انواع فرسودگی در سازه های بتنی
فرسودگی در سازه بتنی موضوعی است که اغلب مورد بحث قرار می‌گیرد. این می‌تواند نتیجه یک یا ترکیبی از عوامل مانند انقباض خشک شدن، انقباض حرارتی، مهار (خارجی یا داخلی) به کوتاه شدن، نشست زیر لایه و بارهای اعمال شده باشد. بتن به دلایل مختلفی ممکن است خراب شود و آسیب بتن اغلب نتیجه ترکیبی از عوامل است. عوامل اولیه شامل تنش منفی در بتن، نفوذپذیری بتن و عوامل فرسودگی تهاجمی هستند. در این مقاله به بررسی برخی از رایج‌ترین انواع فرسودگی در سازه های بتنی می‌پردازیم.
انواع مختلفی از علل تحت این سه تقسیم بندی اصلی وجود دارند که باعث زوال می‌شوند که هر کدام در این مقاله توضیح داده می‌شوند. فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی می‌توانند بر دوام و عملکرد ساختاری بتن تأثیر بگذارند. نقص در طراحی، مواد، طرز کار، عمل آوری و نگهداری می‌تواند بر عمر مفید، ایمنی و قابلیت اطمینان یک عنصر تأثیر بگذارد.
خوردگی فولاد در بتن
خوردگی در فولاد بتن یکی از انواع فرسودگی در سازه های بتنی است. هنگامی که فولاد خورده می‌شود، زنگ حاصله حجم بیشتری از فولاد را اشغال می‌کند. این انبساط باعث ایجاد تنش‌های کششی در بتن خواهد شد که در نهایت می‌تواند باعث ترک خوردگی، لایه لایه شدن و پوسته شدن بتن شود. فولاد خورده شده است زیرا یک ماده طبیعی نیست. بلکه سنگ آهن برای تولید فولاد ذوب و تصفیه می‌شود.
مراحل تولید که سنگ آهن را به فولاد تبدیل می‌کنند، به فلز انرژی می‌افزایند. خوردگی فولاد سازه ای یک فرآیند الکتروشیمیایی است که نیاز به حضور همزمان رطوبت و اکسیژن دارد. اساساً آهن موجود در فولاد برای تولید زنگ اکسیده می‌شود که حجم بیشتری از فولاد را اشغال می‌کند.
زوال ذوب منجمد در بتن
آسیب یخ زدگی، یک فرآیند زوال بالقوه جدی است که در سازه های بتنی در آب و هوای سرد رخ می‌دهد. آسیب زودرس به دال‌های بتنی در طول چرخه‌های انجماد و ذوب، یک چالش بزرگ برای دوام و انعطاف پذیری روسازی است. وقتی آب یخ می‌زند، حدود 9 درصد منبسط می‌شود. با یخ زدن آب در بتن مرطوب، فشاری در مویرگ‌ها و منافذ بتن ایجاد خواهد شد.
اگر فشار از مقاومت کششی بتن بیشتر شود، حفره گشاد شده و پاره می‌شود. اثر تجمعی چرخه‌های متوالی انجماد و ذوب و اختلال در خمیر و سنگدانه در نهایت می‌تواند باعث انبساط و ترک خوردن، پوسته پوسته شدن و خرد شدن بتن شود. آسیب یخ و ذوب در بتن زمانی رخ می‌دهد که مولکول‌های آب در بتن یخ زده و فراتر از محدودیت‌های حجمی منبسط شوند.
حمله شیمیایی در بتن
امروزه حمله شیمیایی یکی از شایع‌ترین علل تخریب بتن در صنعت است. چربی‌های حیوانی، روغن‌های طبیعی و مصنوعی، اسیدها، قلیاها و نمک‌های مختلف صنعتی همگی برای بتن مضر هستند. حمله شیمیایی به دلیل محصولات آلودگی و به دنبال فعالیت تخلیه در سطح عایق رخ می‌دهد.
بررسی عایق‌ها نشان می‌دهد که لایه‌های نازک یکنواخت آلودگی روی سطح تشکیل شده‌اند. حمله شیمیایی شامل انحلال مواد یا واکنش‌های شیمیایی بین مواد و اجزای بتن است. محصولات واکنش دهنده ممکن است به دلیل انحلال یا انبساط مشکلاتی ایجاد کنند.
واکنش پذیری قلیایی، سنگدانه در بتن
واکنش‌های قلیایی، سنگدانه‌ها می‌توانند واکنش‌های قلیایی، کربنات (ACRs) یا واکنش‌های قلیایی سیلیسی (ASRs) باشند. در ACR، واکنش بین قلیایی‌ها (سدیم و پتاسیم) و سنگ‌های کربناته خاص، به ویژه دولومیت کلسیتی و سنگ آهک‌های دولومیتی که در برخی از سنگدانه‌ها وجود دارند، انجام می‌شود. این یک واکنش تورم مضر است که در طول زمان در بتن بین خمیر سیمان بسیار قلیایی و سیلیس آمورف فعال (یعنی غیر کریستالی) که در بسیاری از سنگدانه‌های رایج یافت می‌شوند، با رطوبت کافی رخ می‌دهد.
این واکنش شیمیایی مضر باعث انبساط سنگدانه تغییر یافته با تشکیل یک ژل محلول و چسبناک از سیلیکات سدیم می‌شود. این ژل هیگروسکوپیک هنگام جذب آب متورم شده و حجم آن افزایش می‌یابد، فشار زیادی در داخل سنگدانه سیلیسی وارد می‌کند و باعث پوسته شدن و از دست دادن مقاومت بتن می‌شود و در نهایت منجر به شکست آن خواهد شد.
سایش فرسایشی در بتن
آسیب سایشی ناشی از عمل سنگ زنی سیلت، ماسه و سنگ. عمل سنگ زنی سطح بتن را از بین می‌برد و در برخی موارد سنگدانه‌ها را در معرض دید قرار می‌دهد. سازه های بتنی هیدرولیک، اغلب فرسایش سایشی طولانی مدت توسط شن و ماسه آب را تجربه می‌کنند که این منجر به آسیب به سطح می‌شود و در نهایت عمر مفید آنها را محدود می‌سازد.
آسیب سایشی زمانی رخ می‌دهد که سطح بتن نتواند در برابر سایش ناشی از مالش و اصطکاک مقاومت کند. با ساییدگی خمیر بیرونی بتن، سنگدانه‌های ریز و درشت نمایان می‌شوند و سایش و ضربه باعث تخریب بیشتر خواهد شد که این مهم به استحکام باند سنگدانه به خمیر و سختی سنگدانه مربوط می‌شود.
جمع شدگی پلاستیک در بتن
از دست دادن آب از بتن تازه که منجر به انقباض پلاستیک می‌شود، می‌تواند به چند صورت رخ دهد. حالت غالب، با این حال، از طریق تبخیر از یک سطح در معرض است. بتن همچنین می‌تواند از طریق مکش توسط زیرپایه یا بسته به نوع ماده ای که در ساخت آن استفاده می‌شود، آب از دست بدهد.
این از دست دادن آبی می‌تواند اثرات تبخیر سطحی را تشدید کند. به طور کلی پذیرفته شده است که از دست دادن آب از بخش خمیری بتن در اثر عوامل خارجی، باعث ایجاد فشارهای مویرگی منفی می‌شود که این باعث انقباض حجم خمیر و در نتیجه انقباض خواهد شد. سرعت تبخیر آب معمولاً با ترکیبی از سرعت باد زیاد، رطوبت نسبی کم و دمای بالای محیط و بتن تشدید می‌شود.
خشک شدن انقباض در بتن
از دست دادن رطوبت بتن پس از سخت شدن و در نتیجه خشک شدن انقباض، اجتناب ناپذیر است مگر اینکه بتن به طور کامل در آب غوطه ور شود یا در محیطی با رطوبت نسبی 100 درصد قرار گیرد. بنابراین، انقباض خشک شدن پدیده ای است که به طور معمول رخ می‌دهد و شایسته توجه دقیق در طراحی و ساخت سازه های بتنی است. مکانیسم‌های واقعی که توسط آن انقباض خشک شدن رخ می‌دهند، پیچیده است اما به طور کلی توافق بر این است که آنها شامل از دست دادن آب جذب شده از خمیر سیمان هیدراته می‌شوند.
هنگامی که بتن در ابتدا در معرض شرایط خشک شدن قرار می‌گیرد، شرایطی که در آن تفاوت بین رطوبت نسبی محیط و بتن است، ابتدا آب آزاد را از دست می‌دهد. در منافذ مویرگی بزرگ‌تر، این منجر به انقباض کم یا بدون انقباض می‌شود. در منافذ مویرگی ریزتر پر از آب (اندازه 2.5 تا 50 نانومتر) به دلیل از دست دادن رطوبت، منیسک‌های منحنی شکل می‌گیرند و کشش سطحی آب دیواره‌های منافذ را می‌کشد.
تاثیر اضافه بار در بتن
هنگامی که بتن هنوز به استحکام طراحی نرسیده است، آسیب اضافه بار ممکن بوده در طول ساخت و ساز رخ دهد. برداشتن زودهنگام قالب یا نگهداری مواد سنگین یا کارکرد تجهیزات روی سازه و اطراف آن، می‌تواند منجر به بارگذاری بیش از حد برخی از اعضای بتنی شود.
یک خطای رایج زمانی رخ می‌دهد که اعضای پیش ساخته به درستی در حین حمل و نقل و نصب پشتیبانی نمی شوند. خطاها در ساخت و ساز پس از تنش مانند زمان بندی نامناسب یا رهاسازی رشته‌های متوالی، همچنین می‌توانند باعث ترک خوردگی اضافه بار شوند.
وصله خوردگی تسریع شده در بتن
خوردگی تسریع شده وصله ای که معمولاً به عنوان خوردگی‌اند حلقه یا اثر‌هاله نامیده می‌شود، یک پدیده خاص برای پروژه‌های مرمت بتن است. هنگامی که تعمیرات سازه‌های آسیب دیده در اثر خوردگی کامل می‌شوند، تغییرات ناگهانی در بتن اطراف فولاد تقویت کننده ایجاد خواهند شد.
روش‌های معمول تعمیر بتن شامل حذف بتن در اطراف محیط کامل فولاد تقویت کننده در ناحیه تعمیر، تمیز کردن محصولات فرعی خوردگی فولاد و پر کردن مجدد حفره با بتن جدید بدون کلرید و با PH بالا است. این روش باعث می‌شود که فولاد تقویت کننده در محیط‌های مجاور با پتانسیل‌های خوردگی ناگهانی متفاوت جاسازی شود. این تفاوت در پتانسیل خوردگی (ولتاژ) نیروی محرکه برای ایجاد مکان‌های خوردگی جدید در بتن آلوده اطراف است.
منابع:
ثبت ديدگاه