میزان حباب هوا در بتن و محافظت از بتن
ایجاد حباب هوا باعث تشکیل فضاهای خالی داخل خمیر شده و نتیجه آن، آب اضافی می تواند حرکت نموده و بدون خسارت یخ بزند. حباب های هوا دارای احجام بزرگ تری از فضاهای مویینه داخل خمیر سیمان هستند و بنابراین آب داخل حباب ها در دمای حدود صفر درجه شروع به یخ زدن می کنند. حباب های هوا خالی هستند ولی ممکن است دارای فیلم نازکی از محلول در سطح خود باشند که ضخامت کافی برای یخ زدن را ایجاد کنند. تشکیل یخ زدن در حباب ها سبب ایجاد پدیده استمزی و جذبی شده و کاهش سطح اشباع در مجاورت خمیر سیمان و کاهش خطر را به همراه خواهد داشت. حباب ها همانند شیرهای اطمینان عمل نموده و آب را از خمیر سیمان مجاور به داخل خود کشیده و همانند مخزنی هم برای یخ و هم محلول تغلیظ شده آب حفره ای کار می کند. آب ذوب شده داخل حباب ها به دلیل کشش سطحی بالاتری که در فضاهای مویینه و حفرات کوچک وجود دارد به داخل خمیر سیمان بر می گردد. بنابراین خمیر سیمان تحت یخ زدن – آب شدن مادامی که رطوبت ثابت داشته باشد آسیب نمی بیند ولی اگر بتن به صورت کامل اشباع باشد و حباب های هوا از آب پر شوند سرانجام آسیب خواهد دید. با اضافه کردن مقدار کمی مواد حباب هوازا به خمیر سیمان (مثلاً به میزان پنج صدم درصد وزنی سیمان) می توان حباب های 05/0 تا یک میلیمتر را در خمیر سیمان به وجود آورد. در نتیجه برای یک حجم داده شده از هوا تعداد حفره های خالی، فاصله های حفره ای و درجه محافظت، در مقابل عمل یخ زدگی می تواند به مقدار زیادی تفاوت کنند، که این تغییرات به اندازه ی حباب های هوا بستگی دارند.
با آنکه حجم هوای بتن، ملاک مناسبی برای محافظت بتن در برابر عمل یخ زدگی نمی باشد ولی با فرض اینکه حباب های هوا اغلب ریز می باشند، آنگاه حجم هوای بتن راحت ترین معیار به منظور کنترل کیفیت مخلوط های بتنی می باشد. از آنجا که کلاً مقدار خمیر سمان به حداکثر اندازه سنگدانه ها ارتباط دارد؛ لذا بتن های کم مایه با سنگدانه های بزرگ، دارای خمیر سیمان کمتری نسبت به بتن های پرمایه با سنگدانه های کوچک نیاز به حباب هوای بیشتری برای داشتن درجه مقاومت یکسان در برابر یخ زدگی، دارند. مقدار هوای کل تعیین شده توسط آیین نامه ساختمانی شماره 318 موسسه بتن آمریکا ACI برای مقاومت در برابر یخ زدگی بتن در جدول (8-3) نشان داده شده است دانه بندی سنگدانه ها همچنین بر روی حجم حباب هوا که با اضافه کردن ذرات ماسه خیلی ریز کاهش می یابد، تاثیر می گذارد. اضافه کردن مواد افزودنی مثل خاکستر بادی یا استفاده از سیمان خیلی ریز آسیاب شده نیز مشابهی دارد. به طور کلی، مخلوط بتنی با چسبندگی بیشتر قادر به نگهداری هوای بیشتری نسبت به بتن خیلی خیس و یا خیلی خشک می باشد. همچنین مخلوط کردن ناکافی یا بیشتر از حد مخلوط کردن، زمان زیادتری صرف جابجایی با حمل و نقل بتن تازه کردن و ارتعاش بیش از حد دادن، موجب کاهش یافتن مقدار هوای بتن می شود.
جدول 8-3- مقدار هوای کل برای مقاومت بتن در برابر یخ زدگی
نسبت آب به سیمان و عمل آوری
به طور کلی، برای یک درجه هیدراتاسیون مشخص هر چه که نسبت آب به سیمان بیشتر باشد و یا برای یک نسبت آب به سیمان هر چه که درجه هیدراتاسیون کمتر باشد، حجم منافذ بزرگ در خمیر سیمان هیدراته بیشتر می شود (شکل 8-9).
شکل 8-9- منحنی توزیع فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده
از آنجا که آب قابل یخ زدن به آسانی در منافذ بزرگ ته نشین می شود، می توان به این فرضیه رسید که در یک دمای یخ زدگی مشخص، مقدار آب قابل یخ زدن برای نسبت های آب به سیمان بالاتر و در زمان های اولیه عمل آوری بتن، بیشتر خواهد بود. داده های آزمایشی (وربک و کلیگر) این فرضیه را تایید می کنند. تاثیر نسبت آب به سیمان در مقاومت یخ زدگی بتن و همچنین نقش دما در شکل (8-10) نشان داده شده است.
شکل 8-10- تاثیر نسبت آب به سیمان و مقدار هوا بر روی دوام بتن در برابر عمل یخ زدگی
درجه اشباع
مقاومت بتن نسبت به یخ زدن – آب شدن به نفوذپذیری، درجه اشباع خمیر سیمان، مقدار آب قابل یخ زدن، نرخ یخ زدگی و فاصله حداکثر متوسط نقطه ای از خمیر تا سطح آزاد، جایی که یخ می تواند بدون خطر تشکیل شود، بستگی دارد. بتن نسبتاً خشک شده از پدیده یخ زدگی – آب شدن خسارت نمی بیند؛ زیرا فضاهای مویینه بزرگ تر خالی بوده و فضای آزاد لازم در خمیر را به وجود می آورند. بنابراین هوازایی برای حفاظت بتن هایی است که در شرایط نزدیک به اشباع یخ می زنند. حباب هوای داخل بتن با ماده هوازا معمولا توسط آب پر نمی شوند، مگر آن که بتن به مدت طولانی در آب غوطه ور شود. هنگامی که حباب های هوا از آب پر می شوند، بتن دارای مقادیر زیادی آب قابل یخ زدن می شود و بنابراین در مقابل یخ زدگی بسیار حساس می شود.
مقاومت
اگر چه به طور کلی رابطه مستقیمی بین مقاومت و دوام بتن وجود دارد ولی در مورد آسیب ناشی از یخ زدگی این رابطه صدق نمی کند. ب��ای مثال وقتی که بتن بدون حباب هوا و بتن دارای حباب هوا با یکدیگر مقایسه می شوند، ممکن است که بتن بدون حباب هوا مقاومت بیشتری داشته باشد ولی بتن با حباب هوا، به دلیل محافظت علیه توسعه فشارهای هیدرولیکی زیاد، دوام بهتری در مقابل عمل یخ زدگی از خود نشان می دهد. به عنوان یک قاعده معمول می توان اظهار داشت که برای هر یک درصد افزایش در هوازایی بتن، به طور متوسط در حدود 5 درصد مقاومت بتن کاهش می یابد. بنابراین 5 درصد هوازایی بدون تغییر نسبت آب به سیمان، مقاومت بتن را 25 درصد کاهش می دهد. به دلیل بهتر شدن کارایی در نتیجه هوازایی، می توان مقاومت کاهش یافته را از طریق کم کردن جزیی نسبت آب به سیمان، در ضمن نگه داشتن سطح کارایی در حد مورد نظر، جبران نمود. به هر حال، به طور کلی بتن دارای حباب هوا مقاومت کمتری از بتن مشابه بدون هوا دارد.
پوسته شدن با نمک
بتنی که برای مقاومت در برابر یخ زدگی به طور مناسب به ماده هوازا حباب دار شده است نیز در اثر کاربرد نمک های یخ زدا در کاربرد مکرر دچار خرابی شوند. بتنی که تحت اثر پوسته شدن نمک ها قرار می گیرد، با سطحی خشن ظاهر شده و تکه های کوچکی از ملات آن جدا می شود. به گفته هارنیک (Harnik)، استفاده از نمک یخ زدا هم تاثیر منفی و هم تاثیر مثبت بر روی آسیب ناشی از یخ زدگی دارد و خطرناک ترین آسیب دیدگی نمکی، نتیجه هر دو تاثیر می باشد. تاثیر نمک بر روی سرد کردن بیش از حد آب (یعنی پایین آوردن دمای تشکیل یخ) ممکن است به عنوان تاثیر مثبت دیده شود. از طرف دیگر تاثیرات منفی آن عبارتند از:
- افزایش درجه اشباع بتن به دلیل خصوصیت رطوبتی نمک ها.
- افزایش اثر گسیختگی هنگامی که آب فوق العاده سرد در منافذ نهایتا یخ می زند.
- توسعه تنش های متفاوت که به علت لایه به لایه یخ زدن بتن بر اثر گرادیان غلظت نمک به وجود می آیند.
- شوک حرارتی در نتیجه کاربرد نمک های یخ زدا به صورت خشک در بتنی که با برف و یخ پوشیده شده است.
- رشد بلوری در محلول های فوق اشباع موجود در منافذ.
در مجموع، تاثیرات منفی مربوط به
کاربرد نمک های یخ زدا مهم تر از اثر مثبت آنها می باشد. در نتیجه مقاومت یخ زدگی بتن تحت تاثیر ترکیب یخ زدگی و نمک های یخ زدا به طور چشم گیری کاهش می یابد.
بتنی با ماده هوازا، نسبت آب به سیمان کم و نفوذپذیری پایین، بهترین محافظت در پدیده پوسته شدن با نمک را فراهم می سازد. حباب هوا سبب آزادسازی فشار ایجاد شده در اثر
پدیده اسمزی و اختلاف فشار روی آب مایع و یخ شده و آب و سیمان کم و نفوذپذیری پایین سبب
محدود کردن نفوذ آب و ماده ضد یخ شده و بتنی مقاوم تر در مقابل تنش های ایجاد شده که منجر به پوسته شدن با نمک می شود را نتیجه می دهد.
آزمایش درصد هوای بتن و روش تعیین آن مطابق استاندارد
شرکت کلینیک بتن ایران با ارائه بهترین خدمات در خدمت شما همراهان گرامی می باشد. همچنین شما می توانید برای دریافت اطلاعات بیشتر از دیگر مقالات ما بازدید نمایید: