سرطان بتن چیست؟

علیرغم اینکه سیمان یک محصول کارخانه ای است وبه خصوص ترکیبات شیمیائی آن در هر لحظه از طرف کارخانه تولید کننده کنترل میشود متاسفانه در بعضی مواردبنا به دلایل مختلف، کیفیت سیمانهای تولیدی در بعضی از کارخانه ها به شدت نزول کرده است. ازنظر اصول فنی، می بایست سیمانی مصرف شود که به لحاظ درصد کل قلیائی ویا همان هم ارزی قلیائی درصد محدودی از وزن سیمان راداشته باشد ولاغیرممکن است بعدازچندماه تاچند سال شاهد آثارتخریبی سهم گینی درسازه های بتنی که درمعرض آب هستند باشیم. برای توضیح مطلب هم ارزی قلیائی را برای یک نمونه از سیمان آزمایش شده راجهت برسی انتخاب نموده ایم .

درصد کل قلیائی وبعبارتی هم ارزقلیائی معادل عددی اکسیدهای پتاسیم (K2O) واکسیدسدیم (Na2O)= با رابطه زیر می‌باشد.

= Na2O+0.658 K2O هم ارزی قلیائی

آزمایشهای متعدد ومنابع فنی وهمچنین آئین نامه بتن ایران (بند ۳-۴-۵ )، حداکثر مقدار هم ارزی قلیائی رابه ۰٫۶ درصد محدود کرده است. که این مقدار درنتایج آزمایش پیوست ۰٫۶۵۴ درصد گزارش شده است.

وجود درصد بالائی ازهم ارزی قلیائی ، موجب خرابی بتن دردرازمدت خواهد شداین عمل که واکنشهای قلیائی سنگدانه ها (ویا سرطان بتن ) نامیده می‌شود دارای مکانیزمی است که بطور خلاصه به شرح زیر می‌باشد.

اکسیدهای پتاسیم وناتریم (سدیم) که درآخرین سطح انرژی خود (مدارالکترونیک) فقط یک الکترون دارند که براحتی می تواند آن رااز دست بدهند درنتیجه میل ترکیبی وشرکت درواکنشهادرآنهازیادمیباشد.این موضوع باعث ایجاد محیط قلیائی دربتن می شود،محلول قلیائی موجوددربافت بتن وکانیهای سیلیسی درشن وماسه تشکیل یک ژل قلیائی می دهد که همان سیلیکات کلسیم می باشد،این ژل به خصوص درسازه هائیکه درمجاورت آب باشند به مرور زمان خاصیت انبساطی پیدا می کند وسازه راازدرون بایک تنش بزرگتراز مقاومت کششی بتن مواجه می سازد که نهایتا موجب ترکهای زیادی درسطح بتن ودرعمق بتن میگردد. باگذشت زمان آب جذب شده از محیط اطراف،باعث افزایش حجم بیشتر شده وانبساط فشارافزا،باعث تخریب کلی سازه می گردد.این پدیده عموما از۵ الی ۱۰ سال بعد ازبتن ریزی بروزپیدا می کند.

معمولا واقعی ترین اطلاعات در زمینه پتانسیل فعالیت سیلیسی سنگدانه های بتن ،ازعملکرد واقعی آنها ،درسازه های سالم مشابه ،ازاهمیت ارزیابی سنگدانه ها می کاهد ولی با علم به این مطلب که معمولا مصالح رودخانه ای دارای سیلیس می باشند وبامقایسه کیفیت مطلوب سیمان و روشهای اصولی ساخت واجرای بتن در آن زمان،باوضعیت زمان حاضر، به اهمیت موضوع پی خواهیم برد

بتن به معنای واقعی یک موجود زنده است و از بدو تولدش تا انتهای عمرش که ممکن است بی نهایت باشد، احتیاج به مراقبت و نگهداری دارد تا دچار افت ، فساد و بیماری نگردد. یکی از بیماری های مخربی که  بتن ممکن است به آن دچار شود، سرطان بتن می باشد.

-سرطان بتن واکنش بسیار مخربی  است که باعث انبساط های شدید درسطح بتن می گردد.

-این واکنش در بتن هایی که در معرض شرایط محیطی مرطوب قرار داشته و سنگدانه هایی که حاوی میزان معینی کانی اپال , تری دسییت, کریستو بالیت, ریولیت, آندزیت, کلسدونی یا داسیتها باشد با مقدارقلیایی سیمان که مجموع Na2O و K2O آن از ۰٫۶ درصد تجاوزکند صورت می گیرد ، که باعث انبساط های شدیدی در سطح بتن می گردد

– این واکنش به مرور زمان و بسیار آرام رخ می دهد به همین دلیل به این فعل و انفعالات سرطان بتن می‌گویند.

-این انبساط مخرب زمانی اتفاق می افتد که سیمان دارای قلیایی بالا باشد. این واکنش علاوه بر انبساط زیاد باعث افت مقاومت فشاری و فروپاشی بتن نیز می‌شود

-ازدیاد حجم فولاد درون سازه ی بتونی بر اثر واکنش های شیمیایی / الکتروشیمیایی، سبب افزایش فشار درون بتن گردیده که در نهایت فرایند تخریب بتن را به همراه دارد.در این مقطع ترمیم بتن مطلقا امکان پذیر نبوده و یا انجام ان با هزینه های گزافی همراه است. شباهت این فرایند در بتون با بیماری مهلک سرطان عنوان سرطان بتن (Concrete Cancer) را مطرح نموده است.

مکانیزم عمل سرطان بتن:

-اکسیدهای پتاسیم وناتریم (سدیم) که درآخرین سطح انرژی خود (مدارالکترونیک) فقط یک الکترون دارند که براحتی می تواند آن را از دست بدهند. درنتیجه میل ترکیبی وشرکت درواکنشهادرآنهازیادمی باشد.این موضوع باعث ایجاد محیط قلیائی دربتن می شود.

-محلول قلیائی موجوددربافت بتن وکانیهای سیلیسی درشن وماسه تشکیل یک ژل قلیائی می دهد که همان سیلیکات کلسیم می‌باشد،این ژل به خصوص درسازه هائی که درمجاورت آب باشند به مرور زمان خاصیت انبساطی پیدا می کند وسازه را از درون با یک تنش بزرگتر از مقاومت کششی بتن مواجه می سازد که نهایتا موجب ترکهای زیادی درسطح بتن ودرعمق بتن میگردد.

-باگذشت زمان آب جذب شده از محیط اطراف،باعث افزایش حجم بیشتر شده وانبساط فشارافزا،باعث تخریب کلی سازه می‌گردد.

-این پدیده عموما از۵ الی ۱۰ سال بعد ازبتن ریزی بروز پیدا می‌کند.

About دکتر حشمدار

پرفسور حشمدار دارای دانشنامه دکترای سازه در زمینه طراحی سازه های سه بعدی و دانشنامه دکترای کامپیوتر در زمینه الگوهای ژنتیکی ، مولف ده ها کتاب و مدال طلای بهترین پژوهشگر جهان در زمینه سازه در سال 2011 می باشد. Computers and Structures, Inc. CALL: +13473940002 Dr. Hashamdar

Check Also

انتشار کتاب موشکافی کلیه متدهای پاسخ های دینامیکی ( دانشگاه صنعتی شریف – دکتر حشمدار)

چاپ کتاب تخصصی سازه (مولف: دکتر حشمدار – انتشارات دانشگاه صنعتی شریف – شابک : …