آزمایش قلیایی و آزمایش افزودنی های بتن

با افزایش نگرانی در انگلستان در مورد خطرات ناشی از واکنش های قلیایی سیلیسی که باعث آسیب رسیدن به بتن می شوند آزمایش برای محتوای قلیایی توسعه یافته است. در این مقاله که توسط کارشناسان ما در کلینیک بتن ایران تهیه شده است، با آزمایش قلیایی و آزمایش افزودنی های بتن آشنا خواهید شد.

مقدار قلیا

یک روش تحلیل بتن سخت شده در آیین نامه بتن انگلیس قسمت 124 به ثبت رسیده که شامل استفاده از یک نور سنج کالیبره شده برای ارزیابی مقادیر اکسید سدیم و اکسید پتاسیم یک نمونه پودر شده مورد بررسی می شود. تعدادی ابهامات در این روش وجود دارد از جمله امکان تاثیر ترکیبات سدیم و پتاسیم موجود در سنگدانه که برای واکنش در بتن در دسترس نیست. روشی معمول است که تا آنجا که ممکن است سنگدانه درشت برداشته شود و کسر غنی از ریزدانه ها برای به حداقل رساندن این مشکلات تحلیل شود. مهاجرت یا شست و شوی قلیا در نمونه های آزمایش در حین نمونه برداری یا ذخیره سازی دلیل دیگر این ابهامات است. اطلاعات دقت برای این روش در حال حاضر موجود نمی باشند.

آزمایش غوطه وری قلیا

این آزمایش تلاش می کند تا شاخصی سریع برای حضور در یک نمونه بتن برخی ذرات واکنشی سیلیس-قلیا بدست دهد اما وقوع گذشته یا آینده ی آسیب رسانی واکنش های بین قلیاها در بتن را اثبات نمی کند. روش آزمایش با جزئیات توسط پالمر و همکارانش شرح داده شده است. یک سطح تراش داده شده با الماس، به صورت سایشی تخت شده است و یک نمونه با در نظر گرفتن اقدامات احتیاطی در محلول قلیا غلیظ کاملا غوطه ور می شود. همچنین برای جلوگیری از تبخیر در حین آزمایش باید احتیاط شود. زمان آزمایش حداکثر 28 روز در دمای 20 درجه سانتی گراد است گرچه این زمان در دماهای بالاتر افزایش می یابد. رشد ژل کوچک روی سطح آماده شده به صورت چشمی نظارت شده و هر ذره واکنشی شناسایی می شود. عکس برداری مقایسه ای قبل و بعد از آزمایش برای تایید و ثبت نتایج ضروری است.

مواد افزودنی

غالبا مواد افزودنی ارگانیک هستند و بدون کمک تجهیزات پیچیده مانند طیف سنج های جذب مادون قرمز یا کرونوماگراف های مایع پر فشار قابل شناسایی نیستند. ارزیابی مقدار مصرف (که غالبا موضوع نخست آزمایش است) بستگی دارد به دانشی دقیق از مواد افزودنی. با توجه به مقدار بسیار کم مواد افزودنی مورد استفاده، تحلیل مملو از مشکل و در معرض دخالت ناخالصی های بتن و سنگدانه است. مقاله اخیر رابرتز پیشنهاد می کند که مقدار سولفات و پراکندگی فاز در بتن تاثیرات قابل توجهی بر عملکرد مواد افزودنی بتن دارد. کتاب ریکسوم درباره استفاده و اعمال مواد افزودنی بحث می کند.

آزمایش قلیایی و آزمایش افزودنی های بتن

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از بتون ایران دنبال نمایید
واکنش قلیایی سنگدانه های بتن در سد سازی
عوامل آسیب دیدگی بتن در اثر واکنش قلیایی سنگدانه ها

کربناته شدن

کربناته شدن بتن به وسیله حمله از سوی دی اکسید کربن موجود در جو که به کاهش قلیا در بتن منجر می شود و خطر خوردگی میلگرد فولادی را افزایش می دهد. به طور طبیعی این محدود می شود به لایه سطحی تنها یک ضخامت میلی متری در بتن با کیفیت خوب اما می تواند در بتن با کیفیت پایین عمیق تر باشد با نتایجی به عمق 30 میلی متر که غیر معمول نیست. میزان کربناته شدن به راحتی به وسیله آغشتن سطوح نمایان تازه یک تکه از بتن (که از یک عضو، شکسته شده تا سطوح تقریبا عمود بر وجه خارجی به دست می آید) به شاخص فنل فتالئین ارزیابی می شود.

روش دیگر، نمونه های پودری تدریجا سوراخ کاری شده می تواند اسپری شود یا اجازه ی سقوط روی صفحه فیلتر آغشته به شاخص داده شود. هسته های سوراخ کاری شده نیز ممکن است شکافته شده و با شاخص اسپری شوند تا نمای کربناته شدن را نشان دهند. هر جا بتن بسیار قلیایی از کربناته شدن تاثیر پذیرد رنگ بنفش- قرمز حاصل می شود اما هیچ رنگی در نواحی کربناته شده ظاهر نمی شود.

تغییر رنگ فنل فتانئیل مربوط است به PH حدود 2/9 در حالی که خوردگی تقویت ممکن است احتمالا در محلول منفذی با PH کمتر از حدود 11 آغاز شود. بنابراین نمای کربناته شده باید همانطور که در رابطه با خوردگی فولاد تقریبی است ثبت شود. عرض نمای کربناته شده میان این مقادیر حدود 3-2 میلیمتر است اما برخی مواقع مجموع دقت 5± میلی متر برای یک آزمایش منفرد با استفاده از این روش نقل شده است. با گرفتن میانگین چند قرائت دقت قابل بهبود است، مثلا 5 قرائت می تواند دقتی 2± میلی متری در سطح اطمینان 95 درصد بدهد. شاخص های رنگین کمان چند رنگ نیز موجودند که می توانند اطلاعاتی با جزئیات کمی بیشتر ارائه دهد.

گاهی تعدادی مشکلات عملی همانطور که توسط تئوفیلوس بحث شده به وجود می آیند. این مشکلات عبارتند از:

• بتن تازه شکسته شده که مرز تغییر رنگی در ابتدا به روشنی تعریف شده می دهد در عرض تقریبا یک دقیقه رنگی می شود و باعث می شود این مرز ق��بل تشخیص نباشد.
• ممکن است بلافاصله بتن کاملا کربناته نشده ثبت شود، علیرغم مطالعات میکروسکوپی که عمق کربناته شده قابل توجهی را نشان می دهد (این حالت کمتر رایج است).
• بتن تازه شکسته شده در ابتدا کربناته شده ثبت می شود اما در جایگاه های بعدی رنگ صورتی ظاهر می شود. این امر در بتن های سفید و همچنین بتن هایی که به اصطلاح سنگ بازیافتی ساخته شده اند اتفاق می افتد.

دلیل همگی این اثرات، کربناته شدن تکه ای پراکنده و اثر هیدراتاسیون دانه های سیمان در نواحی کربناته شده است. بنابراین سرعت گسترش رنگ در این آزمایش در قضاوت عمق کربناته شدن مهم است. تغییر رنگ باید تقریبا آنی باشد. تغییر آهسته عموما کربناته شدن جزیی یا تکه تکه را نشان می دهد.

نتایج مشکوک را غالبا می توان با اسپری کردن سطح با آب مقطر بلافاصله قبل از اسپری کردن با فنل فتالئین روشن ساخت و از استفاده از مقادیر بیش از اندازه شاخص باید اجتناب شود. تنها به بهترین اسپری (آب پودری) نیاز است.

آزمایش های شیمیایی مستقیم را می توان به منظور تعیین نمای کربناته شدن با دقت بالاتر به کار برد و در موقعیت های بحرانی قابل توجیه است. این آزمایش ها عبارتند از اندازه گیری کربن دی اکسید تشکیل شده از تکه های تخصصی مانند چگالی سنجی دمایی می باشد.

احتمالا میکروسکوپی دقیق ترین روش اندازه گیری کربناته شدن است، که شامل اثرات موضعی ترک های سطحی می شود. بخش های باریک زیر نور از کنار قطبی شده دیده می شوند تا بلورهای کلسیم کربنات معلوم شوند اما سنگدانه ریز آهکی ممکن است مانع تشخیص کربناته شدن شوند.

پیشرفت کربناته شدن در طول زمان غالبا با عبارت زیر محاسبه می شود:

که D عمق به میلی متر در زمان t سال و K ثابتی است برای بتن و شرایط حاکم کاربرد این عبارت برای پیش بینی زمان نمای کربناته شدن جهت رسیدن به عمقی مشخص، اثرات دامنه دقتی که با آن میزان کربناته شدن اندازه گیری شده حاصل شده را بزرگ نمایی می کند. واتکینز و پیت نشان دادند که عبارت بالا یک مختصرسازی است و رابطه قابل اطمینان تر این است:

x بین 5/0 و 1 است. در اطلاعات وسیع محل از مورد خوبی به نمایش گذارده شده که K و x با توجه به سطح مقاومت متغیرند. سرعت های کربناته شدن عموما در بتن خشک یا بتن خارجی دارای سرپناه بیشتر از بتن های در معرض باران است؛ بنابراین وجوه متفاوت سازه یا عنصر احتمالا عمق های متفاوت کربناته شدن را نشان می دهند. این عوامل توسط سامرویل بیشتر توضیح داده شده اند در حالی که ارزیابی خطر خوردگی حاصله توسط سیمز به طور خلاصه شرح داده شده است.

روش های میکروسکوپی

این روش ها دو طبقه بندی اصلی دارند که عبارتند از روش هایی که شامل بازرسی سطح بتن آماده شده با نور انعکاسی و روش هایی که نیازمند یک بخش باریک هستند تا ایجاد شوند. جامعه بتن و فرنچ این روش ها و دیگر روش های سنگ شناسی را با جزئیات شرح داده اند.

بازرسی سطحی توسط نور انعکاسی

الگوهای ترک داخلی اصلی ناشی از واکنش های سیلیس- قلیا را می توان از طریق دیدن سطح جلا یافته یک قطعه بتن که اسپری شده یا به آغشته شده رنگ فلورسنت تحت نور ماورابنفش بازرسی کرد. یک کیت بازرسی میدانی قابل حمل برای استفاده در سطح بررسی شده درجا موجود است اما باید احتیاط شود تا فلورسانت ضعیف که ممکن است به دلیل بتن کربناته شده باشد مجاز دانسته شود. تکنیک های تخصصی آزمایشگاهی برای تعیین مقدار سیمان، سنگدانه و هوای نمونه گرفته شده از بتن درجا نیز قابل استفاده هستند.

مبانی نظری

یک وجه جلا یافته و برش داده شده از نمونه بتن خشک شده را می توان با استفاده از استریومیکروسکوپ بازرسی کرد تا نسبت های حجمی بتن سخت شده به دست آید. پولیوکا یک روش شمارش نقطه را شرح داده که براساس این قاعده است که فرکانسی که با آن هر جز در نقاط با فاصله یکسان در طول یک خط تصادفی روی سطح اتفاق می افتد حجم نسبی اجزا به صورت جامد را منعکس می کند. این امر بدین دلیل است که حجم های نسبی اجزا یک جسم جامد غیرهمگن مستقیما متناسب هستند با مناطق مربوطه روی یک بخش مسطح و نیز تقاطع این مناطق در طول یک خط تصادفی روی این بخش.

یک روش جایگزین، روش خطی متقاطع است که در آن تقاطع اجزا در طول مجموعه ای از خطوط منم متقاطع با فاصله کوتاه اندازه گرفته می شود. در هر صورت سنگدانه و حفره ها قابل تشخیص هستند و فرض می شود باقی مانده سیمان هیدراته است. مجموع حجم این را می توان محاسبه کرد و به یک حجم سیمان هیدراته نشده تبدیل کرد اگر وزن مخصوص سیمان خشک و مقدار آب غیرمتصاعد سیمان هیدراته معلوم است.

مراحل

سطح برش باید با احتیاط آماده شود به طوری که اجزا به راحتی قابل تشخیص هستند. بهترین راه دستیابی به این، صیقل دادن و آغشته کردن آن به یک رنگ مناسب پیش از جلا دادن است. نمونه آماده شده به طور طبیعی به وسیله یک استریومیکروسکوپ با یک مرحله نمونه متحرک بازرسی خواهد شد که به طور دستی یا با موتور هدایت می شود. شمارش به صورت دستی کنترل می شود اما ممکن است به راحتی به یک کامپیوتر اتصال یابد که با مرحله در حال حرکت همراه است تا موقعیت آن را به صورت خودکار ثبت کند. عموما بزرگ نمایی 50 برابر استفاده می شود.

استاندارد آمریکا مربوط به اندازه گیری هوای جاری با استفاده از تقاطع خطی یا تکنیک های اصلاح شده شمارش نقطه می باشد. در روش تقاطع خطی، سوابق از تعداد کلی بخش های حفره های هوا، فاصله کلی در سرتاسر حفره های هوا و فاصله کلی در سرتاسر باقی مانده نگهداری می شود. روش اصلاح شده شمارش نقطه شامل ثبت فرکانس هر جز همزمان با یک سیستم منظم از نقاط است که همراه با فرکانس تقاطع هر جز به وسیله خطوط با فاصله منظم است.

هر دو روش محاسبه تعداد، اندازه و فاصله حفره های هوا را امکان پذیر می سازد. اندازه معمولا از نظر سطح ویژه بیان می شود در حالی که عامل فاصله به طور معمول استفاده شده، بیشترین فاصله از هر نقطه در خمیر پیرامون یک حفره هوا را ارائه می دهد. مارکستاد عملکرد این روش در اندازه گیری حفره های هوا در بتن سخت شده از پلت فرم های دریایی را شرح داده است و همچنین جزئیات استفاده از یک میکروسکوپ تحلیل عکس خودکار برای این کار را در اختیاز می گذارد. مزیت سرعت بیشتر نسبت به روش های میکروسکوپی استاندارد خسته کننده را دارد.

تصویر نوری یک نقطه روی سطح زمین روی سطح حساس به عکس یک لوله دوربین TV انداخته می شود و به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. موقعیت و نیروی هر سیگنال می تواند طبقه بندی شده و برای پردازش ذخیره شود و چاپ اطلاعات درصد مساحت یا حجم و سطح مخصوص حفره های هوا همراه با جزئیات اسکن یک سطح مشخص را می دهد. آماده سازی سطح مخصوص برای پرکردن منافذ با گچ سفید لازم است در حالی که باقی مانده سطح سیاه می شود.

قابلیت اطمینان و کاربردها

ادعا می شود که این روش می توان مقدار سیمان را تا 10%± محاسبه کند و مقدار کلی سنگدانه و نسبت سنگدانه درشت به ریز به طور مشابه قابل ارزیابی است. اما مقدار کلی آب قابل ارزیابی نیست زیرا آب و حفره های هوا قابل تشخیص نیستند به استثناء حفره های هوایی که با ماهیت کروی آنها و اندازه یکنواخت شناخته می شوند. در موقعیت هایی که نمی توان مقدار سیمان به صورت شیمیایی تعیین کرد، این روش ارزش خواهد داشت. جامعه بتن جزئیات آزمایش های دقیق را ارائه می دهد.

این روش همچنین برای اندازه گیری هوای وارد شده قابل قبول است. انتخاب میان شمارش نقطه یا روش های تقاطع خطی به شرایط بستگی خواهد داشت اما مارکستاد مشکلات شناسایی ترکیبات منجر به ابهامات در روش شمارش نقطه را نشان داد. صرف نظر از نوع روش مورد استفاده، مراحل خسته کننده هستند و نیاز به تجهیزات تخصصی و مهارت در آماده سازی نمونه و اندازه گیری دارد. کمک های مدرن الکترونیکی بار تلفیق اطلاعات را کاهش م یدهد و میکروسکوپ های خودکار تحلیل تصویر احتمالا به صورت گسترده تری مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

روش های برش باریک

کاربردهای بازرسی میکروسکوپی برش های باریک در بخش های آخر این فصل مشخص شده است و شامل تشخیص ترکیبات مخلوط، کربناته شدن و عوامل تخریب می باشد. رشد قابل توجهی در استفاده از این روش در ارتباط با واکنش سیلیس- قلیا آزمایش شده است که روش برای تایید اینکه واکنش اتفاق می افتد، بررسی اندازه و مقدار ترک ها و تشخیص ذرات سنگدانه واکنشی ارزشمند است (شکل 9-7). هنگام تشخیص واکنش های بین قلیاها به عنوان کمک یا تنها دلیل آسیب، ضروری است ترک های منشعب از یک ذره واکنشی با وجود ژل، بررسی شوند (به اصطلاح محل های واکنش انبساطی). حضور فقط ژل به طور قطعی گواه ASR انبساطی نیست.

شکل 9-7 عکس میکروسکوپی واکنش سیلیس- قلیایی

آماده سازی نمونه شامل برش یک قطعه از یک مغزه با اره الماس (در صورت لزوم قبل از اشباع رزین در خلا)، خشک کردن و اشباع با رزین اپوکسی با ویسکوزیته پایین می باشد. سپس این برش می خورد و با استفاده از روش های سنگ شناسی استاندارد تا ضخامت 30 میکرون با روغن کاری آسیاب می شود تا از تجزیه مواد حل شدنی در آب جلوگیری شود. روش های جزئی را پولسن شرح داده است و توسط پالم خلاصه شده است. نمونه ها با یک میکروسکوپ سنگ شناسی زیر نور پلاریزه شده و معمولی آزمایش می شوند. میکروگراف ها برای ثبت اهداف و شرح تفاسیر ایجاد شده اند که بسیار تخصصی هستند.

آزمایش ترمولومینسانس

پالسیدو پیشنهاد کرده که حرارت شن خارج شده از بتن می تواند اساس یک آزمایش برای شکل بتن آسیب دیده بر اثر آتش است که سنجشی برای نمایش حرارتی واقعی آزمایش شده با بتن می باشد.

مبانی نظری

حرارت انتشار نور مرئی بر اثر گرمای مواد معدنی معین رخ می دهد از جمله کوارتز و فلدسپاپ و می دانیم که منحنی خروجی نور برحسب دما برای نمونه داده شده بستگی دارد به سابقه گرمایی و تابش. این، اساس تکنیک ایجاد شده تشحیص ماده معدنی، دزیمتری تابش و قدمت سفال را شکل می دهد.

در شن کوارتز طبیعی، این انتشار نور در دمای بین 300 تا 500 درجه رخ می دهد اما اگر نمونه ها گرما داده شوند هیچ انتشار نوری تا دمای گرمایش قبلی وجود نخواهد داشت. الگوی بعدی انتشار نور نیز نشان داده شده است تا به زمان در معرض دمای خاص بودن بستگی داشته باشد (شکل 9-8).

شکل 9-8 اثر ترمولومینسانس

تجهیزات و طرز کار

تجهیزات مورد نیاز تقریبا پیچیده هستند از جمله سروو- کنترل برای گرمایش نمونه تنها چن�� میلی گرمی در جو نیتروژن بدون اکسیژن. تابش با یک تشخیص داده می شود و به یک شمارنده فوتون خورانده می شود که محور Y ثبت کننده X-Y حرکت می دهد درحالی که محور ایکس با ترموکوپل نظارت کننده دمای صفحه گرمایش داده شده حرکت می کند.

نمونه کوچک مورد نیاز باید با حفاری کند به وسیله مته سنگ تراشی کوچک باتری خور جهت کاهش دمای سر مته سوراخ شود و در محلول اسید غلیظ شسته شود تا مواد معدنی که ممکن است خروجی های نادرست بدهند زدوده شوند. شن کوارتز باقی مانده سپس می تواند مورد آزمایش قرار گیرد گرچه اگر وجود نداشته باشد، می توان کوارتز سنگدانه درشت را استفاده کرد یا روش ها را به سمت استفاده از دیگر مواد معدنی که ممکن است در سنگدانه وجود داشته باشند تغییر داد.

قابلیت اطمینان، محدودیت ها و کاربردها

ارزش تجربی این آزمایش برای ارزیابی بتن منوط به این حقیقت است که دمای انتشار بین 300 تا 500 درجه در تخریب بتن در معرض آتش، بحرانی است و همچنین این باور وجود دارد که فقدان استحکام ناشی در معرض حرارت بودن و دمای حداکثر است. در حالی که اطلاعات کمی راجع به نتایج حرارت بتن موجود است، چئو نشان داده است که میان این نسبت ها ارتباط وجود دارد.

نمونه برداری بسیار سریع و ارزان است و این آزمایش به خصوص در بررسی جاهایی که دماهای بالا مشکوک هستند اما آسیب نمایانی وجود ندارد ارزشمند است. عمق نفوذ گرما به یک عضو همچنین به راحتی از طریق نمونه گیری در عمق های تعیین شده قابل نظارت است. این روش همچنان در مرحله پیشرفت است اما به نظر می رسد پتانسیل قابل ملاحظه ای برای بررسی جزئی مقدار و شدت آسیب آتش فراهم آورد.

روش های تخصصی ابزاری

پربازدیدترین مطالب کلینیک بتن ایران را در این بخش دنبال نمایید
چسب بتن چیست
بتن چیست و انواع آن کدام است
حداکثر و حداقل زمان مورد نیاز برای سفت شدن بتن چقدر است؟