جنبه های مربوط به دوام بتن و مقاومت فشاری

(الف) نفوذ پذیری

نفوذپذیری و تخلخل بتن حاوی کلسیم کلرید به دو متغیر چالش انگیز بستگی دارد:
1- درجه هیدراتاسیون بتن، که در مورد بتن حاوی کلسیم کلرید در ابتدا به اندازه قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت و قسمت اعظم فرآورده های هیدراتاسیون منجر به یک نفوذپذیری کاهنده خواهد شد.
2- اثر معکوسی که کلسیم کلرید بر توزیع تخلخل در قسمت مویین دارد، در سنین بالاتر (شاید بعد از 1 سال) درجه هیدراتاسیون در هر دو بتن حاوی کلسیم کلرید و ساده مشابه خواهد بود، تحت این شرایط بتن تخلخل بیشتر خواهد داشت و دسترسی آسان تری به گازها و مایعات خورنده ممکن خواهد بود. توزیع های حجمی حفره ای در خمیرهای سیمانی در یک حالت پیشرفته هیدراتاسیون بیش از %90 در شکل 5-23 نشان داده می شود. در جایی که تخلخل بیشتری حاصل شده و از داده ها می تواند برای محاسبه افزایش در شعاع هیدرولیکی میانگین از nm8/10 در نمونه حاوی کلرید استفاده شود.

شکل 5-22 cacl%1 مقاومت فشاری بتن موجود در دمای مختلف را افزایش می دهد

جدول 5-2 افزایش در مقاومت فشاری بتن حاوی کلسیم کلرید در دماهای پایین تر بزرگتر است.

جدول 5-3 اثر کلسیم نیترات روی پیشرفت مقاومت

جدول 5-4 اثر کلسیم فرمیت بر مقاومت فشاری بتن

(ب) مقاومت به محیط خورنده

مقاومت بتن حاوی کلسیم کلرید برابر تهاجم توسط سولفات آبی کاهش می یابد. مطالعه همه جانبه انجام شده روی بتن در مدت دوره 5 ساله با استفاده از سیمان های گوناگون و میزان سیمان موجود با سولفات بالا و حاوی آب، نتایج نشان داده شده در شکل های 5-24 تا 5-29 را ارئه می دهد، که بر این اساس:
1- کلسیم کلرید در سطح افزایشی %2، به پایین آوردن مقاومت سولفاتی تقریبا در تمام حالات کمک می کند.

شکل 5-23 توزیع حجم حفره ای خمیرهای سیمانی از جذب نیتروژن. منحنی 1= سیمان بدون افزودنی؛ منحنی 2= خمیر سیمانی و cacl2%2 (Gouda)

شکل 5-24 cacl2 مقاومت بتن به محله سولفاتی را کاهش می دهد.

شکل 5-25 cacl2 مقاومت برابر تهاجم به خصوص در بتن مگر را کاهش می دهد.

شکل 5-26 cacl2 کمترین زیان را نسبت به مقاومت سولفاتی با سیمان تیپ V دارد

شکل 5-27 cacl2 مقاومت فشاری بتن تحت حمله سولفاتی را کاهش می دهد (Shideler)

شکل 5-28 cacl2 مقاوما فشاری بتن مگر را تحت حمله سولفاتی کاهش می دهد (Shideler)

شکل 5-29 cacl2 تاثیرگذاری بر مقاومت سولفات با سیمان نوع V دارد (C3A پایین) (Shideler)

3- سیمان های تیپ I و II با C3A بالاتر، تاثیر نامطلوب بیشتری از سیمان تیپ V با C3A پایین داشتند.
4- مخلوط های با میزان سیمان پایین به طرز محسوسی به لحاظ کاهش انبساط و مقاومت فشاری تحت تاثیر قرار گرفتند.
5- تنها مخلوط های حاوی سیمان kgm-3426 با C3A پایین در برابر حمله سولفاتی در یک دوره زمان 5 ساله به لحاظ مقاومت تحت تاثیر قرار نگرفتند.

(ج) مقاومت به شرایط ذوب- انجماد

بتن حاوی کلسیم کلرید مقاومت را با سرعت بیشتری توسعه می بخشد، در نتیجه مقاومت بزرگتری نسبت به آسیب انجماد در سنین اولیه دارد چنانکه در شکل 5-30 هم نشان داده شده است. با این وجود نشانه هایی وجود دارد که در سنین بعدی بتن های بالغ تر نسبت به چرخه ذوب انجماد کمتر مقاوم هستند.

(د) حفاظت از آرماتور فولادی

اثری که تسریع کننده ها بر روی نقش بتن در فراهم آوردن حفاظت علیه خوردگی آرماتورهای فولادی دارندف موضوع چندین بررسی و بحث قابل ملاحظه بوده است. بسیاری مطالعات نشان داده است که فاکتورهای زیر به بحث مرتبط هستند:

شکل 5-30 cacl2 مقاومت بتن منجمد شده را در سنین اولیه افزایش می دهد (Shideler)

1- تخلخل بتن در یک حالت پیشرفته بلوغ سنی در حضور کلسیم کلرید افزایش می یابد و در نتیجه فرصت بیشتری برای هوا و رطوبت فراهم می آورد که در تماس با آرماتور فولادی قرار بگیرند. این امر به اثرات خوردگی دامن می زند و در عمل با پوشش آرماتور که مطابق با آیین نامه ای اجرایی مرتبط می باشد این تاثیر با اهمیت حداقلی ملاحظه می شود.

پربازدیدترین مطالب ما را از دست ندهید!
بتن و انواع آن
مبانی طرح اختلاط بتن
دوغاب چیست

2- حضور کلسیم کلرید در غلظت های بیشتر از حدود %5/1 وزن سیمان می تواند منجر به خرابی لایه غیرفعال Fe2o3 شود. به طور عادی در حد فاصل فولاد یا بتن، حضور کلسیم کلرید موجب می شود آرماتورها بیشتر در معرض خوردگی قرار گیرند. این اتفاق با کلسیم فرمیت یا مواد نیتراتی نمی افتد، و می توان با ثبت پتانسیل یک الکترود فولادی یا بتنی نسبتب ه پتانسیل یک الکترود کالومل اشباع در یک چگالی جریان ثابت به عنوان تابعی از زمان نشان داده شود. یک مدار نمونه در شکل 5-31 نشان داده شده و نتایج برای کلسیم کلرید و ماده با پایه کلسیم فرمیت نیز در شکل 5-32 نشان داده می شود که در آن تخریب لایه غیرفعال برای کلسیم کلرید %3 دیده یم شود. اسنادی وجود دارد مبنی بر اینکه حضور کلریدها نه تنها موجب می شود فولاد بیشتر برابر تهاجم خوردگی مستعد شود بلکه حتی طبیعت بلوری شکل فرآورده های خوردگی اولیه را از فرم مستطیلی به فرم چهارگوشه تغییر می دهد.

شکل 5-31 مدار نمونه برای ضبط پتانسیل یک الکترود فولاد/بتن مربوط به الکترود کالومل اشباع شده (Gouda)

بازرسی چشمی سطوح فولاد که در بتن مدفون شده اند و سپس بیرون آمده اند حاکی از آن است که یون کلرید نوعی فعالیت شیمیایی روی فولاد انجام می دهد، که در ترکیب با سلول فعال الکتروشیمیایی محلی ناشی از توزیع حفرات باریک و عریض روی سطح فولاد ست. تمرکزهای ناحیه ای هوا روی سطح موجب یک نوع «گودال» خوردگی در سطح فولاد می شود. جدول 5-5 نتایج را برای خوردگی سیم های باریک فولادی مدفون در بتن برای مدت دو سال به لحاظ عمق ماکزیمم چاله ها برای هر گروه از سیم های مکدفون ارائه می دهد. در بتن های حاوی سیمان پرتلند معمولی تنها وقتی گودال شدگی اندکی رخ می دهد که %2 وزن کلسیم کلرید شامل می شود، اما با اضافه شدن %5 گودال شدگی شدیدی بروز می کند.
1- هرگونه حمله خورده به فولاد مسلح با قطر معمولی، معمولا برای موجب شدن کاهش های محسوس در مقاومت کششی فولاد در مراحل اولیه، کافی نیست. این مشکل به دلیل پوسته پوسته شدن بتن دور از آرماتورها، به علت طبیعت انبساطی فرآورده های خوردگی است. در معرض قرار گرفتگی نهایی آرماتورها، خوردگی بیشتری را ممکن می سازد که می تواند با کاهش مقاومت کششی فولاد موجب شکست سازه ای شود.

شکل 5-32 منحنی های پتانسیل- زمان برای بتن های ساده و بتن های حاوی کلسیم کلرید و تسریع کننده های کلسیم فرمیتی (McChurich).

1- حضور تعداد فراوان فضاهای خالی در بتن یا تخلخل به علت تراکم ناکافی یا معیوب بودن ریزدانه موجب افزایش در مقدار خوردگی آرماتورها می شود.
2- پیوند میان بتن و آرماتور فولادی در بتن حاوی کلسیم کلرید بیشتر است و با غلظت کلسیم کلرید افزایش می یابد. چنانکه در شکل 5-33 نشان داده شده، که ممکن است تابعی از مقاومت فشاری بالاتر و جمع شدگی تسریع کننده حاوی بتن است.

شکل 5-33 مقاومت پیوندی در مقابل لغزش برای بتن ساده و بتن حاوی کلسیم کلرید (Kondo)

3- مطالعات روی تسریع کننده های تیوکاناتی نشان داده یود که این ماده پتانسیل برای خوردگی آرماتورهای فولادی را افزایش می دهد. چندین مطالعه بعدی نشان داده است که یک سطح آستانه یون تیوکانات بین 5/0 و %7/0 به لحاظ وزن سیمان هست که پایین تر از آن خوردگی رخ نخواهد داد.

جدول 5-5 cacl2 روی خوردگی سیم های فولادی با کشش بالا، در نمونه های بتنی عمل آوری شده به صورت پیش تنیده که در محیط بیرون ذخیره شده اند.

* مقادیر گودال شدگی به صورت عمق ماکزیمم در mm × 102 بیان می شود: عمق میانگین در mm × 102  از سه گودال عمیق تر: تعداد میانگین گودال ها در سیم برای گروه هشت سیمی در هر نمونه بتنی. ارقام داخل برکت ها مربوط به اعداد شکست ها در سیم ها به دلیل خوردگی است. سیم ها پیش تنیده هستند و قطر mm03/2 دارند.

پس در بتن های با طراحی مناسب که به اندازه لازم متراکم شده اند، افزودن تا %2/1 وزن سیمان کلسیم کلرید و %5/0 یون تیوکانات می تواند بدون هرگونه اثر زیان بار بر فلزات مدفون استفاده شود.
پیمانه های مصرفی فراتر کلسیم کلرید، به خصوص در بتن با تخلخل بالا، م�� تواند منجر به خوردگی تسریع شده یا همان پوسته پوسته شدن های بعدی و شکست سازه ای احتمالی شود. تغییرات اخیر در آیین نامه های اجرایی مبنی بر جلوگیری از کاربرد کلسیم کلرید در بتن حاوی فلز مدفون ناشی از مشکلاتی است که کنترل کردن مراحل مضاعف تحت شرایط محل پروژه دارد.

شکل 5-34 کلسیم کلرید به طور معکوس روی مقاومت بتن تا مدت 5 سال مورد مطالعه اثر نمی گذارد. (Shideler)

اطلاعات خیلی محدودی درباره تاثیر کلسیم فرمیت و نیترات در دسترس داریم، اما قطا لایه غیرفعال در حد فاصل فولاد یا بتن مورد تهاجم واقع نمی گردند. کلسیم نیتریت به عنوان یک تاخیر اندازنده در خوردگی عمل می کند.

شکل 5-35 کلسیم کلرید بر توسعه مقاومت دراز مدت بتن به عمل آوری شده متراکم تحت شرایط آزمایشگاه یا در معرض قرار گرفتگی بیرونی اثری نمی گذارد. (Blenkinshop)

شکل 5-36 کلسیم کلرید بر پیشرفت مقاومت دراز مدت بتن متخلخل عمل آوری شده تحت شرایط آزمایشگاهی یا در معرض قرار گرفتگی بیرون اثر نمی گذارد (Blenkinshop)

شکل 5-37 cacl2 جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن را افزایش می دهد اگر چه افت رطوبت  کاهش می یابد (Shideler)

توسعه مقاومت فشاری

با این وجود که هدف اصلی استفده از تسریع کننده ها به دست آوردن مقاومت اولیه بالا و زمان های گیرش کاهش یافته است، زمانی که سطح اضافه شدن تا 2 درصد کلسیم کلرید به وزن سیمان باشد مقاومت رو به افزایش همچنان برای دوره چندین ساله ادامه می یابد. شکل های 5-34 تا 5-36 این تاثیر راب رای نمونه های ذخیره شده به مدت 5 سال در زیر آب (شکل 5-34) در شرایط اتمسفر آزمایشگاه (شکل 5-35)، و در معرض قرار گرفتگی محیط بیرون (شکل 5-36) به تصویر می کشد. با این وجود درصدهای بالای کلسیم کلرید (بیش از %4) منجر به مقاومت های کاهنده در قیاس با یک سیمان ساده در دوره های بیشتر از حدود یک سال خواهد شد.

دوام در بتن

ی- تغییر شکل حجمی

جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن حاوی کلسیم کلرید در قیاس با بتن ساده افزایش می یابد، گرچه میزان رطوبت کمتری از دست می رود. این مورد در شکل 5-37 نشان داده شده است و افت رطوبت کاهش یافته به علت حالت پیشرفته تر هیدراتاسیون در نمونه های حاوی کلسیم کلرید خواهد بود. در نتیجه جمع شدگی افزایش یافته یابد یک ویژگی از نوع فرآورده های هیدراتاسیون سیمان تشکیل شده باشد. تحت شرایط اشباع همچون غوطه ور بودن کامل در آب، میزان انبساط بتن هنگامی که کلسیم کلرید حاضر باشد کاهش می یابد. داده های محدودی درباره اثر دیگر مواد افزودنی تسریع کننده در دسترس می باشد. اگر چه مطالعات مقایسه ای نشان می دهد که کلسیم فرمیت و تری اتانولامین جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتنی را که در آن لحاظ شده اند را افزایش می دهند. برخی از این اطلاعات در جدول 6-5 درباره بتن های ساده و بتن های حاوی کلسیم کلرید به طور خلاصه آمده است.

خزش

چنانکه در شکل 38-5 برای 1.2 درصد کلسیم کلرید به وزن سیمان نشان داده شده، خزش بتن تحت شرایط خشک شدگی با حضور کلسیم کلرید در اختلاط افزایش می یابد.

شکل 5-38 خزش بتن ساده و بتن حاوی کلسیم کلرید (Hope)