعاد رایج است . دمای خشک کردن نمونه ها از 40 تا 110 درجه متغیر می باشد. مدت خشک کردن از 24 ساعت ( دمای 110 ) تـــــــا 14 روز
( دمای 40 تا 50 ) پیش بینی شده است . در برخی استانداردها نحوه خاصی برای قرارگیری در آب و ارتفاع آب روی نمونه در نظر گرفته اند . دمای آب از 20 تا جوشانیدن آب منظور می شود . مدت قرار گیری در آب قرائت های مربوط به 10 دقیقه ، 30 و 60 دقیقه تا بیش از ســـــه روز
می باشد . در اکثر استانداردها تعریف جذب آب حجمی نسبت وزن آب جذب شده به وزن نمونه خشک اولیه است . لازم به ذکر است اگر بخواهیم این ویژگی را در بتن های سبک با بتن معمولی مقایسه کنیم بهتر است نسبت حجم آب جذب شده به حجم نمونه را مد نظر قرار دهیم ، بهرحال مقایسه نتایج جذب آب حاصله از آزمایش طبق استانداردهای مختلف کاملا" گمراه کننده است . برخی کتب ، بتن ها را از نظر میزان جذب آب طبقه بندی می نمایند . بطور مثال گفته می شود جذب آب اولیه مربوط به 30 دقیقه طبق BS1881 بهتر است کمتر از 2 درصد باشد تا بتنی با دوام داشته باشیم . معمولا" گفته می شود جذب آب کوتاه مدت برای کنترل دوام بتن معتبر تر است زیرا خصوصیات سطحی بتن را به نمایش می گذارد .
جذب آب سطحی :
این آزمایش عمدتا" در انگلیس کاربرد دارد و جذب یک جهته را در روی نمونه خاص در منطقه محدود اندازه گیری می نمایند . نوع خشک کردن اولیه بتن ، زمان و وسایل مربوطه در این استاندارد مشخص شده است . این آزمایش عملا" در ایران کاربرد کمی دارد.
جذب آب موئینه بتن :
بسیاری معتقدند مکانیسم جذب آب بتن در مناطق مرطوب ، جــــــذر و مد و پاشش آب یا شالوده های واقع در منطقه خشک و بالای سطح آب با مکانیسم جذب موئینه شباهت دارد . Rilem آزمایش جذب آب موئینه را بر روی نمونه های مکعبی 10 سانتی متری بصورت زیر توصیه میشود .
نمونه ها در دمای 40 تا 50 در آون خشک می شوند ، سپس چنان در بالای سطح آب
قرار می گیرد که 5 میلی متر آن داخل آب باشد . در زمانهای مختلف و ترجیحا" پس از 3 ، 6 و 24 و 72 ساعت وزن نمونه اندازه گیری و وزن آب جذب شده تعیین می شود . سپس وزن آب
( حجم آب ) بر سطح نمونه ( حدود Cm2100 ) تقسیم می گردد تا ارتفاع معادل آب جذب شده بدست آید . (i برحسب میلیمتر )
C ثابت جذب موئینه و s ضریب جذب موئینه است . این مقادیر از برازاندن خطی بر نقاط
بدست آمده در صفحه مختصات---- بدست می آید .
هر کدام از این پارامتر ها دارای مفهوم خاصی است ولی s اهمیت بیشتری دارد و آهنگ جذب را نشان می دهد و هر چه کمتر باشد بهتر است . در انتهای آزمایش گاه نمونه را شکسته و ارتفاع واقعی جذب آب را بطور متوسط بدست می آورند و برای این منظور در آب ماده رنگی
( مانند لاجورد ) می ریزند . ارتفاع زیاد موئینه نشانه خوبی برای بتن نیست . در واقع بتن هائی که خلل و فرج ریزی دارند ممکنست ارتفاع موئینه زیادی داشته باشند و این نکته مهمی است که معمولا" در مفهوم نفوذ پذیری در برابر آب ، خلل و فرج ریزتر مطلوب تر تلقی می شوند .
آزمایش مقاومت الکتریکی بتن :
خوردگی پدیده الکترو شیمیائی است . عملا" میلگرد بصورت آندو بتن کاتد می شود و یک جریان الکتریکی بین میلگرد و سطح بتن بوجود می آید . مسلما" دراین حالت تحرک یون ها را شاهد هستیم . هر چه این حرکت بیشتر و سهل تر انجام شود به مفهوم آنست که مقاومت در برابر تحرک یونی کمتر است و با هدایت الکتریکی بتن بیشتر می باشد . بنابراین باید گفت یکی از راههای ساده آزمایش دوام بتن ، تعیین مقاومت ویژه الکتریکی آن می باشد . مقاومت الکتریکی بتن نیز مانند مقاومت هر جسم مرکب دیگر تابع اجزاء آن و ارتباط اجزاء با یکدیگر است . مقاومت الکتریکی سنگدانه ها و خمیــــــر سیمان سخت شده و نسبت مقدار هر یک در بتن و همچنین کیفیت وجه مشترک ( ناحیه انتقالی ) و مصرف افزودنیهای پودری معدنی تأثیر زیادی در مقاومت الکتریکی بتن دارد . وجود رطوبت و اشباع مقاومت الکتریکی را کم می کند . وجود ترکهای ریز که با آب پر شود به شدت مقاومت الکتریکی را کاهش می دهد . حتی اگر بجای آب از محلول آب نمک یا آب دریا استفاده کنیم افت شدیدی در مقاومت الکتریکی مشاهده خواهیم نمود . بنابراین سعی می شود مقاومت الکتریکی بتن های اشباع با آب نمک یا آب دریا اندازه گیری شود . اندازه گیری مقاومت الکتریکی ساده است . کافی است دو صفحه برنجی یا مسی را کاملا" در تماس با سطح نمونه بتن قرار دهیم و با یک اهم متر مخصوص ، مقاومت الکتریکی را بدست آوریم . اما این مقاومت الکتریکی باید بدون توجه به اثر ابعاد گزارش شود یعنی باید مقاومت ویژه الکتریکی تعیین و اعلام گردد تا بتوان آنرا با سایر بتن ها مقایسه نمود . برای این منظور از رابطه زیر
استفاده می شود .
مقاومت ویژه الکتریکی بتن بر حسب اهم متر
R مقاومت الکتریکی قرائت شده از دستگاه
A سطح نمونه ( سطح تماس صفحه برنجی با بتن )
L فاصله بین دو صفحه تماس ( طول نمونه )
اعتقاد بر آن است که هرچه مقاومت ویژه الکتریکی بیشتر باشد بتن با دوام تر و مطلوب تری داریم.
مقاومت ویژه الکتریکی بتن اشباع نوع بتن از نظر دوام در برابر خوردگی
بیشتر از 200 عالی
200 -120 خوب
120- 50 متوسط
کمتر از 50 ضعیف
برای اتصال مناسب صفحه برنجی با بتن معمولا" لایه نازکی از خمیــر سیمان نسبتا" شل را بکار می برند و صفحه را با فشار به خمیر سیمان و سطح بتن چسبانیده و اندازه گیری را به انجام
می رسانند .
میتوان گفت هیچ آزمایشی به سادگی و اعتبار این آزمایش برای تعیین کیفیت بتن بویژه از نظر تحرک یون کلر و OH در داخل بتن نمی باشد . اما جالب است بدانیم این آزمایش هنوز دارای دستورالعمل استانداردی نیست . هم چنین اختلاف نظر علماء بتن برای اندازه گیری R
( مقاومت اهمی ) و Z ( مقاومت ظاهری با در نظر گرفتن اثر القائی و خازنی ) بحث برانگیز است . برخی اعتقاد دارند کافی است R را بسادگی اندازه گیری کنیم و برخی معتقدند که در بتن اثر خازنی وجود دارد و باید وسایلی را بکار برد که بتواند Z را مشخص نماید ( بویژه در بتن های میکروسیلیس دار ) ، برخی نیز معتقدند که تفاوت چندانی بین Z و R عملا" وجود ندارد .
امید است در آینده بتوان برای کنترل دوام بتن از این آزمایش سریع و کم هزینه استفاده نمود و باید دانست الزاما" مقاومت فشاری بیشتر به معنای مقاومت ویژه الکتریکی نمی باشد .
بتن های حاوی میکروسیلیس بسته به میزان میکروسیلیس ، مقاومت الکتریکی 3 تا 10 برابر مقاومت الکتریکی بتن مشابه ولی بدون میکروسیلیس را دارا است در حالیکه مقاومت فشاری بتن ممکنست فقط 5 تا 15 درصد افزایش یابد . البته باید گفت اندازه گیری مقاومت ویژه الکتریکی بتن سخت شده داخل قطعه کار دشواری است .
اگر میلگرد و بتن را مانند یک مدار برقی در نظر بگیریم اختلاف پتانسیل ، مقاومت و شدت جریان در آن وجود دارد . بدیهی است هر چه مقاومت الکتریکی بیشتر شود شدت جریان کمتر می گردد و شدت خوردگی نیز کم می شود . ضمن اینکه مقاومت الکتریکی بیشتر ، آغاز خوردگی را به تأخیر می اندازد .
برخی اعتقاد دارند باید مقاومت الکتریکی بتن سطحی ( پوشش روی میلگرد ) را اندازه گیری کرد که منطقی بنظر می رسد .
آزمایش نیم پیل ( Half Cell ) :
همانگونه که گفته شد واقعا" یک جریان الکتریکی در بتن مسلح وجود دارد . پس باید بتوان آن را اندازه گیری نمود . اگر یک سر سیم را به میلگرد وصل کنیم و سر دیگر سیم را به کمک یک الکترود به سطح بتن مرطوب بچسبانیم و در این فاصله ولت متری را قرار دهیم ، اختلاف پتانسیل را بر صفحه دستگاه مشاهده می نماییم که در حدود چند ده تا چند صد میلی ولت است.
بسته به نوع الکترود مصرفی ، ولتاژ قرائت شده متفاوت خواهد بود و قابل تبدیل به یکدیگر
می باشند ، آزمایش نیم پیل دارای دستور العمل استاندارد برای کارگاه می باشد اما دستور استاندارد آزمایشگاهی ندارد . در کارگاه ASTM الکترود مس ـ سولفات مس را توصیه کرده است و در آزمایشگاه معمولا" از الکترود کالومل اشباع استفاده میشود .
ASTM . C876 شروع فعالیت خوردگی را به صورت احتمالی و بشرح ذیل مشخص کرده است.
احتمال شروع فعالیت خوردگی اختلاف پتانسیل v با الکترود مس ـ سولفات مس (mv )
بیش از 90 درصد 350< v
حدود 50 درصد 200
کمتر از 10 درصد v < 200
در این آزمایش باید میلگردها بصورت متصل تداوم داشته باشند و قطع در آنها باعث اختلال در نتایج می گردد . باید دانست که این آزمایش فقط اختلاف پتانسیل موجود را به دست می دهد که پتانسیل خوردگی نام دارد و به هیچ وجه آهنگ خوردگی یا میزان خوردگی میلگرد را به نمایش نمی گذارد .
در آزمایشهای آزمایشگاهی معمولا" میلگردی را داخل یک استوانه بتنی قرار می دهند و بخش عمده ای از بتن را در داخل آب دریا یا آب نمک ( با غلظت های متفاوت ) می گذارند و یک سر سیم را به میلگرد خارج از آب و الکترود را داخل آب دریا یا آب نمک قرار می دهند و ولتــاژ را قرائت می کنند .
این آزمایش مستقیما" کیفیت بتن را بدست نمی دهد فقط می توان کیفیت بتن را در مقایسه با یکدیگر ارزیابی کرد ونشان داد کدام نمونه زودتر و کدام یک دیرتر فعالیت خوردگی را آغاز
می نمایند .
آزمایش نیم پیل و ارقام ذکر شده فقط برای میلگردهای بدون پوشش ( گالوانیزه ، اپوکسی و .. . . ) کاربرد و مفهوم دارند و برای میلگردهای پوشش دار و صنعت متفاوت خواهد بود.
آزمایش پتانسیل و شدت خوردگی گالوانیکی ( ASTM G109 ) :
هر چند دستور آزمایشگاهی فوق بصورت استاندارد برای تعیین تأثیر افزودنیها بر خوردگی میلگرد ارائه شده است اما این آزمایش را با تغییرات خالص می توان برای تعیین کیفیت دوام بتن نیز بخوبی بکار برد .
در یک منشور بتنی دو ردیف میلگرد در بالا و پائین قرار داده می شود که سر و ته آنها مارپیچ شده است و بین آنها یک مقاومت 100 اهمی قرار دارد . در بالای منشور یک حوضچه چسبانیده میشود و داخل آن با آب نمک ( غلظت 3 درصد و بیشتر ) می ریزیم . نفوذ آب نمک باعث
آند شدن میلگرد فوقانی و کاتد شدن میلگرد تحتانی می شود و خوردگی گالوانیکی رخ می دهد .
بین دو میلگرد میتوان اختلاف پتانسیل و مقاومت الکتریکی را بدست آورد ( با وجود مقاومت
100 اهمی یا بدون آن ) همچنین می توان اختلاف پتانسیل و مقاومت الکتریکی بین حوضچه و میلگرد فوقانی ( بدون مقاومت 100 اهمی ) و مانند آن اختلاف پتانسیل و مقاومت الکتریکی بین
حوضچه و میلگرد تحتانی را تعیین نمود . برای این کار از الکترود کالومل اشباع در داخل حوضچــه استفاده می گردد . ضمن اینکه هر اندازه گیری حاوی مفهوم خاصی است اما دستور استاندارد ASTM G109 فقط در هر زمان شدت جریان عبوری بین میلگردها را با توجه به وجود مقاومت 100 اهمی بر حسب . A m بدست می آورد ( از تقسیم اختلاف پتانسیل به مقاومت ) و سپس مقدار کل جریان را بر حسب کولن با عنایت به رابطه زیر بدست می آید . از تقسیم شدت جریان به سطح جانبی میلگرد نیز شدت خوردگی بر حسب ---حاصل می شود . بالا بودن شدت خوردگی و همچنین کل جریان می تواند نشان دهنده کیفیت پائین بتن باشد .
آزمایش ---در اصل از یک بتن فاقد ریز دانه بهره می گیرد که بسیار نفوذ پذیر است
( مانند آبکش سوراخ می باشد ) و لذا اطراف نمونه با اپوکسی اندود میگردد . در حالیکه در آزمایش تغییر یافته ، بتن مورد نظر طبق طرح اختلاط پروژه ساخته میشود و میتوان از اپوکسی برای
اندود کردن سطوح جانبی بهره گرفت و یا بدون اپوکسی آزمایش را به انجام رساند.
بهرحال این آزمایش قابلیت های زیادی را برای به نمایش گذاردن کیفیت بتن در امر خوردگی دارد و تفسیر نتایج آن هم جالب و مشکل می باشد .
آزمایش پتانسیل و شدت خوردگی به روش گالواپالسن :
در این آزمایش نیز نمونه هائی شبیه به آزمایش نیم پیل تهیه میشود و یا میتوان در محل کارگاه بر روی قطعات موجود این آزمایش را انجام داد . ضمن تعیین اختلاف پتانسیل خوردگی ،
افزایش های جزئی در پتانسیل ایجاد شده و شدت جریان مربوطه اندازه گیری میشود . در این آزمایش مقاومت الکتریکی نیز بدست می آید و با توجه به روابط موجود شدت خوردگی
( آهنگ خوردگی ) میلگردها تعیین می گردد . این آزمایش بسیار مهم و معتبر می باشد اما انجام آن مشکل و نتیجه گیری از آن نیاز به تبحر و تخصص دارد .
آزمایش تعیین عمق نفوذ یون کلر :
در این آزمایش نمونه هائی که در معرض یون کلر بوده اند ( آزمایشگاهی یا کارگاهی ) را بریده و مقطع را در معرض پاشش محلول نیترات نقره قرار میدهند . پس از مدتی محل حاوی یون کلر سفید شیـــری شده و با گذشت زمان سیاه میشود و میتوان عمق نفوذ یون کلر را با دقت کمتر از 2/0 میلی متر اندازه گیری نمود . مسلما" در این آزمایش باید نمونه های اولیه تقریبا" فاقد یون کلر باشند و یا میزان آن از آستانه حساسیت عملکرد محلول نیترات نقره کمتر باشد یا بتوان نفوذ یون کلر را مشاهده نمود .
در این آزمایش مقادیر یون کلر در بتن بدست نمی آید . پروفیل یون کلر و ضریب نفوذ آن نیز قابل تعیین نیست .
آزمایش تعیین پروفیل یون کلر و تعیین ضریب نفوذ :
این آزمایش یکی از مهمترین و مشکل ترین آزمایشهای موجود است که به تعیین پروفیل یون کلر و ضریب نفوذ آن می انجامد . وقتی نمونه ای در آزمایشگاه یا محل و همچنین قطعه بتنی در محل در معرض یون کلر بویژه در مدت طولانی قرار گیرد میتوان این آزمایش را با دقت خوب انجام داد .
برای این منظور در زمان معین و مورد نظر ، پودر نمونه بتنی که مربوط به عمق معینی است تهیه شده و مقدار یون کلر موجود در بتن طبق ASTM C114 تعیین میشود . برای تهیه پودر بتن و آماده سازی آن از دستور ASTM C1152 ( یون کلرمحلول در اسید ) و یا ASTM C1218
( یون کلر محلول در آب ) استفاده میشود . در این آزمایش از روش پتانسیو متری برای تیتر کردن با محلول نیترات نقره استفاده میشود . این روش بسیار دقیق است و تا کنون روش دیگری با این دقت ابداع نشده است .
معمولا" نتیجه این آزمایش بصورت درصد یون کلر در بتن و یا درصد یون کلر بتن نسبت به وزن سیمان گزارش میگردد . محدودیت یون کلر در بتن اولیه و یا گزارش یون کلر بتن قدیمی ، بصورت درصد نسبت به وزن سیمان بیان میشود و باید مشخص گردد طبق کدام روش (محلول در اسید یا محلول در آب ) انجام شده است .
براساس نتیجه حاصله ، پروفیل یون کلر رسم میگردد . محور افقی عمق نمونه ( متوسط ) و محور قائم درصد یون کلر است .
با توجه به نتایج حاصله و میزان یون کلر اولیه در بتن طبق قانون دوم Fick ، میتوان ضریب نفوذپذیری ( انتشار ) بتن در برابر یون کلر را بدست آورد ( Diffusivity Coeficient ) . این ضریب با دیمانسیون L2/T بیان میشود . حل معادلات مربوط به قانون دوم فیک با تقریب ها و روش های خاص انجام میشود که نتایج متفاوتی را بدست میدهد . افزایش ضریب انتشار نشانه نفوذپذیری بیشتری بتن در برابر یون کلر است .
آزمایش درجه نفوذ (مقاومت) بتن در برابر یون کلر :
طبق AASHTO T259 که یکـــــی از قدیمی ترین روشهای آزمایش مربوط به نفوذ یون کلر می باشد صرفا" مقاومت و درجه نفوذ در برابر یون کلر بدست می آید و نمیتواند معیار کمی برای عمر مفید بهره برداری از قطعه را ارائه دهد . نمونه های بتن چهار دال به ابعاد 305 × 305
میلی متر و ضخامت 76 میلی متر است در این روش بالای نمونه های بتنی پس از 28 روز
( یا هر سن مورد نظر ) در حدود 3 میلی متر سائیده شده و یک حوضچه کوچک روی آن
قرار می گیرد . نمونه ها 14 روز در محیط مرطوب نگهداری و 14 روز خشک شده است و سن 28 روزه دارند . در حوضچه محلول نمک طعام 3 درصد ریخته و 90 روز در ان می ماند . پس از
90 روز ، دال ها خشک شده و نمک روی آن پاک میشود . از دالها سه نمونه بایستی از عمقهای 6/1 تا 13 میلی متر و 13 تا 25 میلی متر تهیه شود و طبق AASHTO T260 مقدار یون کلر آن بدست آید .
مقدار متوسط یون کلر در هر عمق مورد نظر باید تعیین شود . ( قبل از نفوذ یون کلر و پس از آن ) اختلاف این دو باید محاسبه شود . مقدار متوسط یون کلر جذب شده و حداکثر ان باید
گزارش گردد .
آزمایش شاخص الکتریکی قابلیت مقابله بتن در برابر نفوذ یون کلر :
در آزمایش ASTM C1202 مقدار جریان الکتریکی عبوری از استوانه ها با مغزه های بتنی به قطر 102 میلی متر و ضخامت 51 میلی متر در مدت 6 ساعت با اختلاف پتانسیل ثابت 60 ولت
( جریان مستقیم ) بدست می آید . یک نمونه در محلول نمک طعام و دیگری در سود روز آمد
قرار دارد . مقدار کل جریان برحسب کولمب نمایانگر مقاومت بتن در برابر نفوذ یون کلر است و بصورت زیر طبقه بندی میشود .
نفوذ پذیری بتن در برابر یون کلر جریان عبوری ( کولمب )
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
زیاد بیش تر از 4000
متوسط 4000-2000
کم 2000-1000
خیلی کم 1000-100
ناچیز کمتر از 100
همانگونه که دیده میشود آزمایشهای متعددی برای کنترل دوام بتن بویژه در برابر یون کلر ابداع شده است که بخشی از آنها که در ایران رایج تر می باشد از نظر گذشت . آزمایشهای دیگری نیز در کشورهای مختلف دنیا مانند ژاپن و کشورهای اسکاندیناوی وجود دارد و هنوز این آزمایشها در مراحل گسترش و توسعه هستند . از جمله مشکلات کار این است که هنوز ارتباط دقیقی بین نتایج آزمایشها و بحث خوردگی بدست نیامده است تا بتوان عمر قطعه را تعیین کرد . ضریب نفوذ
یون کلر و یا آزمایشهای شدت خوردگی از همه آزمایشها کاربردی تر هستند و میتوان بر اساس آنها عمر را تخمین زد .
با این حال خوردگی نیاز به سه عنصر یون کلر ، رطوبت و اکسیژن دارد و وجود هر کدام به تنهائی نمیتواند خوردگی در میلگرد بتن بوجود آورد . برخی معتقدند قلیائیت بتن نیز در شروع خوردگی مؤثر است که منطقی بنظر میرسد بنابراین با نتایجی که از این آزمایشها بدست می آید نمیتوان دقیقا" دوام را تخمین زد .
توصیه میشود تا پیشرفت علمی بیشتر در این زمینه از ضوابط آئین نامه ای استفاده گردد . سعی شده است نرم افزارهائی برای تخمین عمر سازه های بتن مسلح تهیه شود که در آنها اطلاعات جغرافیایی و محیطی وجود دارد و با دادن اطلاعاتی در مورد قطعه ، میلگرد و بتن موجود
( خصوصیات بتن شامل نوع سیمان ، نسبت آب به سیمان ، عیار سیمان و افزودنی ها ) بتوان عمر سازه را حدس زد . در ایران نیز اقداماتی برای تهیه این نرم افزار با توجه به شرایط محیطی موجود و اطلاعات دیگر محلی و داده های لازم در حال انجام است و سعی میشود نقایص نرم افزارهای قبلی اصلاح گردد .
تخریب بتن ، آماده سازی محل تعمیر و میلگردها ، مواد و روشهای تعمیر
مقدمه :
در تعمیر بتنی که در اثر خوردگی تخریب شده است باید اصول خاصی رعایت گردد تا مشکلات قبلی بزودی گریبانگیر قطعه نشود . برای این منظور باید به نظارت زیر توجه گردد :
کنترل وسعت خرابی با بررسیهای نظری کارگاهی و انجام آزمایشهای ساده
تعیین وسایل تخریب و روش کار
تعیین محدوده خرابی و شیار زنی برای مشخص کردن محدوده
هندسه تخریب
عمق تخریب
بررسی میلگردها و تصمیم گیری در مورد گسترش تخریب
زنگ زدائی و اصلاح میلگردها و تقویت و جایگزینی میلگردها
آماده سازی سطح بتن و میلگردها و اعمال پوشش های لازم ، اشباع کردن و . . .
مواد تعمیری و کاربرد آنها
روشهای تعمیر و بکار گیری آنها
کنترل وسعت خرابی ( بررسیهای نظری و آزمایشی ) :
با توجه به بازدیدهای انجام شده و احتمالا" برخی آزمایشهای ساده میتوان به وسعت تقریبی خرابی پی برد . متاسفانه هنــوز روشی برای تعیین محلهائی که میلگرد آنها بطور قابل توجهی زنگ زده اند وجود نــــدارد . نشانه های زنگ زدائـی زیاد ، لکه ، ترک خوردگی ، طبله کردن و ریختن بتن می باشد . با آزمایش ساده نیم پیل میتوان پتانسیل خوردگی را بدست آورد اما میزان زنگ زدگی و آسیب نمایش داده نمیشود . با زدن چکش اشمیت یا چکش معمولی و با توجه به نتیجه یا صدای حاصله نیز میتوان تا حدودی وضعیت بحرانی را آشکار کرد . متاسفانه اشکال رایج عمده در تعمیر سازه های بتنی مشخص نبودن دقیق منطقه و محدوده تعمیرات و گاه ممکنست وسعت تخریب و تعمیر چندین برابر تخمین اولیه گردد .
تعیین وسایل تخریب و روش آن :
با توجه به وسعت تخریب ، نوع بتن و مشکلات تخریبی آن ، انبوهی میلگردها و موقیت قرار گیری قطعه و همچنین محدودیت های زمانی و هزینه ای نوع وسیله تخریب و روش کار مشخص میگردد.
گاه لازم است سرعت زیادی در تخریب بخرج نداد زیرا در صورت عدم امکان تعمیر ، مجاورت بتن و میلگرد با عناصر مضر ممکنست در طولانی مدت مشکلات جدیدی را بوجود آورد .
امروزه استفاده از وسایل مختلفی امکان پذیر است : قلم ( چکش ) بادی ، برقی ، اره های اصطکاکی، جهت آب و برش با آب از جمله وسایل رایج است که از همه آنها میتوان برش با آب
( جهت آب ) را بهتر و مناسب تر دانست . بهرحال وسعت کار و محدودیت های موجود فوق الذکر تعیین کننده نوع وسایل می باشد . برخی چکش ها ممکنست در مناطق مجاور آسیب هائی را ایجاد کند که باید وسایل با قدرت مناسب را انتخاب نمود. اره های اصطکاکی عمدتا" برای
برش های خطی بکار میرود .
تعیین محدوده خرابی و شیار زنی :
برای اینکه محدوده کار تخریب روشن شود گاه علائمی را بکار می برند . بهترین روش علامت زنی بصورت شیار زنی در محدوده مورد نظر است . شیار زنی به عمق 1 تا 2 سانتی متر بدین منظور معمول است میتواند هندسه مناسب تخریب را در سطح و عمق بوجود آورد . بهرحال گاه در طول عملیات تخریب ممکنست این محدوده را وسعت بخشیم و گسترش دهیم و بهتر است مجددا" محدوده جدید را شیار زنی کنیم .
هندسه تخریب :
توصیه میشود از شکلهای هندسی مشخص برای محدوده تخریب استفاده شود . مربع ، مستطیل و ترکیبی از مربع و مستطیل در کنار هم میتواند بهترین اشکال باشد . البته شکل دایره و چند ضلعی منظم نیز توصیه میشود . بهرحال اشکال نا منظم با دوره های بی نظم ابدا" توصیه نمی گردد .
کناره و لبه منطقه تخریب ( تعمیر ) باید گونیا باشد و این حالت 1 تا 2 سانتی متر در عمق
ادامه یابد و لبه نباید پرکلاغی تلقی گردد زیرا دوام مناسبی برا پس از تعمیرنخواهیم داشت .
عمق تخریب :
مشکلی بزرگ در تعمیر اینگونه سازه ها تعیین عمق تخریب است . مسلما" عمق تخریب تا پشت میلگردها خواهد بود . نمیتوان تخریب را تا رسیدن به سطح میلگردها انجام داد زیرا لازمست میلگردها را تمیز و اصلاح نمود بنابراین باید تخریب را تا پشت میلگردها ادامه داد . عمق تخریب باید تا حدی انجام شود که به منطقه ای با یون کلر کم برسیم . رسیدن به یون کلر کمتر از حد آستانه خوردگی قطعی است اما حد قابل قبول تابع سیاست های تعمیرات اگر حد آستانه خوردگی را 35/0 درصد و حداقل یون کلر بتن اولیه تازه را 15/0 درصد در نظر بگیریم بهرحال حد قابل قبول در بین این دو عدد قرار دارد و هر چند به 15/0 درصد نزدیک شود عمر تعمیر و میلگرد بیشتر خواهد شد اما ممکنست هزینه ها را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد و یا عمر بخش های تعمیر نشده بمراتب کمتر از عمر مناطق تعمیر شده باشد که منطقی بنظر نمیرسد .
بهترین راه تهیه نمونه از عمق های مختلف و تعیین یون کلر می باشد تا تصمیم گیری در مورد عمق تخریب میسر گردد . وقتی تا پشت میلگرد تخریب را ادامه می دهیم بایستی امکان قرار گیری بتن در اطراف میلگرد را فرآهم کنیم . به این منظور حداقل فاصله میلگرد تا بتن بایستی از حداکثر اندازه سنگدانه مصرفی بزرگتر باشد . برخی توصیه می کنند در این مورد بهتر است این فاصله بمراتب بزرگتر از حداکثر اندازه سنگدانه مصرفی و در حدود 3 سانتی متر باشد .
بررسی میلگردها و اتخاذ تصمیم در مورد گسترش تخریب :
پس از تخریب و رسیدن به میلگردها باید کارشناس خبره ، میزان خوردگی را بررسی کند وقتی در محدوده تخریب زنگ زدگی زیادی مشاهده می شود و این زنگ زدگی در منطقه سالم نیز تداوم دارد بایستی منطقه تخریب را گسترش داد تا به میلگرد سالم و تقریبا" بدون زنگ زدگی رسید . وقتی زنگ زدگی با ناخن پاک نشود به میلگرد سالم نرسد باید آنرا تمیز کرد و لازمست که بتن روی آن برداشته شود .
زنگ زدائی ، اصلاح میلگردها ، تقویت و جایگزینی :
میلگردها معمولا" در محل با سندپلاست یا گریت پلاست باید تمیز شود . در این حالت باید پشت میلگردها تمیز شود زنگ زدائی با برس سیمی دستی یا برقی معمولا" کارآمد نیست و فقط در مناطق بسیار محدود و برای زنگ کم کاربرد دارد . اگر لازم باشد باید میلگردها تقویت شود . بکارگیری میلگردهای تقویتی امری رایج و معمول است . این کار با توجه به کاهش ضخامت میلگردها عملی میشود . معمولا" اگر کاهش سطح میلگردها بیش از 15 درصد باشد تقویت توصیه میشود ( برخی کاهش قطر 15 درصد را نیازمند تقویت می دانند ) . گاه میلگردها به شدت
زنگ زده اند و در این حالت توصیه میشود با میلگردهای جدید جایگزین شوند . تأمین پوشش طولی میلگردها (Overlap ) مشکل است و اغلب از وصله های جوشی یا مکانیکی میتواند
استفاده شود .
وقتی از زنگ زدائی میلگرد بهره می گیریم بهتر است هیچگونه رنگی بر روی میلگرد باقی نماند و کاملا" تمیز شوند .
آماده سازی سطح بتن و پوشش میلگردها :
مقصود از آماده سازی سطح بتن و پوشش میلگردها آنست که بتوانند اتصال بتن با بتن و بتن با میلگرد را تأمین نمایند و مانع نفوذ بیشتر و خوردگی شوند .
آماده سازی سطح بتن معمولا" با زبر کردن آن و رسانیدن به حالت اشباع با سطح خشک حاصل میگردد . اغلب اوقات تخریب ، سطح زبر و خشنی را فرآهم می کند بهر حال این سطح نباید پستی و بلندی خیلی زیادی داشته باشد اما ضمن اینکه ضخامت تعمیر نسبتا" ثابتی را فرآهم می نماید باید کاملا" زبر و خشن باشد و ترجیحا" شن ها از سطح بر واحد اضافه شوند .
بتن قدیمی ( پایه ) نباید آب بتن جدید ( ماده تعمیری ) را بمکد زیرا باعث جمع شدگی شدیدتر شده و پیوند دو بتن ضعیف می گردد . بنابراین لازمست بتن پایه بصورت SSD درآید . آب اضافی در روی سطح بتن به نحوی که دست را خیس و مرطوب کند نامطلوب است و باعث ضعف اتصال و پیوستگی دو بتن می شود .
برای ایجاد پیوستگی و چسبندگی بهتر دو بتن جدید و قدیم گاه از برخی پلیمرها و لاتکس ها بر روی بتن پایه ( قدیمی ) استفاده می شود . یک لایه نازک از این مواد قبل از ریختن بتن تعمیری جدید بر روی بتن قدیمی مالیده یا پاشیده می شود. از جمله مواد رایج لاتکس آکریلیکی
( Acrylic Latex ) می باشد و قبل از خشک شدن کامل آن بتن جدید باید ریخته شود .
سطح میلگردها پس از تمیز کاری و زنگ زدائی ، گاه لازمست با آب شیرین شسته شده و سریعا" با هوای فشرده خشک گردد و در صورت لزوم با پوشش های خاصی نظیر اپوکسی پوشیده شود . بهرحال توصیه میشود در تعمیر سازه از اپوکسی معمولی مخصوص میلگردها استفاده نشود و اپوکسی غنی شده با روی بکار رود تا سطح میلگرد عایق الکتریکی نشود ، زیرا در غیر اینصورت میلگردهای بخش تعمیر نشده دچار خوردگی بسیار سریعتر می گردد .
مواد تعمیری :
اصل مهم در انتخاب مواد تعمیری شباهت آن از نظر خواص با بتن اصلی است معمولا" این اصل به نوعی برآورده میشود اما باید سعی کرد حتی الامکان رعایت گردد . مشکل بزرگ در رعایت این مورد آن است که اگر بتن اصلی قدیمی مناسب و مطلوب بود ممکن بود این خرابی ها حاصل نشود. ضعف مقاومت ، ضعف دوام و بالا بودن نفوذپذیری باعث این خرابی شده است پس چگونه میتوان بتن مشابه را بکار برد . بنابراین دچار یک پارادوکس هستیم که با تدبیر مناسب آن را حل کنیم . شباهت در سنگدانه ، شباهت در سیمان میتواند کمک مؤثری باشد . نزدیک بودن
مدول الاستیسیته و ضریب انبساط حرارتی از جمله نکات مهم است ، گاه دیده می شود
نفوذ پذیری بسیار کم در منطقه تعمیر شده ، باعث خوردگی سریع میلگردهای منطقه مجاور میشود و این نکته مهم کار تعمیر را با مشکل مواجه می کند و اجتناب ناپذیر بنظر می رسد .
← انواع مواد تعمیری بصورت جایگزین بتن تخریب شده عبارتند از :
الف - بتن یا ملات سیمانی
ب- بتن یا ملات سیمانی اصلاح شده با پلیمر
ج – مواد پلیمری ( که در این حالت اقتصادی و فنی نیست )
بنظر میرسد معمولا" بتن یا ملات سیمانی ارجحیت داشته باشد و از نظر خواص مشابهت بیشتری با بتن اصل پایه را فرآهم نماید .
بکار گیری سیمان در حد متوسط ( معمولا" 375 تا 400 کیلو ) از نظر جمع شدگی کاملا" مناسب بنظر میرسد . نسبت آب به سیمان با توجه به موقعیت قطع و محل از نظر خوردگی به حداکثر
4/0 یا 45/0 محدود شود . معمولا" اگر از روش بتن ریزی جایگزین استفاده شود سعی میگردد از اسلامپ بالائی برخوردار باشیم ( پیش از 10 سانتی متر ) . اسلامپ زیاد جمع شدگی نشست خمیری را بوجود می آورد لذا ضمن اینکه تأمین نسبت آب به سیمان فوق الذکر مشکل بوده و اسلامپ زیاد نیز با آب قابل تأمین نیست همواره نیاز به مواد روان کننده یا فوق روان کننده داریم .
معمولا" هنگامیکه تعمیر در محدوده بسته ای انجام میشود بتن باید از جمع شدگی ناچیز و یا انبساط جزئی برخوردار باشد . به این دلیل لازمست از مواد منبسط کننده ( انبساط زا ) در مواردی که حساسیت وجود دارد استفاده نمائیم تا درگیری بهتری بین لبه های کناری بتن تعمیری و
بتن پایه قدیمی ایجاد شود .
برای سهولت در ریختن و تراکم بتن و کاهش نفوذپذیری آن از حداکثر اندازه سنگدانه نسبتا" کم و بافت دانه بندی ریزتری نسبت به بتن اصلی بهره می گیریم که به ابعاد و حجم منطقه تعمیری و وضعیت میلگردها بستگی دارد .
اگر بخواهیم ملات یا بتن را با مواد پلیمری اصلاح کنیم معمولا" از لاتکس آکریلیکی به میزان 10 تا 20 درصد وزن سیمان استفاده می نمائیم .
گاه بجای ریختن معمولی بتن از روش دستی تعمیر استفاده می نمایند در این حالت ملات سفت بکار میرود و با فشار در محل مورد نظر قرار می گیرد . بهر حال این روش محدودیتهای خاص خود را دارد و تأمین روانی مورد نظر با نسبت آب به سیمان مطلوب و سیمان کمتر ممکن می باشد .
روشهای تعمیر و جایگزینی بتن :
بهر حال باید بتنی را در محل تخریب شده جایگزین نمائیم. روشهای این جایگزینی عبارتند از :
الف- تعمیر و جایگزینی بتن یا ملات با دست Patch Method
که در مناطق بسیار محدود بکار میرود . ضخامت نیز معمولا" به حدود 5 سانت محدود میشود و کمتر مورد استفاده است . تعمیر سطوحی مانند زیر دال یا تیر با این روش ساده تر است .
ب- روش بتن ریزی سنتی معمولی ( ثقلی ) Conventional or Gravity Method
این روش کار برد وسیعی دارد . برای سطوح بالائی تیر و دال ، وجوه کناری تیرها ، سطوح دیوار و ستون و حتی قسمت تحتانی تیر یا دال کاربرد دارد . معمولا" در این روش نیاز به اسلامپ زیادی داریم که گاه از بتن های آبکی با اسلامپ بیش از 20 سانتی متر استفاده میشود . بهر حال در این روش باید بنحوی عمل نمائیم که از پر شدن قالب یا محل تعمیر مطمئن شویم و خروج هوا از بتن نیز میسر باشد و آب انداختن بتن عملا" حذف گردد ( بویژه در سطوح زیر تیر یا دال ) گاه این نوع بتن را در عمق یا زیر آب با لوله ترمی ( tremie ) می ریزیم تا جداشدگی پیش نیاید .
ج : روش بتن پاشی Shotcrete
در تعمیر سطوحی با وسعت زیاد و ضخامت کمتر از 15 سانتی متر استفاده از روش بتن پاشی توصیه میشود بویژه در تعمیر سطوح زیرین دال یا تعمیر کاربرد آن مطلوبتر است . در بتن پاشی دو روش تر و خشک را داریم . در تعمیر سازه هائی که در مناطق خورنده قرار دارند و یکنواختی و
نفوذناپذیری بیشتر مطلوب است باید از روش تر استفاده نمائیم .
مشکل بزرگ در بتن پاشی ، برگشت و ریباند مصالح و بتن می باشد که باید با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه ، اسلامپ مناسب ( 5 تا 8 سانتی متر) ، عیار سیمان بالاتر و چسبندگی بیشتر ،
بافت دانه بندی ریزتر ، عمود گرفتن سر لوله ، فاصله مناسب سرلوله از سطح در تامین فشار هوای مناسب و غیره ، میزان برگشت مصالح را به حداقل رسانید .
د : روش بتن ریزی با سنگدانه پیش اکنده ( Preplaced Aggreate Concrete ) :
در این روش ابتدا سنگدانه درشت تک اندازه را در قالب ریخته و سپس از درون لوله هائی که درون سنگدانه قرار گرفته است ملات ریز دانه ای را به داخل سنگدانه های درشت پیش آکنده تزریق
می نمائیم تا بتن مناسب حاصل گردد .
بتن پیش آکنده از جمع شدگی ناچیزی برخوردار است و عیار سیمان مصرفی آن نیز کم می باشد . تأمین نسبت آب به سیمان کم ، نفوذ ناپذیری مطلوب و مقاومت زیاد با این روش کاملا"
میسر است . همگنی بتن و عدم جداشدگی از ویژگیهای این نوع بتن ریزی است . حداکثر اندازه سنگدانه به ---- حداقل بعد قطعه محدود می شود و حداکثر اندازه ماسه ملات باید به حدود ------ حداقل اندازه اسمی سنگدانه درشت محدود گردد .
ملات مصرفی بسیار پر عیار بوده و همچنین شل و آبکی می باشد و معمولا" از مواد پوزولانی مناسب و روان کننده ها در ملات استفاده میشود ضمن اینکه به کندگیر کننده ها نیز احتیاج مبرمی داریم .
هـــ : بتن ریزی با بتن مکیده (Vacuum Proiossed Con ) :
در این روش که امروزه از آن در عملیات تعمیر بتن استفاده چندانی بعمل نمی آید . بتن نسبتا" شل را در محل مورد نظر ( بویژه سطوح فوقانی دال ، کف و سر ریز سدها یا کف تونلهای آب بر و غیره ) ریخته و سپس با اعمال یک مکش از طریق فرش خلا ، بخشی از آب بتن را مکیده و نسبت آب به سیمان را کاهش می دهیم . این عمل مقاومت و دوام بتن تعمیری را بهبود می بخشد و نفوذپذیری آن بویژه در قسمت های سطحی کاهش می یابد .
در پایان متذکر میشود که در بتن ریزی جایگزینی نباید از بتن در مرحله گیرش استفاده نمود . جداشدگی یکی از روشهای بتن ریزی در کشور ماست که نباید در بتن جایگزین بوجود آید . اختلاف دمای بتن پایه و تعمیری در هنگام ریختن نباید زیاد باشد و حداکثر آن از 5 تا 10 درجه مشخص شده است . کار تراکم باید بخوبی انجام شود . همچنین باید عمل آوری مناسب
صورت گیرد دمای بتن نباید از 30 درجه سانتی گراد در هنگام ریختن تجاوز نماید و از 10 درجه سانتی گراد کمتر نشود .
