کنکاشی پیرامون دوام بتن
دوام بتن عبارتست از توانایی مصالح برای حفظ یکپارچگی به لحاظ سازه ای، ظرفیت حفاظتی و به لحاظ زیبایی ظاهری در طی یک دوره طولانی زمانی می باشد. نکته مهم آنکه فوایدی که بتن در حالت شکل پذیر و سخت شدگی اولیه دارد توسط افزودنی های کاهنده آب با هیچ اثر جانبی معکوسی در دوام بتن در دراز مدت خنثی نشود.
کربوکسیلات افزودنی مقاوم بتن
دوام بتن را می توان به لحاظ خصوصیات زیر در نظر گرفت:
1- مقاومت در برابر حمله مایعات مضر که معمولا کلریدهای محیط های آبی یا نمک غیر یخ زننده و سولفاتهای ناشی از آب های زیرزمینی می باشد.
2- ممکن ااست مقاومت در برابر چرخه ذوب- انجماد در طی ماه های زمستان در بسیاری کشورها تجربه شود. این مورد تابعی از میانگین دماهای اوقات زمستان در کشورهای مختلف نخواهد بود، به واقع محیط های خیلی سرد تنها تعداد کمی چرخه های ذوب انجماد خواهند داشت. در کشورهایی چون انگلیس، دماهای اوقات روز در زمستان اغلب بالای صفر درجه و در شیب پایین از این مقدار است. با این نگاه، چرخه های ذوب انجماد بیشتری نسبت به کشورهایی همچون اسکاندیناوی یا آمریکای شمالی در جایی که دماهای اوقات روز در زمستان ها عموما زیر صفر باقی می ماند، وجود خواهد داشت.
3- حفاظت از آرماتورهای فولادی. بتن ایجاد لایه ای غیرفعال در حد فاصل فولاد با بتن می کند و هر خللی در این مورد می تواند شانس خوردگی آرماتورها را بالا ببرد. به علاوه مهم است که بتن در حالت «نفوذپذیری پایین» حفظ شود تا بور رطوبت و هوا به درون فولاد به حداقل برسد.
4- اکثر محاسبات بار برای سازه های بتنی براساس مقاومت فشاری 28 روزه بتن است، بر این مبنا که بتن در سال های بعدی هم همچنان به کسب مقاومت ادامه می دهد. هرگونه تغییر اساسی در کسب این مقاومت به طور واصح برای یکپارچگی سازه زیان بار است و قطعا هر تغییر ناگهانی در ویژگی های مقاومتی می تواند فاجعه انگیر باشد.
5- بتن، خصوصا تحت شرایط خشک شدگی تحت تغییرات حجمی واقع می شود. در حالت بارگذاری نشده، تغییر حجم را جمع شدگی می نامند. درحالی که تغییرات اضافی حجم تحت بار اعمالی را خزش می نامند. تغییرات در سرعتی که در آن بتن دچار جمع شدگی یا خزش می شود (به دلیل مصالح اضافه شده) می تواند مساله ساز شود، مخصوصا در جاهایی که بتن با خصوصیات تغییر شکلی با حجم مختلف در تماس با همدیگر هستند، یا در جاهایی که درزها (مفاصل) بتن برای یک میزان حرکتی مشخص طراحی شده اند.
الف- مقاومت در برابر مایعات مهاجم (مضر)
تخریب بتن تحت فعالیت موادی که به طور مضر به مجموعه سیمان تهاجم می کنند، تابعی از نفوذپذیری یا تخلخل بتن خواهد بود که به صورت غیرمستقیم توسط آزمایش ISA قابل اندازه گیری می باشد. همانطور که نشان داده شده است، برای مخلوط های بتن حاوی سیمان 300-255 که برای کارایی و مقاومت 28 روزه یکسانی طراحی می شوندف تفاوت محسوسی میان این مخلوط های عاری از افزودنی با آنهایی که دارای یک عامل کاهنده آب لیگنوسولفوناتی هستند (تا جایی که به جذب سطح اولیه مربوط است) وجود ندارد. بتن های مذکور در معرض ارزیابی توزیع میان فشاری خالی از طریق یک تخلخل سنج جیوه ای نیز قرار گرفتند و این نتایج در شکل های 39-1 و 40-1 نشان داده شده است. به نظر اندازه گیری مستقیم از اثر عوامل مهاجم مضر بر روی دوام بتن تنها محدود به آب دریا و حمله سولفاتی می باشد. در هر دو حوزه معلوم شده است که هر چه نسبت آب به سیمان پایین تر باشد، مقاومت برای تهجم بیشتر خواهد بود و کاربرد یک افزودنی کاهنده آب مفید خواهد بود. این امر با کاری که در هلند و ژاپن انجام شده مورد تایید قرار گرفته است و یک نتیجه کلی این شده است که کاهش در نسبت آب به سیمان از 5/0 به 4/0، کاهش ضخامت پوشش آرماتورها را تا حدود 50 درصد مجاز می سازد.
مقاومت سولفاتی
در این حوزه، اثرات انواع گوناگون افزودنی های کاهنده آب اسید هیدروکسی کربوکسیلیکی و لیگنوسولفوناتی از دیدگاه تاثیر بتن هایی که دارای طرح اختلاط یکسانی باشد مورد مطالعه واقع شده است. اما با نسبت آب به سیمان کمتر در حالتی که مخلوط ها حاوی افزودنی باشند. همچنین کار کمی بر روی مخلوط های متناظر با مقدار سیمان پایین تر و با همان نسبت آب به سیمان و همان مقاومت 23 روزه در مورد اختلاط های حاوی افزودنی صورت گرفته است. مجموعه نتایج برای انواع مختلف افزودنی کاهنده آب با استفاده از روش آزمایشی که در آن بتن به صورت دوره ای طی چند چرخه در معرض محلول های حاوی سولفات قرار می گیرد تا به یک انبساط مشخص برسد، به همراه کاهشی در مدول یانگ (E) در جدول 1-12 ارائه شده است.
شکل 1-39 جذب سطحی اولیه در بتن های خشک شده در کوره که حاوی عوامل کاهنده آب لیگنوسولفوناتی باشد (Hewlett)
.jpg)
شکل 1-40 منحنی فرکانس توزیع اندازه منفذی (Hewlett)
عموما مصالحی از نوع اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و لیگنوسولفونات موجب توسعه در مقاومت سولفاتی می شوند. کاری که روسی ها انجام داده اند (و در جدول 1-22 نشان داده شده) به این صورت بود که ابتدا یک عامل کاهنده آب نامشخص تهیه و مستقیما اضافه شد. روش آزمایش عبارت از اندازه گیری فرکانس تشدید نمونه های بتنی پس از دوره های مختلف غوطه ور شدن در یک محلول سدیم سولفات 5 درصدی بود. متعاقبا فرمولی برای یافتن فاکتور دوام KC ارائه شد. این کار نشان داد که با کاهش مقدار سیمان در حضور عامل کاهنده آب، دوام در حضور محلول های سولفاتی به طور معکوس تحت تاثیر واقع می شود. از این منظر، نتیجه این شد که هر دو عامل کاهنده آب لیگنوسولفوناتی و اسید هیدروکسی کربوکسیلیکی می تواند برای کاهش نسبت آب به سیمان اختلاط های بتنی استفاده شود. این امر در ارتقاء دوام برابر حمله سولفاتی اثر می گذارد. با این وجود، وقتی کاهش میزان سیمان در عین ثبات کارایی و خصوصیات مقاومتی صورت می گیرد، باید قبل از استفاده در کاربردهای حساس به سولفات، حتما آزمایش صورت پذیرد.
از دیدگاه اثرات مخرب شناخته شده افزودنی های حاوی کلسیم کلرید و احتمال تاثیر یکسانی که در ترکیب کلسیم وجود دارد، پیشنهاد می شود که افزودنی های کاهنده آب تسریع کننده، در ناحیه هایی که مقاومت سولفاتی حائز اهمیت می باشد، استفاده نگردد.
جدول 1-21 مقاومت سولفاتی مخلوط های بتنی حاوی عوامل کاهنده آب (هیچ تغییر در طرح اختلاط به غیر از اضافه شدن افزودنی کاهنده آب نداریم)
| آزمون سولفات تسریع یافته | توضیحات | شماره اختلاط |
| 0.2 درصد انبساط | 0.2 درصد انبساط | |
| درصد کاهش در E | چرخه ها | درصد کاهش در E | چرخه ها | |
75.7
78.7
85.2
08.7
07.7
ـ
2.72+
ـ
57.2+
ـ
ـ
07.8
02.5
ـ
ـ
ـ
ـ
ـ
ـ | 880
887
807
77
75
8507
778
8587
572
ـ
8802
8052
8802
8882
8807
8807
8807
8807
8807 | 80.8
02.8
80.5
7.0
82.0
88.0
72.2
80.7
70.0
72.2
82.2
7.5
7.7
0.8
7.8
8.8
5.0
5.8
88.8 | 007
808
878
87
88
8872
882
502
877
8570
708
772
772
772
772
770
722
077
502 | سد کیروین
بدون عامل، کنترلی
عامل L، 0.25%
عامل A، 0.2%
سد گروس
بدون عامل، کنترل
عامل 0.2%
سد مونتیسلو
بدون پزولان، بدون عامل
پوزولان 30%، لدون عامل
بدون پزولان، عامل A
پزولان، عامل A
خاکستر بادی، عامل A
سریهای PPT
بدون عامل، کنترلی
عامل G
بدون عامل، کنترلی
عامل D | 08
00
08
08
57
57
55
50
57
0
7
7
5
87
80
88
88
87 |
ب- مقاومت در برابر چرخه های ذوب- انجماد
بتن به دلیل قرار گرفتن در معرض شرایط ذوب- انجماد مورد صدمه قرار می گیرد. این صدمه به علت انبساط آب در قسمت های موئین منجمد شونده و تشکیل یخ می باشد. از جمله نتایج انبساط در ریز ترک خوردگی ها، افت حاصل در مقاومت و مدول الاستیسیته می باشد. به علاوه، چنین بتنی به لحاظ زیبایی به علت شرایط نامطلوبی که در سطح آن پایدار می شود، غیرقابل قبول است. احتمالا نفوذ آب و هوا ااز طریق ریز ترک ها هم می تواند منجر به خوردگی آرماتورها شود. از این منظر، هر کاهش در نسبت آب به سیمان در ارتقاء دوام تحت این شرایط سودمند خواهد بود. این مورد در شکل 1-41 به تصویر کشیده شده است.
جدول 1-22 مقاومت سولفاتی نسبت آب به سیمان کاهش یافته و اختلاط متناظر
| ظرفیت دوام | نسبت آب به سیمان | نمونه ها و نوع افزودنی |
| 28 ماه | 20 ماه | 10 ماه | |
0.45
0.87
0.33 | 0.73
0.94
0.45 | 1.00
1.02
0.45 | 0.50
0.47
0.50 | بدون افزودنی، کنترل
روان کننده
روان کننده، میزان سیمان کاهش داده شده |
میزان قابل توجهی اطلاعات ثبت شده از این جنبه در مورد دوام وجود دارد، که در جدول 1-23 به صورت خلاصه آورده شده است.
لیگنوسولفونات ها
برای بتن مورد استفاده در سازه های سد، نتایج نشان داده شده در جدول 1-23 به دست آمده است. از این نتایج می توان دریافت که کاهش در نسبت های آب به سیمان به دست آمده در اکثریت موارد (80 درصد نمونه ها) منجر به بهبود در مقاومت مقابل ذوب انجماد شده است. در حقیقت، مقاومت میانگین بتن حاوی افزودنی 39 درصد بالاتر از نمونه های کنترلی بود. از آنجا که در این کار جایگزینی سیمان با پزولان عموما موجب کاهش در مقاومت ذوب- انجماد می شد، توانایی لیگنوسولفونات ها برای تامین مقاومت بهتر قابل فرآیند ذوب انجماد خصوصا در بتن های حاوی پزولان حائز اهمیت است. کاربرد ازفودنی های کاهنده آّ این امکان را برای اضافه شدن پزولان برای دیگر اثرات جانبی مفید، همچون کاهش حمله سولفاتی یا ارتقاء مقاومت به محیط های آبی فراهم می آورد. در حقیقت زمانی که در محیطی همچون آب دریا، چرخه ذوب انجماد بتن اهمیت می یابد. چرخه های ذوب انجماد بتن با یا بدون مایع سولفیت در آب دریا با نمک 34g/l انجام گرفته است، که در نتایج گرافیکی نشان داده شده در شکل 1-42 قابل مشاهده است. پیشرفت قابل توجهی در دوام در حضور ماده حاوی لیگنوسولفوناتی را در چنین شرایطی می توان مشاهده نمود.
شکل 1-41 رابطه میان نسبت آب به سیمان و مقاومت ذوب- انجماد
جدول 1-23 مقاومت ذوب- انجماد بتن های استفاده شده در سازه سد
| سیکل های انجماد و ذوب تا کاهش 25% شدن | درصد پوزولان | عامل | نسبت های W | شماره مخلوط |
| عمل آوری 14 روزه با 90 به علاوه 76 روز در آب با 50% PHعمل آوری 28 روزه با مه نوع % |
780
720
850
580
2900
530
2830
620
2050
1050
490
1070
1640
410
440
320
410
400
540
900
800
450
590
710
810
230
250 | 570
750
930
620
1180
650
1540
960
1490
270
430
350
210
430
630
670
550
1020
800
860
600
660
450
530
530
590
360
460 | 0
0
0
30
0
30
0
30
30
0
0
0
0
0
33.3
33.3
42.8
42.8
33.3
33.3
0
0
0
20
20
20
20
20 |
G
G
B
A
A
A
L
A
A
G
G
G
G
G
G
G
G
| 0
0.2
0.4
0.2
0.1
0.1
0.1
0
0.25
0.20
0
0.2
0
0.37
0
0.37
0
0.37
0
0.27
0.54
0
0.27
0.54
0
0.37 |
0.51
0.53
0.52
0.57
0.50
0.53
0.44
0.50
0.43
0.58
0.52
0.50
0.66
0.62
0.54
0.50
0.51
0.46
0.56
0.49
0.64
0.60
0.56
0.66
0.63
0.61
0.67
0.61 |
59
60
61
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
96
97
98
99
100
101
104
105
106
107
108
109
110
111 |
خاکستر بادی استفاده شده به عنوان پزولان
عوامل؛ A: آمونیوم لیگنوسولفونات، B: آمونیوم لیگنوسولفانات، G: کلسیم لیگنوسولفونات، L: کلسیم لیگنوسولفونات
تحقیقات نشان داده است که زمانی که لیگنوسولفونات به منظور کاهش دادن مقدار سیمان استفاده گردد، (در حالیکه کارایی و خصوصیات مقاومتی تغییر نکرده باشد) پیشرفت قابل توجهی در دوام مخلوط های حاوی سیمان کمتر و یک عامل کاهنده آب لیگنوسولفوناتی در قیاس با نمونه های کنترلی وجود دارد. این مطلب در شکل 1-43 نشان داده شده است. مطابق شکل کاهش های فزآینده ای در مقدار سیمان موجود با استفاده از یک عامل کاهنده آب لیگنوسولفوناتی برای حفظ مقاومت 28 روزه، صورت گرفته است.
%20%D8%AA%D8%AD%D8%AA.jpg)
شکل 1-42 مقاومت مقابل ذوب- انجماد در بتن حاوی لیگنوسولفونات ها (مایع سولفیتی) تحت شرایطی که در نمک قرار گیرد.
شکل 1-43 مقاومت مقابل ذوب- انجماد بتن های با میزان سیمان های مختلف در حضور لیگنوسولفونات ها
اطلاعات ثبت شده درباره عوامل کاهنده آب لیگنوسولفوناتی حاکی از آن است که، تا جایی که دوام در برابر ذوب انجماد مدنظر باشد (ناشی از نسبت های آب به سیمان پایین ممکن) ارتقاء در دوام به صورت غیر متغیر به دست خواهد آمد. زمانیکه افزودنی ها برای تاثیرگذاری در کاهش در سیمان استفاده می شود، نشانه هایی جدی وجود دارد که ارتقاء قابل توجهی در دوام حاصل می شود. ظاهرا به علت کاهشی که در مجموعه سیمان داریم بخشی از بتن در معرض آسیب یخ زدگی است. مقدار سنگدانه موجود بیشتر هم، توزیع تنش ها خیلی ساده تر را ممکن می سازد.
مواد اسیدی هیدروکروکسیلیکی
اطلاعات اندکی از اثر این دسته از مواد بر دوام مقابل ذوب- انجماد در بتنی کهب ه آن افزودنی اضافه شده باشد در اختیار داریم. با این وجود، یک مجموعه اطلاعات در جدول 1-24 نشان داده می شود.
جدول 1-24 مقاومت در برابر شرایط ذوب- انجماد بتن های حاوی عامل کاهنده آب اسید هیدروکسی کربوکسیلیکی
| وام نسبی مقاتل ذوب انجماد و ... تعداد سیکلهای لازم برای کاهش 71 درصدی مدول دینامیکی | میزان هوای موجود | نسبت آب به سیمان | میزان سیمان موجود در اختلا سنگدانه شنی، اسلامپ تراتر 57 تا 011 میلی متر | درصد پیمانه مصرفی | افزودنی |
2.6
5.6 | 2.7
3.5 | 0.61
0.59 | 313
308 | ـ
0.16 | افزودنی بدون هیدروکسی اسید
گسیلیک کربو |
جدول 1-25 مقاومت در برابر ذوب انجماد بتن محبوس کننده هوای حاوی افزودنی های کاهنده آب
| داده های مربوط به ذوب و انجماد | نسبت آب به سیمان | نوع عامل محبوس کننده هوا | پیمانه مصرفی | افزودنی کاهنده آب |
| درصد کاهش وزن | درصد فاکتور وام |
0.48
1.27
1.79
0.52
2.05
0.92
1.60
0.88
0.59
1.64
0.20 | 86
84
99
98
97
95
95
93
92
96
97 | 0.53
0.53
0.50
0.48
0.45
0.47
0.42
0.39
0.50
0.47
0.45 | Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin
Vinsol resin | ـ
ـ
عادی × 1
عادی × 2
عادی × 3
عادی × 1
عادی × 2
عادی × 4
عادی × 1
عادی × 2
عادی × 4 | بدون افزودنی (کنترل)
بدون افزودنی (کنترل)
نمک اسید هیدروکسی کربو گسیلیک
کلسیم لیگنوسولفونات
کلسیم لیگنوسولفونات |