عوامل موثر بر نفوذپذیری بتن

عمده سازه های ساخته شده و در حال ساخت کشور ایران، اعم از پروژه های مسکونی که به عنوان بزرگترین بازار فعالیت های عمرانی به شمار می آید تا پروژه های صنعتی، نفتی و... با استفاده از بتن اجرا می شوند. همانطور که میدانیم موضوع دوام یکی از مسائل مهم قابل تامل در ساخت و اجرای این ماده می باشد، لذا دقت در میزان نفوذپذیری بتن و عوامل موثر بر آن به عنوان بارزترین گزینه تاثیرگذار در دوام بتن برای دستیابی به استانداردهای جهانی امری ضروری می باشد.

با تمام مطالعاتی که در خصوص دوام بتن صورت پذیرفته آسیب های بتن معضل بزرگی است که عمر مفید سازه هاي بتنی را کاهش میدهد لذا صنعت بتن در راستاي توسعه پایدار بایستی به طراحی دوام محور بتن توجه نماید کاهش دوام بتن در اثر عوامل خارجی یا داخلی می باشد عوامل خارجی شامل هوازدگی ، حرارت، ساییش و کنشهاي الکترولیتی و حملات مایعات و گازهاي طبیعی یا صنعتی می باشد.عوامل داخلی عبارتند از واکنشهاي قلیایی سنگدانه ها،تغییرات حجمی در اثر اختلاف بین خواص حرارتی سنگدانه ها و خمیر سیمان و بیش از همه نفوذ پذیري بتن می باشد. نفوذ پذیري عمدتا تعیین کننده خسارت پذیري بتن در برابر عوامل خارجی می باشد بطوریکه بتن با دوام همان بتن نسبتا غیر قابل نفوذ می باشد.

تفاوت جذب آب و نفوذ پذیري آب در بتن :

حجم منافذ داخل بتن را می توان بصورت مجزا از نفوذ پذیري آن به وسیله آب سنجید و این دو کمیت الزاما با یکدیگر برابر نیستند . معمولا جذب آب بوسیله خشک نمودن نمونه تا یک وزن ثابت و سپس غوطه ور نمودن در آب و اندازه گیري افزایش وزن آن بصورت در صدي از وزن خشک بدست می آید بسته به اینکه چه روشی و چه مدتی براي خشک نمودن نمونه بتن بکار ببریم نتایج متفاوتی براي جذب بدست خواهد آمد به هر حال اغلب بتن هاي خوب داراي جذب آب کمتر از 10% می باشد.

نفوذ پذیري بتن  فقط تابع ساده اي از تخلخل آن نمی باشد بلکه علاوه بر تخلخل، بستگی به اندازه و توزیع و پیوستگی منافذ دارد. منافذ بین ذرات جامد خمیر سخت شده سیمان بی اندازه کوچک ولی زیاد می باشد ولی در سنگها تعداد منافذ کمتر اما اندازه آنها خیلی بزرگتر بوده و سبب نفوذ پذیري بیشتر می شود و به همین دلیل است که عبور آب از منافذ مویین خیلی آسانتر از عبور آن از میان منافذ بسیار ریز ژل سیمان صورت می گیرد بطوریکه خمیر سیمان 100 تا 20 برابر خود ژل سیمان نفوذ پذیرتر است.

عوامل موثر در نفوذ پذیري در بتن:

نفوذ پذیري خمیر سیمان:

از آنجاییکه در ساخت بتن با کارایی مناسب معمولا سنگدانه ها به وسیله خمیر سیمان احاطه می شوند لذا میزان نفوذ پذیري خمیر سیمان نقش اساسی در تعیین نفوذ پذیري بتن خواهد داشت نفوذپذیري خمیر سیمان با پیشرفت درجه هیدراسیون تغییر می کند. با پیشرفت هیدراسیون، نفوذ پذیري بسرعت کاهش می یابد. در خمیر سیمان بلوغ یافته نفوذ پذیري بستگی به اندازه و شکل و غلظت ژل و چگونگی ارتباط شبکه لوله هاي مویین دارد.منافذ مویین فضاهایی هستند که توسط سیمان یا محصولات هیدراسیون پر نمیشوند بر اساس تحقیقات صورت گرفته مقادیر نفوذ پذیري در عمرهاي مختلف براي خمیر سیمان با نسبت آب به سیمان 0.7 برابر با جدول ذیل است.

                  کاهش نفوذ پذیري خمیر سیمان با نسبت آب به سیمان 7,0 در نتیجه پیشرفت هیدراسیون

عیار سیمان یا نسبت آب به سیمان :

طی بررسی های صورت پذیرفته براي خمیر سیمان هایی که به یک اندازه هیدراته شده اند هر چقدر مقدار سیمان خمیر بیشتر باشد (نسبت آب به سیمان کمتر باشد) نفوذ پذیري خمیر سیمان کمتر خواهد بود و در نتیجه نفوذپذیری بتن بیشتر خواهد شد در اکثر نظرات ارائه شده از نسبت آب به سیمان به عنوان اصلی ترین عامل نفوذپذیری بتن یاد شده است.

عموما 100 سانتی متر مکعب سیمان پس از هیدراسیون کامل 200سانتی متر مکعب محصولات واکنش خواهد داشت با این حساب در صورت هیدراسیون کامل خمیر سیمانهاي با نسبتهاي مختلف آب به سیمان بدلیل اینکه خمیر سیمان داراي بیشترین میزان آب داراي بزرگترین فضاي کل در دسترس خواهد بود در نتیجه حجم فضاي مویینه در خمیر سیمان داراي بیشترین نسبت آب به سیمان بیشتر شده و نفوذ پذیري افزایش خواهد یافت.

میزان نرمی سیمان خمیر:

با توجه با اینکه دانه هاي سیمان بر روند واکنش هیدراسیون اثر دارد لذا سیمان با دانه درشت تمایل به ایجاد خمیري با نفوذ پذیري بیشتر از سیمان ریز دانه دارد. بطور کلی هر چقدر مقاومت خمیر سیمان بیشتر باشد نفوذ پذیري آن کمتر خواهد بود.

جمع شدگی ناشی از خشک شدن خمیر سیمان و جمع شدگی حرارتی :

با خشک شدن خمیر سیمان نفوذ پذیري آن را افزایش می یابد زیرا با خشک شدن خمیر و وقوع جمع شدگی امکان شکست ژلهاي موجود بین لوله هاي مویین و ایجاد مجاري جریان آب بوجود می آید.

نفوذ پذیري سنگدانه ها:

اختلاف بین نفوذپذیري خمیر سیمان و بتن حاوي همان خمیر با همان نسبت آب به سیمان از اینجا سر چشمه میگیرد که نفوذپذیري سنگدانه ها بر عملکرد بتن تاثیر میگذارد به صورت تئوریک اگر چنانکه نفوذپذیري سنگدانه ها خیلی کم باشد وجود این نوع مواد در بتن باعث کاهش سطح موثرجریان آب و بدلیل دور زدن سنگدانه ها توسط جریان طول مسیر جریان افزایش یافته و نهایتا بدلیل قطع جریان داخل شبکه مویینه خمیر سیمان اثر سنگدانه ها در کاهش نفوذ پذیري بتن چشمگیر خواهد بود.

اندازه سنگدانه:

از آنجاییکه اندازه سنگدانه ها و دانه بندي آن بر روي مشخصات آب انداختگی مخلوط بتن تاثیر می گذارد که این نیز به نوبه خود روي مقاومت ناحیه انتقال تاثیر می گذارد در طی دوره هاي هیدراسیون اولیه بدلیل تفاوت بین کرنشهاي خمیر سیمان و سنگدانه ، ناحیه انتقال ضعیف بوده و در برابر ترك خوردگی آسیب پذیرمی شود به همین دلیل ابعاد سنگدانه ها بر روی نفوذپذیری بتن تاثیر گذار خواهد بود.

تراکم و نحوه عمل آوري :

با توجه به مدت و نحوء عمل آوري بتن نفوذ پذیري آن متفاوت خواهد بود.طوریکه با افزایش دوره نگهداري مرطوب به علت تکمیل شدن واکنش هیدراسیون مقدار نفوذ پذیري کاهش میابد.

مواد افزودنی هوازا :

از آنجاییکه حبابهاي هواي عمدي بصورت میکرونیزه بوده و باعث افزایش کارایی بتن می شود لذا با مقدار اسلامپ ثابت مقدار آب در بتن هوادار کمتر بوده و در نتیجه مقدار جمع شدگی بتن و آب انداختن کاهش خواهد یافت و بنابر این روي هم رفته حباب هاي هواي عمدي باعث کاهش نفوذ پذیري بتن می شود.

مواد افزودنی پوزولانی:

استفاده از مواد پوزولانی نظیر خاکستر بادي، متاکائولن و به خصوص میکروسیلیس به عنوان مصالحی با خاصیت سیمانی در مجاورت آهک و سیمان پرتلند و جایگزین سیمان در مخلوطهاي بتنی جایگاه ویژه اي در صنعت بتن دارد. کاربرد این مواد علاوه بر ابعاد اقتصادي و محیط زیستی از نظر دوام بتن و افزایش عمر مفید بتن داراي اهمیت است.مصرف پوزولان باعث کاهش حرارت هیدراسیون ودر نتیجه با کنترل مسایل حرارتی مانع ترك در بتن شده و مقاومت دراز مدت را افزایش می دهد. مهمترین خاصیت پوزولان ها به عنوان جایگزین سیمان توانایی قابل ملاحظه آن در کاهش منافذ بزرگ و نفوذ پذیري بتن است. میکروسیلیس ژل شده با انجام واکنش آهک و میکروسیلیس بحث کریستال سازی در منافذ مویین اتفاق خواهد افتاد.