کنکاشی پیرامون مقاوم کننده های خوردگی بتن

دیگر ترکیبات که برای فعالیت مقاوم کننده خوردگی آنها مورد آزمایش قرار گرفته اند، شامل اسیدهای کربوکسیلیک، هیدرازین هیدرات، ترکیبات چلاتی (chelating)، آنیلاین و ترکیبات مرتبط و ترکیبات با مبنای نفت خام می باشد. اثر عوامل چلاتی گوناگون همچون HEDTA, DPTA,EDTA, TEA و 138-Chel بر توانایی آنها بر کنترل خوردگی مورد بررسی قرار گرفته است. ظاهرا همه مواد شیمیایی مقاومت فشاری بتن را کاهش می دهند. مقاومت ها به خصوص در حضور TEA و EPTA در قیاس با حالت اولیه، پایین می باشد.
در حضور N0.1 از محلول Nacl با PH برابر 10 و 12، هر دوی HEDTA و 138-Chel پتانسیل بحرانی برای ایجاد شدن حفره را کاهش دادند. این کاهش متناسب با غلظت این افزودنی ها می باشد. هیدرازین هیدرات که به عنوان یک مقاوم کننده آندی رفتار می کند، از طریق سد کردن محل های آندی و افزایش قطبی شدن آندی به بیش از یک غلظت بحرانی که وابسته به نسبت یون خورنده- هیدرازین می باشد، عمل می نماید. غلظت های بالاتر هیدرازین موجب غیرفعال سازی لحظه ای فولاد می شود. اسیدهای کربوکسیلیک محلول در آب همچون مالونیک اسید و دی کربوکسیلیک اسید حتی در حضور %2.5 کلرید به عنوان مقاوم کننده های در برابر خوردگی به طور مناسبی عمل می کنند. با این وجود، به علت دیرکنندگی شدید در فرآیند گیرش که حتی در پیمانه های مصرفی خیلی پایین رخ می دهد، نمی توان آنها را برای استفاده در بتن توصیه کرد.

خوردگی بتن و افزودنی

مکانیسم غالب در تخریب سازه های بتنی عمدتا خوردگی می باشد. در نتیجه هم از سوی محققان و هم از سوی عوامل اجرایی، این مساله مورد توجه فراوان واقع شده است. این توجه منجر به انتشار اطلاعات قابل توجهی در این زمینه شده است. با این وجود، علیرغم حجم زیاد اطلاعات منتشر شده در این باره، هنوز هم درباره مواردی همچون مکانیسم فعال سازی و غیرفعال سازی فولاد در حضور کلرید، میزان کلرید لازم برای فعال سازی فولاد در حضور کلرید، میزان کلرید لازم برای فعال سازی، نقش های مربوط به ماده افزودنی کلریدی، میزان خوردگی که موجب خوردگی مخرب می شود، محدوده پتانسیل نیمه سلول که فعالیت خوردگی را نشان می دهد و بهترین روش تحلیل خورنده، کمبود اطلاعات داریم. علیرغم این کمبود اطلاعات، تاثیر به اثبات رسیده مقاوم کننده ها در تمدید عمر خدمت دهی سازه ای بازسازی شده را نمی توان از نظر دور نگاه داشت. (شایان ذکر است در راهنماهای منتشر شده از انجمن ملی مهندسین خوردگی NACE) می توان اطلاعات مفیدی را یافت.

مواد افزودنی برپایه سولفوآلومینات کلسیم

مواد افزودنی همچون کلسیم سولفوآلومینات (CSA) ابزاری را فراهم آورده اند که تغییرات حجمی به دلیل جمع شدگی ناشی از سخت شدگی را جبران می کند. درحالی که پیش تنیدگی شیمیایی ارماتورها در پیمانه های مصرفی بالاتر حاصل می شود، جبران جمع شدگی در سرعت های کمتر افزوده شدن میسر می گردد. دیگر مواد افزودنی مرکب از این نوع و مخلوط های CaSO4 و CaO هم مورد استفاده قرار گرفته اند. اگر چه سیمان تیپ K با مبنای سولفوآلومینات کلسیم ماده ای که در آمریکای شمالی برای جبران جمع شدگی بیش از همه استفاده می شود، کاربرد آن به موارد خاصی همچون گروت ها و دال ها محدود می گردد. از این گذشته، برای کارکردهایی که مستلزم پیش تنیدگی بوده و درجه انبساط در دماهای بالاتر تحت تاثیر قرار می گیرد، نمی توان از این مواد استفاده نمود. CSAها از انعطاف در کاربرد بهره مند هستند و تحت اثر شرایط محیطی نامطلوب می تواند با استفاده از پیمانه های مصرفی بالاتر جبران گردد. CSAها در سرتاسر کشورهای جنوب شرقی و شرق دور آسیا در ژاپن و استرالیا به طور گسترده استفاده می شوند. در ژاپن این فرآورده دارای یک سابقه 20 ساله در زمینه ساخت و سازهای در مقیاس بزرگ می باشند.

ترکیب شیمیایی

افزودنی کلسیم سولفوآلومینات به عنوان پرکاربردترین مولفه ای که به صورت منفرد به کار رفته و از CAS%30، CaSO4%50، CaO%20 متشکل می گردد. اندازه دانه ها از سیمان پرتلند درشت تر است. اندازه بزرگتر دانه ها موجب می شود که پتانسیل انبساطی به علت هیدراتاسیون تا یک دوره زمانی مشخص امتداد یابد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی Denka CSA که فرآورده اختصاصی با گسترده ترین کاربرد است، در جدول 10-6 ارائه گشته است. دیگر CSAها شامل مخلوط های C4ASH12 و CS2 (مونوسولفات و گچ) و مخلوط های سیمات تیپ I، سیمان با آلومین بالا، Ca(OH)2, CaSO4.2H2O و CaO می باشد.
سولفوآلومینات کلسیم آبی توسط اکسید شدن آهک، گچ و بوکسیت تشکیل می گردد. C4A3S که از اجزاء انبساطی فعال بوده که با واکنش ترکیبات متشکل از کلسیم اکسید، الومینیوم اکسید، گاز تری اکسید سولفور که طی آهکی شدن گچ شکل گرفته و بوکسیت تشکیل می شود. رشد بلورین CSAها سعی می شود با یک سرعت آرام تر پیگیری شده تا پتانسیل انبساط برای دوره ای طولانی تر را بتواند تامین نماید.
برای کاربرد در برخی حوزه های خاص ساخت و ساز همچون گروتینگ سازه ای و سیمان های چاه نفت، سولفوآلومینات کلسیم آبی با دو یا تعداد بیشتری از افزودنی های زیر ترکیب می شود:
(1) یک افزودنی فروپاشنده (پراکنده شونده). (2) یک عامل آزاد کننده گاز، مثل پودر آلومینیوم یا ذرات کک (coke) سیال شده، (3) یک لاتکس اکریلیک پودر شده برای افزودن مقاومت پیوندی و (4) اجزای کاهنده یا افزاینده چگالی ملات همچون باریتها یا بنتونیت.

حالت فعال

مکانیسم انبساط مرتبط با شکل گیری اترینگیت در سیمان خیلی واضح نیست و چندین فرضیه تاب ه حال صورت گرفته ااست. مکانیسمی که توسط ولید کنندگان یک CSA ارائه شده و مورد حمایت دیگر پژوهشگران هم قرار گرفته است به صورت زیر است. در واکنش با آب، CSAها اترینگیت را تشکیل می دهند و منبسط می شوند. تشکیل شدن اترینیگیت در فاز مایع سیمان نمی دهد. ترکیب C4A3S و آهک واکنش می دهند تا یک محلول جامد متشکل از بلورهای صفحه های مانند شش گوشه از مونوسولفات با گچ بلورهای نوک تیز (acicular) اترینگیت شکل بگیرد. مونوسولفات ظاهرا در انبساط مشارکتی ندارد، حال آنکه تشکیل اترینگیت مستلزم انبساط می باشد. بخشنامه اخیر کاربرد سیمان با آلومین بالای هیدرات شده (H-HAC)، مخلوط های آهک و گچ را پوشش می دهد، نوع، اندازه، ضخامت پوشش محافظ ذرات و حضور رطوبت، سرعت و میزان انبساط را تعیین می نماید (شکل 11-6).

جدول 6-10 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی Denka CSA اکسید شده

تغییر شکلی که با انبساط همراه می شود، همزمان با افزایش مقاومت، تنش های فشاری را در بتن القاء کرده و تنش های کششی ایجاد شده توسط جمع شدگی ناشی از خشک شدن را کاهش می دهد. در نتیجه، ترک خوردگی و انقباضی که در خشک شدن رخ می دهد، کاهش می یابد. نیروی انبساطی ایجاد شده در مواد شیمیایی پیش تنیده در فولاد (تا حدی که متناظر با انبساطایجاد شده باشد) تولید کشش می کند. بتن هم به علت محدودیتی که از سوی آرماتورها تحمیل می شود، هم زمان در معرض یک تنش فشاری معادل می باشد.
اگرچه مکانیسم انبساط برای مواد افزودنی چند مولفه ای همانند CSAها باشد، سرعت و میزان آن با اصلاح ایجاد شده توسط دیگر مولفه ها در افزودنی تعیین می شود. اجزای فرمولاسیون همچون فوق روان کننده ها و فوم سیلیکا تا حد زیادی بر میزان انبساط از این لحاظ تاثیر می گذارد. مقادیر تغییر حجم اولیه 24 ساعته به دست آمده برای ترکیبات گروت حاوی دو CSA مرتبط با فوق روان کننده و فوم سیلیکا با مقادیر به دست آمده برای سیمان تیپ K، در شکل 12-6 مقایسه می شود.

شکل 6-11 مقایسه انبساط برای افزودنی حاوی ذرات زیر و درشت سیمان هیدرات شده با آلومین بالا

نسبت اختلاط، مخلوط کردن و عمل آوری

پیمانه های مصرفی مواد افزودنی از 8 تا %11 وزن سیمان برای جبران جمع شدگی و 12 تا %17 برای کارکردهای پیش تنیدگی متغیر می باشد. سطوح پیمانه مصرفی برای افزودنی های با پایه H-HAC از 10 تا %20، بسته به سطح مطلوب انبساط تغییر می کند. جبران جمع شدگی و ممانعت از ترک در پیمانه مصرفی کمتر حاصل می شود. در حالی که برای کارکردهای پیش تنیدگی پیمانه های مصرفی بالاتر استفاده می گردد.
هنگامی که مواد افزودنی با پایه H-HAC یا CSAها استفاده می شود، سیمان در مخلوط جایگزین گشته و نسبت های اصلاح شده توسط کاهش دادن ماسه با یک مقدار متناظر با میزان افزودنی اصلاح می گردد. اندازه گیری مقدارهای افزودنی پودر شده در مخلوط ممکن است که برمبنای تعداد کیسه ها یا یک مقدار توزین شده از مواد در وزن سیمان در اختلاط باشد. در هر دو مورد، افزودنی برمبنای وزن (نه حجم) در ترکیب وارد می شود.

شکل 6-12 مقایسه تغییر حجم اولیه 24 ساعته با استفاده از پیمانه های مصرفی پایین و بالای مواد افزودنی انبساطی در مقابل سیمان تیپ K. بازدهی افزودنی های انبساطی در ترکیبات گروت سازه ای، بتن بین المللی.

نقطه اضافه شدن در هر دو مورد کارکردهای پیش ساخته و آماده به همراه ریزدانه ها می باشد، درست پیش از آنکه آب به مخلوط اضافه شود.
انبساط حاصل شده در بتن حاوی این مواد افزودنی وابسته به نوع سنگدانه های مورد استفاده در مخلوط می باشد. تاثیر میزان موجود سیمان و آب موجود می بایستی از طریق "آزمون و خطا در اختلاط" تعیین شود. همچنین سازگاری با دیگر افزودنی ها هم می تواند نیازمند به آزمون و خطا بوده و توصیه تولید کننده باید مورد توجه قرار گیرد.
عملکرد رضایت بخش افزودنی ها تا حدی به درجه اختلاط بستگی خواهد داشت. زمانی که مقادیر افزودنی کمی استفاده گردد، زمان های اختلاط طولانی تری (نسبت به زمان های اختلاط برای مخلوط های سیمانی پرتلند) مورد نیاز می باشد. در هوای خیلی گرم، ترتیب ریختن اجزای بتن به درون دستگاه مخلوط کن می تواند تغییر داشته باشد. محفظه ی دستگاه مخلوط کن به صورت ساکن نگه داشته می شود تا زمانیکه کامیون به مقصد برسد. هنگامی که مخلوط شدن به مدت 3 تا 5 دقیقه ی قبل از تخلیه بتن صورت پذیرد، افت اسلامپ حداقل می شود. زمانی که در شرایط هوای سرد قرار داریم (با استفاده از آب داغ) آب به سنگدانه ها افزوده شده و پس ز آن افزودنی و سیمان اضافه می شود، در غیر این صورت امکان گیرش سریع محتمل می باشد.
پیمانه مصرفی افزودنی و شرایط عمل آوری پس از ریخته شدن بر خصوصیات بتن اثر می گذارد. از همین رو انتخاب یک پیمانه مصرفی مناسب بستگی خواهد داشت به: (1) سطح مطلوب انبساط، (2) درجه مقید یودن سازه و (3) شرایط عمل آوری. در شرایطی که عمل آوری کافی را نتوان تامین نمود، باید از پیمانه مصرفی (که اندکی بالاتر از معمول است) استفاده گردد تا جبران جمع شدگی موثر تضمین شود.

فاکتورهای موثر بر واکنش

فاکتورهای زیر بر واکنشی که اترنیگیت و انبساط نهایی را تشکیل می دهد، اثرگذار می باشند.

ترکیب و ریزی

نوع و مقدار آلومینات ها، کلسیم سولفات و آهک موجود در مخلوط بر سرعت تشکیل اترنیگیت حاکم می باشد. حضور آهک برای هر دو مراحل اولیه و ثانوی شکل گیری اترینگیت ضروری می باشد، زیرا آهک با یون های کلسیم یک فاز محلول اشباع شده را حفظ می کند. شکل بلورین، انازه ذرات و محدود اندازه ذرات در CSAها، سرعت هیدراتاسیون و مدت انبساط را تعیین می نماید (شکل 11-6).

میزان سیمان موجود

در اختلاط های پر سیمان، انبساط بالاتری حاصل شده و هر چه میزان سیمان موجود کمتر گردد، این انبساط پایین می آید. عموما، یک میزان حداقلی با چگالی 280kgm-3 مورد نیاز است تا مقادیر انبساط مطلوب حاصل گردد.

نسبت آب به مواد سیمانی

در سطوح پیمانه مصرفی افزودنی بین 9 تا %13، بتن ها با CSAها افزایش های زیادی را در انبساط کلی و مقاومت فشاری، در نسبت های آب به سیمان کمتر از 0.5 را نشان می دهند.

پربازدیدترین مطالب ما را دنبال کنید!
کرگیری بتن (concrete core drilling)
آزمایش های بتن و اجزای آن
کفپوش اپوکسی

نسبت ماده افزودنی به سیمان

نسبت های رایج مورد استفاده ماده افزودنی به سیمان، به هدف جبران جمع شدگی برابر 11-9 (ماده افزودنی) به 89-91 (سیمان) است. در این نسبت ها خصوصیات بتن CSA مشابه با بتن های سیمان پرتلند با نسبت های مخلوط مشابه می باشد. با این وجود، در حالی که انبساط و هوای محبوس افزایش می یابد، در پیمانه های مصرفی افزودنی فراتر از %11، کارایی مقاومت بتن کاهش می یابد. به هنگامی که انبساط نامحدود باشد و فراتر از %3/0 رود، مقاومت کاهش می یابد.

شرایط عمل آوری

در پیمانه های مصرفی 8 تا %11 برای بتن های حاوی CSA، وقتی که بتن با آب عمل آوری شده یا در RH%100 باشد نسبت به وقتی که با ترکیبات عمل آورنده پوشش داده شده، انبساط های بیشتری ایجاد می شود. هنگامی که بتن در RH%50 عمل آوری شده باشد (عمل آوری با هوا) انبساط اندکی (%05/0-) رخ داده و پس از 7 روز جمع شدگی رخ می دهد. مقاومت فشاری برای مواد عمل آوری شده با آب اندکی پایین تر از مقاومت فشاری ماده با هوا عمل آوری شده می باشد. اثرات ایجاد شده فوق در کارکردهای پیش تنیده موثرتری می باشد، زیرا در این کارها از پیمانه های مصرفی بالاتر استفاده می شود. چنانچه هیچ محدودیتی در طی عمل آوری رطوبتی نباشد، انبساط مخرب می تواند رخ دهد.

دما

هرچه دمای اختلاط و محیط بالاتر باشد، افت های اسلامپ فزاینده خواهد بود و انبساط نهایی کاهش می یابد. همچنین انبساط کاهنده در دماهای پایین تر رخ می دهد. عموما، انبساط های بیشتری دردماهای متعادل (18-25°C) رخ می دهد. در دماهای بالاتر (>35°C) سرعت تشکیل اترینگیت تسریع می شود، اگر چه یک میزان بالای انبساط در سنین اولیه اتفاق می افتد، مقاومت ایجاد شده توسط تسریع هم زمان در توسعه مقاومت موجب یک مقدار انبساط نهایی کمتر می شود. در دماهای پایین تر و سنین اولیه سرعت تشکیل اترینگیت آهسته تر بوده و انبساط ایجاد شده توسط خزش های بالاتر، کاهش می یابد.

درجه محدودیت

محدودیت کافی در طی انبساط باید فراهم اید تا تنش های فشاری مورد نیاز برای جبران جمع شدگی یا برای پیش تنیدگی فولاد القاء گردد. این محدودیت معمولا توسط آرماتور، اصطکاک زیراساس و قالب ها تامین می گردد. برای یک پیمانه مصرفی مشخص از ماده افزودنی، میزان سیمان موجود و نسبت های اختلاط، با افزایش در آرماتورهای فولاد، انبساط کاهش می یابد. در صورت عدم محدودیت، سطح تنش های فشاری لازم برای برقراری تعادل (جبران) تنش های جمع شدگی در پیمانه های مصرفی پایین تر حاصل نمی شود، در حالی که انبساط مخرب منجر به کارکردهای خود تنشی می شود.

زمان اختلاط

از آنجا که انبساط ایجاد شده وابسته به یکنواختی توزیع ذرات است، زمان های اختلاط طولانی تری از زمان اختلاط معمولی مورد نیاز است. با این وجود، اختلاط طولانی منجر به کاهش محسوس در پتانسیل انبساطی در دماهای بالاتر می گردد.

سازگاری با دیگر مواد افزودنی

فوق روان کننده ها و تسریع کننده ها انبساط را به اندازه محسوسی کاهش می دهند. مقدار اثر گذاری وابسته به آن است که افزودنی گیرش را به تاخیر انداخته یا تسریع نماید. دیرگیر کننده ها در دماهای نرمال عموما انبساط نهایی را افزایش می دهند. با این وجود تحت شرایط هوای داغ و بسیار گرم، دیرگیر کننده ها اثرات تسریع گیرش را جبران می نمایند. به این ترتیب این امر سبب می شوند که سطح عادی انبساط اتفاق بیفتد. عوامل هوازا به واکنش انبساطی اثرگذار نیستند، اگر چه هنگامی که یک CSA در بتن با هوای محبوس استفاده گردد، میزان هوای موجود بیشتری موجب این امر می شود. لحاظ کردن فوم سیلیکا در ترکیبات گروت ساخته شده با سیمان تیپ K یا عوامل انبساطی از نوع CSA ممکن است انبساط را کاهش دهد. فوم سیلیکا تشکیل اترنیگیت را با کاهش دادن غلظت یون های کلسیم (Ca++) و هیدروکسیل
(OH-)، که در تشکیل اترنیگیت دخالت دارند، کاهش می دهد.

ی- نوع سنگدانه

نوع سنگدانه بر انبساط و ویژگی های جمع شدگی بتن اثر گذار است. کاربرد سنگدانه ها با مدول الاستیسیته بالا موجب انبساط بیشتر می گردد.

سن افزودنی

در مقایسه با سیمان های جبران کننده جمع شدگی یا پرتلند، مواد افزودنی CSA بیشتر مستعد این هستند که به واسطه بالا آمدن CO2 و رطوبت، با افت فعالیت مواجه شوند. در نتیجه، فراتر از عمر مفید می تواند به جدا پتانسیل انبساطی را کاهش دهد. در نتیجه این مواد در کیسه های ضد اب که باید همیشه در مکان خشک انبار گردد بسته بندی شود. هر گاه کیسه ای باز شود، ترجیحا باید در همان روز از آن استفاده شده تا فعالیت خود را حفظ نماید. عمر مفید معمولا 12 تا 9 ماه است.