عوامل موثر بر دوام بتن و راهکار افزایش آن
در شرایط کنونی با توجه به افزایش زیاد هزینه‌های ساخت بتن و اولویت مباحث اقتصادی و همچنین سرعت اجرا، کیفیت بتن چندان مورد توجه قرار نمی‌‌گیرد و این در صورتی است که کیفیت بتن در ساخت و سازها از اهمیت زیادی برخوردار است و عدم رعایت مباحث کیفی و عوامل موثر بر دوام بتن باعث بروز خسارات سنگینی خواهد شد.
در همین راستا با استناد به آیین نامه بتن ایران (آبا) می‌‌توان مواردی که درکیفیت بتن تاثیر گذار می‌‌باشند را بررسی نمود.
دوام بتن :
دوام بتن ساخته شده به مقاومت آن در برابر عوامل جوی، حملات شیمیایی، سایش ، فرسایش و فرآیندهای تخریبی دیگر گفته می‌‌شود و در واقع بتن پایا در شرایط محیطی مورد نظر شکل، کیفیت و قابلیت بهره برداری خود را حفظ می‌‌کند.
عوامل کاهنده دوام بتن
از عوامل کاهنده پایایی بتن می‌‌توان به یخبندان‌های متناوب، عوامل شیمیایی خورنده، سایش و فرسایش، سنگدانه‌های واکنش زا و خوردگی آرماتورها اشاره کرد که هر کدام بر مبنای شرایط خاصی که در بتن ایجاد میکنند باعث کاهش دوام بتن میگردند.
راه‌های افزایش دوام بتن
استفاده از مواد حباب ساز: با استفاده از مواد افزودنی حباب ساز می‌‌توان از بتن در شرایط ذوب و یخ متناوب به مقدار زیادی محافظت نمود.
|
حداکثر اندازه اسمی‌‌سنگندانه (میلیمتر)
|
مقدار درصد هوا* در شرایط محیطی
|
|
شدید+
|
متوسط++
|
|
9.5
12.5
19
25
38
|
7.5
7
6
6
5.5
|
6
5.5
5
4.5
4.5
|
مطابق با جدول بالا مقدار درصد هوا در بتن محاسبه می‌گردد. در صورت دستیابی به مقاومت فشاری مشخصه بتن بالاتر از 35 مگاپاسکال اعداد جدول را تا 1 درصد کاهش داد.
* رواداری مقدار هوا در محل مصرف 5/1± درصد است.
+ مقصود از شرایط محیطی شدید آن است که بتن، قبل از یخ زدن در تماس تقریبا مداوم با رطوبت قرارگیرد یا تحت اثر مواد شیمیایی یخ زدا باشد مانند : رویه‌های بتنی، عرشه‌های پل، پیاده روها و مخازن آب.
++ مقصود از شرایط محیطی متوسط آن است که بتن، قبل از یخ زدن در هوای سرد فقط گاهی در تماس با رطوبت قرارگیرد، یا تحت اثر مواد یخ زدا نباشد مانند بعضی تیرها و دیوارهای خارجی و نیز دالهایی که در تماس مستقیم با خاک نباشند.
نسبت آب به سیمان : یکی از عوامل بسیار مهم در دوام بتن نسبت آب به سیمان در بتن می‌‌باشد که مطابق با شرایط جدول 2 مورد ارزیابی قرار میگیرد.
|
شرایط محیطی
|
حداکثر نسبت آب به سیمان
|
حداقل مقاومت مشخصه (مگاپاسکال)
|
|
بتن آب بند:
الف- در معرض آب شیرین
ب- در معرض آب شور یا آل دریا
|
0.5
0.45
|
25
|
|
بتن در معرض یخ زدن و آب شدن در شرایط مرطوب، تر و خشک شدن مکرر یا مواد شیمیایی یخ زدا
|
0.45
|
30
|
|
برای محافظت در برابر خوردگی در سازه‌های بتن آرمه ای که در معرض کلریدهای ناشی از مواد شیمیایی یخ زدا، نمک، آب شور، آب لبشور، آب دریا یا ترشح مواد مزبور قرار دارند.
|
0.4
|
35
|
موارد احتیاطی در محیط سولفاتی : در شرایط سولفاتی می‌‌بایست تدابیری در نظر گرفته شود و جانب احتیاط رعایت گردد این ضوابط در جدول شماره 3 درج شده که در چنین شرایطی باید با موارد مندرج در این جدول مطابقت داشته باشد.
بتن‌هایی در چنین شرایط باید مقاومت مناسب و حداقل نفوذپذیری را دارا باشند بنا براین برای ساخت چنین بتن‌هایی بهتر است از سیمانهای پرتلند آمیخته با پوزولان‌ها استفاده شود و نسبت آب به سیمان با افزودنی‌های کاهش داده شود. استفاده از میکروسیلیس هایی که هنوز واکنش نداده و به صورت آمورف هستند و سیمانهای نوع 5 یکی دیگر از راه‌های افزایش پایایی در این موارد می‌‌باشد.
|
رده بندی سولفاتها در شرایط گوناگون محیطی
|
تدابیری احتیاطی توصیه شده*
|
|
شرایط محیطی(1)
|
SO3 در آبهای زیرزمینی (ppm)
|
SO3 در خاک
|
شمع‌ها ی بتنی درجا
|
|
مقدار کل(%)
|
در عصاره 2 به 1**(g/l)
|
|
ملایم
|
کمتر از 300
|
کمتر از 0.2
|
-
|
الف- اگر شمع‌ها به تمامی‌‌بالاتر از سفره آب قرار گیرند از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 330 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از0.55 تجاوز کند).
|
|
ب- اگر شمع‌ها در تماس با سفره آب متغیر قرار گیرند از سیمان نوع 1 شود( عیار سیمان نباید کمتر از 340 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.55 تجاوز کند).
|
|
متوسط
|
300 تا 1200
|
0.2 تا 0.5
|
-
|
الف- اگر شمع‌ها به تمامی‌‌بالاتر از سفره آب قرار گیرند از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 370 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند).
|
|
ب- اگر شمع‌ها در تماس با سفره آب متغیر قرار گیرند از سیمان نوع 1 شود( عیار سیمان نباید کمتر از 270 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 370 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند)
|
|
شدید ***
|
1200 تا 2500
|
0.5 تا 1
|
1.9 تا 3.1
|
الف- اگر شمع‌ها به تمامی‌‌بالاتر از سفره آب قرار گیرند از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 370 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 370 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند)
|
|
ب- اگر شمع‌ها در تماس با سفره آب متغیر قرار گیرند از سیمان نوع 5 استفاده شود( عیار سیمان نباید کمتر از 370 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5تجاوز کند) فقط در مورد شمع‌ها ی باربر انتهایی قابل اعمال است.
|
|
بسیار شدید
|
2500 تا 5000
|
1 تا 2
|
3.1 تا 5.6
|
الف- اگر شمع‌ها به تمامی‌‌بالاتر از سفره آب قرار گیرند و خاک همواره از تراوش آب در امان باشد، از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 400 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.45 تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 350 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.45 تجاوز کند)
|
|
ب- سولفات به مقدار 3000 قسمت در میلیون در آبهای زیرزمینی بسیار مهاجم تلقی می‌‌شود تدابیر احتیاطی ویژه ای لازم است برای مثال لستفاده از سیمان آمیخته مناسب، یا محافظت جدار شمع‌های باربر انتهایی یا پوشش غشاساز نوع سیمان مصرفی بستگی به کاتیون‌ها دارد.
|
|
فوق العاده شدید
|
بیشتر از 5000
|
بیشتر از 2
|
بیشتر از 5.6
|
الف- اگر شمع‌ها به تمامی‌‌بالاتر از سفره آب قرار گیرند و خاک همواره از تراوش آب در امان باشد، از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 400 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.45 تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 350 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.45 تجاوز کند)
|
|
ب- سولفات به مقدار 3000 قسمت در میلیون در آبهای زیرزمینی بسیار مهاجم تلقی می‌‌شود تدابیر احتیاطی ویژه ای لازم است برای مثال لستفاده از سیمان آمیخته مناسب، یا محافظت جدار شمع‌های باربر انتهایی یا پوشش غشاساز نوع سیمان مصرفی بستگی به کاتیون‌ها دارد.
|
|
رده بندی سولفاتها در شرایط گوناگون محیطی
|
تدابیری احتیاطی توصیه شده*
|
|
شرایط محیطی(1)
|
SO3 در آبهای زیرزمینی (ppm)
|
SO3 در خاک
|
شالوده‌های بتنی حجیم (شامل سرشمع‌ها )
|
|
مقدار کل(%)
|
در عصاره 2 به 1**(g/l)
|
|
ملایم
|
کمتر از 300
|
کمتر از 0.2
|
-
|
الف- اگر کل شالوده به تمامی‌‌بالاتر از سفره آب باشد تدابیر احتیاطی ویژه ای لازم نیست.
|
|
ب- اگر شالوده در تماس با سفره آب متغیر قرار گیرد از سیمان نوع 1 شود( عیار سیمان نباید کمتر از 310 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.55 تجاوز کند).
|
|
متوسط
|
300 تا 1200
|
0.2 تا 0.5
|
-
|
الف- اگر کل شالوده بالاتر از سفره آب قرار گیرد از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 330 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند).
|
|
ب- اگر شالوده در تماس با سفره آب متغیر قرار گیرد از سیمان نوع 1 شود( عیار سیمان نباید کمتر از 350 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 310 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند)
|
|
شدید ***
|
1200 تا 2500
|
0.5 تا 1
|
1.9 تا 3.1
|
الف- اگر کل شالوده بالاتر از سفره آب قرار گیرد از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 350 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 340 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند)
|
|
ب- اگر شالوده در تماس با سفره آب متغیر قرار گیرد از سیمان نوع 5 استفاده شود( عیار سیمان نباید کمتر از 350 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.5 تجاوز کند)
|
|
بسیار شدید
|
2500 تا 5000
|
1 تا 2
|
3.1 تا 5.6
|
الف- اگر کل شالوده بالاتر از سفره آب قرار گیرند و خاک همواره از تراوش آب در امان باشد، از سیمان نوع 1 استفاده می‌‌شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 400 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.45 تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 350 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.45 تجاوز کند)
|
|
ب- اگر شالوده در تماس با سفره آب متغیر قرار گیرد تعیین کاتیون‌ها ضروری است تا به این وسیله تصمیم لازم از نظر استفاده از سیمان نوع 5 یا سیمان آمیخته مناسب با روکش اتخاذ شود.
|
|
فوق العاده شدید
|
بیشتر از 5000
|
بیشتر از 2
|
بیشتر از 5.6
|
الف- اگر کل شالوده بالاتر از سفره آب قرار گیرد از سیمان نوع 1 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 400 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.4 تجاوز کند) یا از سیمان نوع 5 استفاده شود ( عیار سیمان نباید کمتر از 350 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.4 تجاوز کند)
|
|
ب- اگر شالوده در تماس با سفره آب قرار گیرد از سیمان آمیخته مناسب استفاده شود( عیار سیمان نباید کمتر از 390 کیلوگرم بر مترمکعب باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.4 تجاوز کند) و نیز با استفاده از آسفالت یا قیرگونی یا روکشهای پلاستیکی محافظت‌های لازم به عمل آید
|
*عیارهای سیمان توصیه شده در این جدول در مواردی مناسبند که کارایی بتن کم باشد (اسلامپ بین 10 تا 25 میلیمتر)
** منظور از عصاره 2 به 1، نسبت وزنی خاک به آب 2 است.
*** سیمانهای پرتلند روباره ای یا سیمانهای پرتلند پوزولانی با کتر از 25 درصد پوزولان را می‌‌توان جایگزین سیمان نوع 5 دانست مشروط بر آن که مقدار SO3 از 1200 قسمت در میلیون در آب (یا 5/0 درصد در خاک) تجاوز نکند. سیمانهای پرتلند پوزولانی با بیش از 25 درصد پوزولان را تنها در صورتی می‌‌توان جایگزین سیمان نوع 5 در نظر گرفت که مقدار SO3 از 2500 قسمت در میلیون در آب (یا 1 درصد در خاک) تجاوز نکند.
لازم به ذکر است برای قطعات بتنی پیش ساخته و بتن‌های نازک نیز جداولی در آیین نامه قرار داده شده که با توجه به اهمیت بیشتر شالوده‌های بتنی و شمع‌ها ی بتنی این موارد قرار داده شده است.
شرایط محیطی خورنده بتن: در شرایطی که احتمال دارد بتن مسلح در معرض آب دریا، آبهای شور یا نمک‌های یخ زدا قرار گیرد علاوه ضوابط احتیاطی ذکر شده باید موضوع حداقل پوشش مطابق با ضوابط 8-2-9-1 آیین نامه بتن ایران نیز رعایت گردد.
سولفات در بتن: میزان کل سولفات قابل حل در آب بتن نباید از 4 درصد وزن سیمان مصرفی آن بیشتر باشد و مقدار کل سولفات نباید از 5 درصد وزن سیمان تجاوز کند.
کلرید در بتن: برای جلوگیری از خوردگی میلگردها توجه به کلرید قابل حل در آب در بتن سخت شده بسیار حائز اهمیت می‌‌باشد که مقدار مجاز آن برای انواع مختلف بتن در جدول درج شده است.
|
نوع قطعه بتنی
|
حداکثر کلرید قابل حل در آب در بتن، درصد نسبت به وزن سیمان
|
|
بتن پیش تنیده
|
0.06
|
|
بتن آرمه ای که در زمان بهره برداری در معرض رطوبت و کلریدها قرار گیرد.
|
0.15
|
|
بتن آرمه ای که در زمان بهره برداری در حالت خشک باشد یا از رطوبت محافظت شود.
|
1
|
|
سایر سازه‌های بتن آرمه
|
0.30
|
عمل آوری بتن: از جمله مواردی که در کیفیت نهایی بتن تاثیر بسزایی دارد عمل آوری بتن می‌‌باشد که با استفاده از روش‌های سنجش مقاومت روی آزمونه‌های عمل آوری شده در شرایط کارگاهی صورت می‌پذیرد. در صورتی که عمل آوری درست صورت گرفته باشد نمونه کارگاهی حداقل 85 درصد مقاومت نمونه‌های آزمایشگاهی را کسب خواهد کرد.
منابع :
آیین نامه بتن ایران (آبا) نشریه 120 سازمان برنامه و بودجه
ACI 318-14
