آسیب‌های شیمیایی (کربوناسیون، کلریدها، سولفات‌ها و سرطان بتن )

الف ) کربوناسیون یا کربوناته شدن

به واکنش بین دی اکسید کربن و یک هیدروکسید یا اکسید که منجر به شکل‌گیری کربنات می‌گردد کربناسیون می‌گویند. در فرآیند کربناسیون بتن به دلیل واکنشی که بین هیدروکسید کلسیم موجود در بتن و دی اکسید کربن  هوا رخ می‌دهد، کربنات کلسیم تولید می‌گردد. این پدیده خوردگی میلگرد را تسریع می بخشد، چون عموما به دلیل کربوناسیون PH بافت بتن کم می‌شود شرایط برای حمله کلرید مهیا می‌گردد. کربوناسیون در بتن ناشی از حمله گاز ‌دی‌اکسید کربن در هوا یا آب و واکنش آن با کلسیم درون بتن می باشد. خمیر سیمان حاوی ۲۵ تا ۵۰ درصد وزنی هیدروکسید کلسیم میباشد.با کاهشPH بتن که به عنوان لایه محافظ میلگرد عمل میکند میلگرد در برابر خورندگی ضعیف شده و عمل کربناسیون باعث تخریب بتن میشود کربناسیون در محیط­‌های مختلف یکسان نیست و بسته به شرایط محیطی میزان آن متفاوت خواهد بود. میزان رطوبت موجود در مجاورت بتن بر این موضوع اهمیت بسیار دارد شدت این پدیده در مناطق مرطوب و ساحلی زیاد و در مناطق گرم و خشک کم‌تر میباشد. این پدیده ابتدا از سطح بتن آغاز می‌شود و به آرامی به عمق بتن نفوذ می‌کند.

ب ) حمله سولفاتی

 در حمله سولفاتی خارجی به بتن، یونهای مهاجم سولفات با 2(Ca(Oh و C-S-H حاصل از هیدراتاسیون سیمان واكنش میدهد و باعث از دست دادن مقاومت میشوند. همچنین یون سولفات با C3Aسیمان واكنش میدهد و تولید اترینگایت مینماید كه تحت تاثیر انبساط حاصل از آن، به بتن صدمه وارد میشود.به طور کلی مکانیسم حمله سولفاتها به داخل بتن در اثر واكنش شیمیائی بین سولفاتها و خمیر سیمان کریستال های سوزنی اترینگات تشكیل می شود که حجمی معادل200% دارند و باعث بروز ترک خوردگی می گردند.اثرات حمله به دو شكل مشخصاً متفاوت صورت می‌گیرد که بستگی به غلظت و منبع یون های سولفات مهاجم دارد 1- انبساط بتن : که منجر به ترک خوردگی و افزایش نفوذپذیری و تسریع فرآیند آسیب‌دیدگی می شود 2- کاهش مستمر مقاومت و جرم : ناشی از بین رفتن چسبندگی بین محصولات حاصل از هیدراتاسیون سیمان 

اثرات حمله سولفاتها به بتن

1-حمله سولفات ها به بتن مکانیزم فیزیکی داشته که در اثر از دست دادن رطوبت در منافذ موئینه، نمکها غلیظ و کریستاله میگردند، که همانند مکانیزم عمل انجماد و ذوب شدن مکانیزم فیزیکی حمله سولفات ها به بتن سبب ترک خوردگی می شود

2-در اثر حمله سولفات ها به بتن سولفات ها با هیدرواکسید کلسیم آزاد واکنش شیمیایی داده و محصول هیدراسیون ترکیب شده ساختار منافذ بتن را تخریب می نماید.

 3- دراثر حمله سولفات ها به بتن ،واکنش یـون سولفـات با فـاز سیمان تولیـد اترینگایت حجیم می نماید و سبب ترک خوردگی می شود.

ج ) حمله کلریدی

در حمله كلرایدی، یون مهاجم كلر از سطح بتن به همراه آب به داخل محیط بتن نفوذ مینماید و با تشكیل اسید كلریدریك باعث كاهش  PH محیط بتن میشود و این امر سبب از بین رفتن لایه محافظتی آرماتور شده، اكسید شدن آرماتورها و انبساط حاصل از آن به بتن صدمه وارد مینماید.خوردگی ناشی از حمله کلریدی، عارضه غالب بتن در محیط های خشن مانند خلیج فارس است. بتن امروزه یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که عمدتا در سازه های بزرگ و حساس نمود بیشتری پیدا کرده است یکی از دلایل اصلی خرابی سازه های بتنی،خوردگی آرماتورها در اثر از بین رفتن لایه اکسیدی خود جوش در اطراف آرماتورها به دلیل نفوذ یون های کلردر بتن می باشد مشاهدات و بررسی های متعددی نشان داده که یون های کلر،به ویژه یون های موجود در نمک های یخ زدا و آب دریاها ، عامل اولیه خوردگی آرماتورها در سازه های اجرا شده در دریاها و مناطق ساحلی می باشند ، یون های کلر که از میان ترك های بتن، درون آن نفوذ کرده و خود را به آرماتورها می رسانند، موجب از بین رفتن لایه اکسیدی محافظ بتن میشوند و در نتیجه، شتاب بخشیدن به واکنش های خوردگی را به دنبال می آورند . با توجه به تأثیرات نامطلوبی که یون های کلر در بتن ایجاد می کنند توجه به مسئله نفوذ یون کلر در سازه های بتنی و ارائه طرح اختلاطی که بتواند میزان نفوذ یون های کلر را در محدوده های مجاز نگه دارد ضروری به نظر می رسد. به منظور کاهش نفوذ یون کلر به بتن علاوه بر چهار جزء اصلی طرح اختلاط یعنی آب، سیمان، سنگدانه های درشت و سنگدانه های ریز، به طور معمول از دو جزء دیگر یعنی مواد روان کننده و یا فوق روان کننده و میکروسیلیس انجام میگردد.

د )سرطان بتن

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 0.6 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 فرو پاشی 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. مکانیزم عمل سرطان بتن بدینگونه است که 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 می باشد،این ژل به خصوص درسازه هائی که درمجاورت آب باشند به مرور زمان خاصیت انبساطی پیدا می کند وسازه را ازدرون 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 از5 الی 10 سال بعد ازبتن ریزی بروزپیدا می کند