عوامل موثر بر دوام بتن

در ساخت سازه ها ، دوام مصالح مورد استفاده مانند بتن از اهمیت زیادی برخوردار است. هر اندازه که این مصالح بادوام تر باشند، هزینه‌‌های تعمیر، نگهداری و بازسازی سازه‌ها در اثر آسیب‌دیدگی های مختلف، کم‌تر می‌شود.

دوام بتن

منظور از دوام یا پایایی بتن، مقاومت بتن در برابر عوامل مخرب می باشد. این عوامل مخرب مانند یون های کلر و سولفات ها میتواند امکان بهره‌برداری از آن سازه را از بین برده و یا طول عمر سازه را به شدت کاهش دهد. هر اندازه ای که این مشخصه بتن بهبود یابد، محدوده زمانی استفاده و بهره برداری از سازه بیش‌تر خواهد شد. استاندارد ACI پایایی و دوام بتن را اینگونه توضیح می‌دهد: سن و طول عمر بهره برداری بتن با توجه به شرایط محیطی آن مشخص می گردد لذا در شرایط محیطی متفاوت، دوام یا پایایی بتن تغییر می‌کند. دوام بتن، توانایی مقابله آن با عواملی مانند هوازدگی، سایش، تهاجم شیمیایی و هر عامل آسیب‌زننده دیگر به بتن است. برای مثال پایایی بتن در مناطق سردسیر و گرمسیر به دلیل وجود شرایطی مانند یخ‌زدگی و ... با یکدیگر متفاوت‌ می باشد؛ بنابراین استفاده از افزودنی‌های مناسب در فرآیند ساخت بتن و طرح اختلاط (کاهش نسبت آب به سیمان)  آن می تواند منجر به کاهش نفوذپذیری آن گردد.

سیستم های محافظ بتن در برابر تهاجم مواد شیمیایی استفاده شده و مانع یکپارچگی سازه می شود. این سیستم برای جلوگیری از ایجاد اثرات نامطلوب و لکه دار شدن یا محافظت از بتن در برابر نفوذ مایعات استفاده می شود.

عملکرد بتن بصورت کلی به کیفیت بتن در بخش های سطحی آن بستگی داشته و ویژگی های سیستم های محافظ را همین بخش های سطحی تعیین می نماید.

مشخصات سیستم محافظ مناسب

سیستم های حفاظت از بتن می بایست دارای ویژگی های زیر باشد:

• هنگامی که سیستم های محافظ در معرض مواد شیمیایی محیط قرار میگیرد، نباید دچار تورم، انحلال، ترک خوردن، یا شکنندگی شوند. همچنین، مواد شیمیایی نباید به درون این مواد نفوذ کرده و باعث از بین رفتن چسبندگی بین آن و بتن گردد؛

• مقاومت سایشی این مواد باید به اندازه‌ای باشد که در طول بازه‌ی بهره برداری مفید، دچار جداشدگی از سطح زیرکار نشود؛

• میزان مقاومت پیوستگی چسب با پایه‌ی غیر قیری اجرا شده در بتن باید حداقل برابر با مقاومت کششی بتن در سطح مورد نظر باشد.

سطح مشترک بتن و سیستم محافظ

مواد محافظ غیر قیری که به طور خاص برای استفاده روی بتن فرموله شده اند، به جهت ایجاد و حفظ استحکام بتن استفاده می شوند. برای استفاده از این مواد محافظ بتن ، سطح باید عاری از ذرات سست، خاک، گرد و غبار، روغن، موم و سایر مواد شیمیایی که  از چسبندگی جلوگیری می کند باشد. رطوبت درون بتن می‌تواند بر توانایی سیستم محافظ برای چسبیدن به سطح بتن تأثیر مستقیم بگذارد. اگر بخار آب منتشر شده از بتن در سطح مشترک بتن و سیستم محافظ، قبل از اینکه عایق فرصتی برای پخت پیدا کند، متراکم شود این سیستم از روی سطح جدا می شود.

شاید حیاتی ترین بخش یک سیستم محافظ، 6 میلی متر(1.4 اینچ ) اول بتن است. به طور کلی با توجه به اینکه مواد محافظ در یک لایه نازک بتن تا عمق 1.4 اینچ (6 میلی متر) به سطح زیرین می چسبد، شکست بتن به این دلیل رخ میدهد که تنش های داخلی در ماده مانع از مقاومت کششی بتن در نزدیکی سطح مشترک بیشتر بوده است. این تنش ها از دو طریق ایجاد می شوند. اول انقباض و پلیمریزاسیون . این امر در تمام مواد پلیمری دو جزئی که توسط یک واکنش شیمیایی بین رزین و هاردنر پخت می‌شوند، مشترک است. عامل دوم، تغییر حجم دیفرانسیل در بتن و سیستم محافظ به دلیل اختلاف ضریب خطی انبساط حرارتی همراه با تغییر دما باعث ایجاد تنش های داخلی می شود. همه موانع پلیمری دارای مقدار زیادی ضریب خطی انبساط حرارتی بالاتر از بتن هستند. معمولاً یک پرکننده دانه ای به مواد مانع اضافه می شود که ضریب حرارتی آن به بتن نزدیکتر خواهد بود.

یک سیستم محافظ باید مدول الاستیسیته پایینی داشته باشد تا از بزرگتر شدن تنش ها از مقاومت کششی بتن در محدوده دمایی مورد انتظار برای استفاده از آن جلوگیری شود.

وجود آلودگی بر روی سطح بتن یا پخت نامناسب سیستم محافظ، ممکن است باعث ایجاد آسیب در  بتن ، به دلیل تنش های وارد بر آن حتی با وجود یک سیستم محافظ  با مدول پایین شود. حذف مواد سست در سطح  زیرآیند برای عملکرد رضایت بخش این سیستم های محافظ، ضروری است. دستور العمل اجرائی انجام کار در استاندارد  ACI 515.1R آورده شده است.

سازه های بتنی

اگر بتن در معرض بارهای دینامیکی باشد،  هر گونه ترک در بتن که قبل و بعد از اعمال سیستم محافظ رخ دهد، این سیستم محافظ، اثر بخشی خود را از دست میدهد؛ همچنین عواملی مانند تغییرات دما یا اعمال بار نیز تاثیرگذار است. عملکرد بتن به این صورت می تواند توانایی سیستم محافط را از بین ببرد. حفاظت از بتن در یک دال بی کیفیت با نفوذپذیری بالا ، امکان نفوذ آب های سطحی و زیرزمینی به داخل آن را با سرعت بالا بدهد؛ به گونه ای که سطح آن هرگز به اندازه کافی خشک نشود تا در نتیجه سیستم محافظ بتواند چسبندگی بالایی داشته باشد.

شرایط لازم

 از نظر ابعادی همانطور که قبلا بحث شد، یک بیس یا پایه ناپایدار یا پایه ای که استحکام حمایتی کافی ندارد می تواند باعث ایجاد ترک هایی در بتن شود که برای سیستم محافظتی مضر است. استفاده از عایق آب در سطوح خارجی در مقاطعی مانند مخازن و یا تونل ها،  با ایجاد یک لایه محافظتی، ورود آب به سطوح بتنی را به تاخیر می اندازد.

دسته بندی خدمات

با توجه به اینکه سیستم های بسیار زیادی در دسترس هستند، انتخاب یک سیستم عایق براساس ارائه عملکرد بهینه با کمترین هزینه پیچیده است. برای کمک به فرآیند انتخاب، سیستم‌های محافظ با توجه به شدت عوامل شیمیایی موجود در محیط به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند: خفیف، متوسط ​​و شدید.

عوامل مؤثر بر انتخاب

 انتخاب یک سیستم محافظ برای حفاظت از بتن در یک شرایط محیطی شیمیایی خاص، نیاز به آگاهی از چندین شاخصه دارد. اول، سیستم محافظ باید در برابر زوال یا تخریب توسط مواد شیمیایی مقاوم باشد؛ که در دمای عملیاتی در معرض آن قرار خواهد گرفت. در مرحله دوم، سیستم محافظ باید در برابر نفوذ مواد شیمیایی، مقاومت کند. چسبندگی سیستم محافظ مواد روی سطح بتن می تواند تحت تأثیر نامطلوب قرار گیرد. این پدیده، به ویژه زمانی که مواد اسیدی باشد، دارای مقاومت شیمیایی بالا و همین طور مقاوم در برابر نفوذ می باشند. سوم، دمای مواد شیمیایی در تماس با سیستم های محافظ بر عملکرد مانع تأثیر می گذارد. هر ماده ای حداکثر دمای عملیاتی مشخصه خود را برای یک محیط شیمیایی دارد. شوک حرارتی ناشی از تغییرات سریع دما می تواند باعث ایجاد ترک در برخی از مواد سیستم محافظ شده و یا منجر به از بین رفتن پیوند بین سیستم محافظ و بتن می شود.

انتخاب و آزمایش سیستم محافظ

 هیچ تضمینی وجود ندارد که مواد ساخته شده توسط تولید کنندگان مختلف، عملکرد مشابهی داشته باشد؛ حتی زمانی که به عنوان یک محصول با مشخصات عمومی طبقه بندی شود. نوع و مقدار مواد تشکیل دهنده آن ها متفاوت است، بنابراین عملکرد متفاوتی خواهند داشت. علاوه بر این، ویژگی هایی مانند سهولت استفاده از مواد ، حساسیت سطح بتن به رطوبت ، یا محدوده کاربری در دمای مشخص، بر کارایی تاثیر خواهد گذاشت.

ضخامت سیستم محافظ مورد نیاز به شرایط محیط بستگی دارد. انتخاب مانع باید بر اساس مواردی باشد که در آزمایش یا تجربه قبلی بدست آماده است. اگر قرار است آزمایشاتی انجام شود، کل سیستم مانع باید بر روی نمونه های بتنی اعمال شود. قبل از اینکه آنها را در معرض محیط واقعی یا محیطی قرار دهید این محیط را تا حد امکان شبیه سازی کنید. اگر انتخابی در نظر باشد، باید قبل از آزمون‌هایی با مدت زمان کافی انجام شود (مانند توافق شده بین سازنده و کاربر)، سپس باید از تامین کننده مانع خواسته شود تا تاریخچه پرونده های کاملاً مستندی را که سیستم محافظت کرده است، ارائه دهد. انتخاب یک سازنده و ابزار کاربردی مطمئن به اندازه انتخاب خود مانع مهم است .

رطوبت در بتن

قبل از اجرای سیستم محافظ، بتن باید خشک شود. نه تنها رطوبت سطحی مضر است، بلکه رطوبت داخل بتن نیز می تواند بر توانایی یک پوشش در چسبیدن به سطح زیرین تاثیرگذار باشد. هیچ راهنمای دقیقی وجود ندارد که نشان دهد چه زمانی رطوبت مشکل ساز خواهد بود. اگر آب نفوذ کرده در بتن به روی سطح  منتقل شود، می تواند یک چسبندگی ضعیف بین سیستم محافظ با بتن ایجاد شود. همینطور رطوبت سطحی می تواند در حفره هایی در سیستم محافظ ایجاد کند که در نتیجه ی این رطوبت ایجاد حباب یا پوسته شدن پس از کیورینگ و تبدیل شدن به یک لایه سفت می باشد.

میزان انتقال بخار از طریق بتن
• میزان رطوبت باقی مانده در بتن در هر مرحله مشخص؛
• توانایی پوشش برای تنفس، و بنابراین عبور رطوبت از بتن. تفاوت دما بین سطح بتن و دمای هوای محیط در حین پوشش پخت؛ اگر دمای بتن کمتر از دمای سیستم محافظ باشد نقطه شبنم هوای اطراف، رطوبت روی سطح متراکم می شود؛
• توانایی مواد برای جابجایی رطوبت از سطح.
روش تست خشکی سطح

با توجه به توصیه ACI ، آزمایش رطوبت کیفی برای برخی از سیستم‌های محافظ، در بتن معمولی، تاثیرگذار است. در این آزمایش همواره رطوبت بوجود آماده در سطح مشترک بین بتن و عایق در نظر گرفته شده و نتایج براساس آن اعلام میشود.

تاثیر شرایط محیطی بر چسبندگی
برای سطوح بتنی که در معرض نور خورشید قرار دارند، بین سطح بتنی و مواد مانع چسبندگی بهتری وجود دارد. قرار گرفتن در معرض آفتاب و هوا حداقل به مدت 6 ساعت منجر به رطوبت سطح پایین تر می شود. یک مزیت ثانویه استفاده از یک ماده مانع در بعد از ظهر این است که سطح به طور معمول به سطح خود میرسد. به نحوی که حداکثر دما به طوری که دیگر هوا در داخل آن حبس نشود. منافذ بتن و خروج گاز رخ خواهد داد. وقتی مواد مانع را در حالی که در حال پخت است اعمال کنید، این امر تمایل به انبساط هوا برای ایجاد حباب را از بین می برد.

کپسوله سازی بتن
کپسوله شدن بتن مشکل خاصی است. این موضوع می تواند زمانی رخ دهد که یک دال بتنی از قسمت زیرین یک سیستم محافظ و متعاقباً در بالای آن، بخار دریافت کند. سیستم محافظ می تواند آب را در بتن به دام انداخته و باعث شود بیشتر در معرض آسیب ناشی از ذوب و یخ بندان قرار بگیرد. علاوه بر این، اگر بتن در طی یک دوره با شرایط دمایی خنک محصور شده باشد و سپس تحت دمای محیطی بالاتر قرارگیرد، افزایش فشار بخار آب محبوس شده می تواند باعث از بین رفتن چسبندگی سیستم محافظ شود. استفاده از عایق تنفسی می تواند مشکل را به حداقل برساند.

منبع: ACI 201-2R