نشریه شماره ۱۵۲

پیشگیری از ایجاد خرابی یک سازه بتنی به مراتب اقتصادی تر از تعمیر آن است. برای این منظور باید مفاد ضوابط، آیین نامه‌ها، دستورالعمل‌ها و توصیه ها در طراحی و اجرای سازه های بتنی در مناطق گرمسیری و بهره‌برداری و نگهداری صحیح و اصولی از آنها در طرح‌های عمرانی رعایت شود. مشکلات مشهود در رابطه با ساخت و پایایی سازه‌های بتنی در مناطق گرمسیری ایران، دفتر تحقیقات و معیارهای فنی را بر آن داشت که برای حل این معضل اقدام نموده و در نهایت نشریه شماره ۱۵۲ را تهیه نماید.

عوامل و عناصر جوی و اقلیمی از قبیل دما و رطوبت هوا و مصالح تشکیل دهنده بتن تاثیر مستقیمی بر ساخت و دوام سازه‌های بتنی دارند. مناطق گرم و مرطوب مانند شهرهای حاشیه خلیج فارس به علت دمای زیاد، کیفیت پایین مصالح، وجود عوامل خورنده از قبیل سولفات‌ها و کلریدها، دارای بیشترین مقدار خوردگی‌ها و خرابی‌های بتن هستند.

طبقه بندی اقلیمی

عوامل و عناصر جوی و اقلیمی بر ساخت و دوام سازه‌های بتنی به ویژه بر سازه‌های بتن آرمه تاثیر بسزا دارند. از مهمترین این عوامل دما و رطوبت هوا را می‌توان نام برد که در نحوه تولید و ساخت و نیز عمر مفید بتن موثرند. ایران در مقیاس جهانی جز اقلیمهای گرم و خشک محسوب می‌شود. اما در تقسیم بندی منطقه‌ای دارای مناطق متنوع آب و هوایی است. و نقاط گرمسیر آنرا می‌توان به دو منطقه گرم و خشک و گرم مرطوب تقسیم کرد.

بخش عمده خوردگی‌ها و خرابی‌های بتن، مربوط به نقاط گرم و مرطوب ایران است. وجود دو عامل عمده گرما، رطوبت زیاد و نیز نمک‌های سولفاتی و کلروری که در آب دریا، خاک و آب‌های زیرزمینی این مناطق به وفور یافت می‌شوند، خوردگی و خرابی در بتن و فولاد داخل آن را موجب می‌شوند.

مکانیزم‌های خرابی بتن

خرابی‌های بتن را می‌توان به دو گروه شیمیایی و فیزیکی تقسیم نمود. در گروه خرابی‌های شیمیایی، خرابی‌های ناشی از حمله سولفات‌ها و کلرورها، کربناتی شدن و واکنش قلیایی سنگ دانه‌ها با اهمیت ترند. در گروه خرابی‌های فیزیکی مسئله یخ زدن و آب شدن، سایش، فرسایش، و خلازدایی قابل ذکر است. به طور کلی تمامی این خرابی‌ها تحت اثر عوامل بیرونی و درونی حادث می‌شوند. در گروه عوامل بیرونی می‌توان از درجه حرارت زیاد محیط، کاهش و افزایش متناوب رطوبت نسبی، آب و خاک موجود در اطراف بتن‌های ساخته شده که اغلب حاوی املاح مهاجم برای بتن است، انتقال یون‌های گزند بار توسط جریان هوا، طوفان‌های ماسه و حملات بیو شیمیایی نام برد.

در گروه عوامل درونی می‌توان از مصالح تشکیل دهنده بتن یعنی مصالح سنگی نامناسب و دارای املاح و غبار زاید، آب نامناسب و حاوی املاح گزند بار برای بتن، سیمان‌های غیر استاندارد و نامناسب برای شرایط محیطی مختلف، فولاد نامناسب و نگهداری غیر صحیح مصالح یاد شده، طرح اختلاط نادرست، عدم رعایت پوشش کافی روی آرماتور و عمل آوری نامناسب نام برد.

مصالح تشکیل دهنده بتن

ویژگی‌های مصالح تشکیل دهنده بتن نقشی تعیین کننده در پایایی بتن در مناطق گرمسیری دارند. خواص فیزیکی، شیمیایی، الکتروشیمیایی و مکانیکی مصالح در این ارتباط اهمیت فراوان دارند. میزان ناخالصی‌ها به ویژه در سنگدانه‌ها و آب نکاتی است که باید در بررسی و انتخاب مصالح مد نظر باشد.

سنگدانه‌های بتن تقریباً سه چهارم حجم آن را تشکیل می‌دهند. از این رو کیفیت آنها از اهمیت ویژه برخوردار است. سنگدانه‌ها نه تنها در مقاومت بتن بسیار موثرند بلکه دوام و پایایی بتن نیز تا حد زیادی تحت تاثیر ویژگی این مواد قرار می‌گیرد.

دمای سنگدانه‌ها و تاثیرآن بر بتن ریزی

دمای سنگدانه‌ها اثر قابل توجهی بر دمای بتن تازه دارد، زیرا سنگدانه‌ها ۶۰ الی ۸۰ درصد کل وزن بتن را تشکیل می‌دهند. در این تناسب گرمایی، به منظور کاهش دمای بتن به مقدار ۶/۵ درجه سلسیوس لازم است دمای دانه‌ها فقط ۴/۹ درجه سلسیوس کاهش یابد. می توان با روش‌های ساده دانه‌ها را خنک نمود. ممانعت از تابش مستقیم خورشید بر سنگدانه ها و مرطوب نگاهداشتن آنها آسانترین روش‌هاست. غرقاب کردن دانه‌ها در مخازن آب سرد، یا عبور هوای خنک از میان انبار دانه‌ها از طریق تونل‌های عایق شده روش‌های دیگری برای خنک نگاهداشتن دانه‌هاست.

تخلخل و جذب آب

تخلخل، نفوذپذیری و جذب آب سنگدانه‌ها بر چسبندگی مصالح به خمیر سیمان، مقاومت بتن در برابر یخ زدن و آب شدن و همچنین بر ثبات شیمیایی و مقاومت در برابر سایش اثر دارد. قسمتی از فضای خالی سنگدانه‌ها کاملاً در داخل جسم جامد قرار می‌گیرند و بعضی دیگر در نزدیک سطح واقع شده و به خارج راه دارند.

خمیر سیمان به علت لزجتی که دارد نمی‌تواند به جز در مورد منافذ بزرگ سنگدانه‌ها، تا عمق زیادی نفوذ نماید. از این رو به منظور محاسبه میزان سنگدانه‌ها در بتن از حجم ناخالص سنگدانه‌ها که به صورت توپر در نظر گرفته می‌شوند، استفاده می‌شود. آب به داخل منافذ راه یافته، آهنگ نفوذ آب به اندازه، پیوستگی و کل حجم فضاهای خالی بستگی دارد.

توصیه‌هایی برای استفاده از مواد افزودنی

اگر مواد افزودنی خوب تولید شده و به طور مناسب به کار برده شوند، اهدافی را که در بخش قبل مورد بحث قرار گرفت، به نحوی موثر تامین می‌نماید، اما کاربرد بی ضابطه و ناآگاهانه آنها ممکن است به نتایجی نامطلوب منجر شود. اطلاعات کافی و قابل اعتماد در مورد امکانات، نقش، شرایط و موارد احتراز از مصرف مواد افزودنی باید از سوی تولید کنندگان در دسترس مصرف کنندگان قرار گیرد.

تا جایی که بتوان از طریق تعیین بهترین نسبت‌های اختلاط و با استفاده از امکانات و تجهیزات متعارف، بتنی با کیفیت و ویژگی مورد نظر تهیه کرد، کاربرد مواد افزودنی به لحاظ فنی و اقتصادی فاقد توجیه است. مصرف این مواد اساساً وقتی موجه است که معضلات موجود در عملیات اجرایی را بر طرف سازد. یا ویژگی‌هایی را موجب شود که بدون استفاده از مواد افزودنی دست یابی به آنها میسر نباشد.

کاربرد روانسازها و روان کننده‌های قوی در بتن

استانداردهای مختلف برای جلوگیری از بروز خوردگی فولاد و تخریب بتن در شرایط حاد محیطی و مخرب، نسبت آب به سیمان مصرفی در بتن را شدیداً محدود می‌نماید، این محدودیت باعث تولید مخلوط بتن خشن می‌شود. در شرایط آب و هوای گرم، افت شدید اسلامپ نیز مشکلات اجرایی را تشدید می‌نماید. استفاده از مواد افزودنی روان کننده برای مقابله جدی با افزایش آب مورد نیاز و حصول کارایی و روانی مطلوب از ضرورت‌های اساسی است تا بتوان علاوه بر تولید بتن غیر قابل نفوذ و متراکم با نسبت آب به سیمان کم، مراحل تهیه، حمل، ریختن، تراکم و پرداخت بتن را انجام داد.

ویژگی‌های بتن در مناطق گرمسیر

بتنی که در ماه‌های گرم سال در این قبیل مناطق ریخته می‌شود در معرض شرایطی قرار می‌گیرد که بر خواص بتن تازه و سخت شده تاثیر مستقیم دارد. اهم ویژگی‌های بتن در این شرایط به شرح زیر است.

نیاز به آب بیشتر
افزایش آهنگ گیرش یا کاهش سرع اسلامپ بتن تازه
ایجاد و افزایش ترک‌های ناشی از جمع شدگی خمیری بتن تازه و افت ناشی از خشک شدن در بتن سخت شده
مشکل کنترل مقدار هوای محبوس در بتن
مقاومت فشاری نهایی کمتر
افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی گزندبار و کاهش پایایی بتن
ظاهر ناخوش آیند سطح تمام شده بتن

پوشش‌های حفاظتی بتن

تجربه نشان داده که پوشش‌های حفاظتی از قبیل رنگ‌ها، روکش‌ها و … توان و خاصیت محافظت دراز مدت بتن را ندارند و نسبت به انواع غشاهای مراقبت از قبیل ورقه‌های پلی اتیلن آغشته به مواد قیری به ویژه در مجاورت خاک، ضعیف‌تر عمل می‌کنند. در نقاطی که لازم است بتن در مقابل حملات کلریدها محافظت شود یا در مواردی که پوشش روی میلگردها به اندازه کافی تامین نشود، می‌توان با اجرای روکش‌ها یا رنگ‌ها تا حدودی از بتن محافظت کرد. این مواد باید چسبندگی خوبی با بتن داشته و ترک‌های در حال گسترش را محدود نمایند.

فهرست مطالب نشریه شماره ۱۵۲

تمامی فصل‌های نشریه شماره ۱۵۲ پس از تهیه در چندین نوبت مورد بررسی کارشناسان سازمان مدیریت و برنامه ریزی قرار گرفت. گزارش حاضر پس از اعمال اصلاحات لازم در هشت فصل به شرح زیر گردآوری و تنظیم شده است.

فصل اول-طبقه بندی‌های اقلیمی

در این فصل ابتدا عناصر اقلیمی از دیدگاه کارشناسی بتن تشریح و سپس پهنه بندی اقلیمی تبین شده است. در پایان فصل نیز مطالبی در تعریف اصطلاح ریز اقلیم‌ها ارائه شده است.

فصل دوم-مکانیزم‌های خرابی

ابتدا مسائل خاص مناطق گرمسیری در مورد خرابی سازه‌های بتن آرمه عنوان و سپس مکانیزم انواع خرابی‌های بتن شامل کربناتی شدن، خوردگی کلروری، حمله سولفات‌ها و واکنش قلیایی و کربناتی سنگدانه‌ها به تفصیل بیان شده است.

فصل سوم-مصالح

با توجه به اهمیت ویژگی مصالح تشکیل دهنده بتن و اثر آن بر دوام و پایایی بتن در مناطق گرمسیری، نشریه شماره ۱۵۲ تشریح شده است. در این قسمت نقش سنگدانه‌ها، آب، سیمان، مواد افزودنی و فولاد و تنوع آنها بررسی شده است.

فصل چهارم-روش‌های اجرای و توصیه‌ها

روش‌های اجرا بر ویژگی‌های بتن نقش تعیین کننده دارند. با توجه به شرایط خاص بتن در مناطق گرمسیری توصیه‌های اجرایی برای طراحی، ساخت و عمل آوری بتن صورت گرفته است.

فصل پنجم- بهره‌برداری و نگهداری از سازه‌های بتنی

عمر مفید هر سازه بتنی به نحوه بهره‌برداری و نگهداری از آن بستگی دارد. اصول نگهداری، بهره‌برداری و تعمیرات به منظور تامین شرایط لازم برای افزایش عمر مفید سازه‌های بتنی مورد بحث قرار گرفته است.

فصل ششم-مشاهدات و تجربیات

این فصل به شرح مسایل سه پروژه بزرگ بتن آرمه در منطقه، اختصاص یافته است. این پروژه‌ها در ایران، پاکستان و خلیج فارس اجرا شده‌اند.

فصل هفتم-بتن‌های ویژه

پیشرفت‌های علمی و فنی در صنعت سیمان ضعف‌ها و کاستی‌هایی رادر کاربرد سیمان پرتلند به عنوان ماده چسباننده بتن آشکار ساخته است. از این رو با توجه به نیازهای فنی و اقتصادی نوین، بتن‌های ویژه‌ای برای کاربردهای مخصوص تولید شده‌اند.