مدیریت حفاظت بتن

علیرغم اینکه مدت نسبتا؛ زیادی از پیرایش بتن نمی گذرد ( حدود 125 سال ) شناخت علل فساد در پروسه ی تحقیقات میدانی و جلوگیری از بروز آن ‏‏، مقاومت زیاد ، استحکام و شکل پذیری بتن استفاده از این ماتریال را با استقبال روز افزونی مواجه ساخته است .
با توجه به گستردگی استفاده از بتن نتایج بهره وری از آن همواره رضایت بخش نبوده و در پاره ای از موارد مسائل و مشکلاتی بوجود آورده است . در سازه های بتونی ا«ن پرسش مطرح است که آیا بتن با ترکیبات اولیه ی خویش به تنهایی توانسته است در شرایط زمانی و مکانی مختلف عملکرد بهینه ای داشته باشد ؟ متأسفانه بررسی ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه ، پاسخ منفی را بدست می دهد .

مقاله ی حاضر بر اساس تحقیقات میدانی انجام شده در زمینه ی شناخت علل فساد بتن در استان هرمزگان تهیه گردیده است .

فساد پذیری سازه های بتونی که کاهش دوام سازه یی رع به همراه دارد ، اسباب نگرانی سازه های مهمی چون مجتمع بندری شهید رجائی ، سد میناب ، خط انتقال آب میناب – بندر عباس و دهها پروژه ی دیگر را فراهم ساخته است .

شناخت علل فساد بتن در پروسه ی تحقیقات میدانی و جلوگیری از بروز آن در قالب طرح مدیریت حفاظت بتن ، جمع بندی و ارائه گردیده است . لذا لازم است که قبل از ورود به بحث اصلی به تبیین اصطلاحات ویژه ای بپردازیم که کرارا؛ از آن استفاده خواهد شد .

امروزه با عاریه گرفتن اصطلاح خوردگی از بخش متالوژی عنوان ؛ خوردگی بتن ؛ ابداع شده است . در حالی که واژه خوردگی تعریف روشنی از چگونگی بروز فعل و انفعالاتی که تخریب زودرس بتن را بهمراه داردئ به دست نمی دهد .
ازدیاد حجم فولاد درون سازه بتونی بر اثر واکنش های شیمیایی / الکتروشیمیایی ، سبب افزایش فشار درون بتن گردیده که نهایتا“ فرایند تخریب بتن را بهمراه دارد . در این مقطع ترمیم بتن مطلقا“ امکان پذیر نبوده و یا انجحام آن با هزینه های گزافی همراه است .

شباهت این فرایند در بتن با بیماری مهلک سرطان عنوان سرطان بتن ( Concrete Cancer ) را مطرح نموده است . اما از ؟آنجا که فرایند تخریب بتونهای غیر مسلح به ژگونه دیگری است ، واژه فساد بتن را برای تبیین امری که تخریب بتونهای مسلح و غیر مسلح را بهمراه دارد مناسب تر یافته ایم .

1- مدیریت حفاظت بتن

مدیریت حفاظت بتن در بر گیرنده تمامی موارد فنی و اجرائی در حد جزئیات است که طرح ، اجرا و بهره برداری از سازه های بتنی را در بر می گیرد .

کشاورزان با استفاده از واژگان کاشت ، داشت و برداشت تعریف جامعی رال در امر کشاورزی ارائه نموده اند . چنانچه ما نیز چنین تعریفی را برای امور عمرانی کشور داشته باشیم از به هدر رفتن میلیاردها ریال سرمایه های ملای جلوگیری کرده ایم .

1-1- اجزای تشکیل دهنده مدیریت حفاظت بتن

می توان اجزای تشکیل دهنده مدیریت حفاظت بتن را به طریق زیر فهرست بندی کرد :
الف – تأمین سرمایه

ب- تأمنین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص

پ- شناخت مصالح و مواد اولیه

ج- شناخت عوامل فساد بتن

چ – شناخت اقلیم و عوامل محیطی

ح- تهیه مصالح و مواد مناسب و نگهداری آنها در شرایط خوب و استاندارد

د- تحقیقات:

( تحقیقات خود شامل دو جزء است که بهینه سازی و جایگزینی مواد جدید مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و پیدا کردن روشهای جدید مبارزه با فساد بتن را شامل می شود .

ر- طرح اختلاط بتن

ل- تولید، اجرا و عمل آوری

ن- نگهداری

مدیریت حفاظت بتن با هدف تقلیل ضایعات و جلوگیری از بروز واکنشهای منفی درون سازه های بتونی دستورالعمل هایی را در بر دارد که می توان نوعا“ آن را به سازه های دیگر اعم از فلزی ، خاکی و …….. تعمیم داد .

الف – تأمین سرمایه :

تأمین سرمایه کافی به منظور انجام دقیق امر طراحی و اجرا و بهره برداری از سازه در اولویت قرار دارد . عدم امکان تأمین بخشی از سرمایه یعنی عدمن تحقق بخشی از اهداف پروژه .

ب- تأمین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص

تأمین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص به عنوان دو بخشی که بطور متقابل یکدیگر را پوشش منی دهند مطرح است و عدم تأمین و یا حذف بخشی از آن سلامت سازه ای را زیر سؤال خواهد برد .

پ- شناخت مصالح و مواد اولیه

شناخت مصالح و مواد اولیه مصرفی در بتن تعاریف و استانداردهای خاص خود را دارند و با در نظر گرفتن این استانداردها بایستی نسبت به تهیه و بکارگیری آن در امر احداث سازه های بتونی اقدام نمود . نادیده گرفتن و قصور در اجرای استانداردها و دستورالعمل های فنی یعنی به خطر انداختن استحکام ، دوام و بقای سازه ای .

ج- شناخت عوامل فساد بتن

شناخت عوامل فساد بتن که تا کنون شناسائی و طبقه بندی گردیده اند عبارتند از :

1- نمکها ؛ 2- اسیدها ؛ 3- گازهایی نظیر گاز کربنیک ؛ 4- پوشش نا کافی بتن بر روی فولاد ؛ 5- کیفیت پایین عمل آوری بتن ؛ 6- بار اضافی ؛ 7- آب و رطوبت ؛ 8- فرآیند یخبندان ؛ 9- خوردگی میکروبی ( SRB ) ؛ 10- باکتری های اکسید کننده گوگرد .

چ – شناخت اقلیم و عوامل محیطی

بحث کلرورها و سولفاتها در سطح کشور همراه سایر عوامل فساد بتن را تحت الشعاع قرار داده و عوامل دیگری که به فساد منجر می شود مورد غفلت قرار گرفته است ( نمونه حاضر آن سازه های بتونی گوناگون در سطح تهران بزرگ ) و اگر به بند “ ج “ که گاز کربنیک را به عنوان یکی از عوامل فساد بتن مطرح ساخته است نظری بیندازیم دیگر هیچگاه سازه بتونی اکسپوز را در سطح شهری که مالامال از گازهای مونو و دی اکسید کربن است احداث نخواهیم کرد .

بررسی های علمی نشان می دهد که گاز کربنیک موجود در هوا سبب کربناتیزه شدن بتن و کاهش مقاومت آن می گردد . به طوری که یک عامل نفوذی بعمق20 میلی متر می تواند تا میزان 35 نیوتن بر میلی متر مربع مقاومت بتن را طی 30 سال کاهش دهد .
نمک آب دریاهای آزاد آب خلیج فارس

که البته میزان این املاح در نواحلی ساحلی به علت تبخیر بیشتر دو چندان می گردد و این ارقام بیانگر آن است که حاشیه خلیج فارس سازه بتونی ما به طور همزمان مورد هجوم دو عامل مخرب سولفات و کلر قرار می گیرد .

ح- تهیه مصالح و مواد مناسب و نگهداری آنها در شرایط خوب و استاندارد

آئین نامه های مجاز بتن در کشورهای مخحتلف و از جمله آئین نامه بتن ایران تهیه مصالح مرغوب و انبار نمودنآن در شرایط مطلوب را توصیه نموده است . تحقیق در امر فساد بتن در مجتمع بندری شهید رجایی بندر عباس نشان داد که هیچ یک از مصالح مصرفی در بتن برابر توصیه های آئین نامه ای تهیه و مصرف  نگردیده است .

( تهیه و دپوی شن و ماسه در محیط باز و در مجاورت ماسه های روان آغشته به یون کلر و سولفات ، نشستن شبنم حاوی کلروسولفات و انبار نمودن پاکتهای سیمان تا 17 کیسه بر روی هم ، ( استاندارد 7 کیسه ) استفاده از آب حاصله از دستگاههای آب شیرین کن با خاصیت قلیلیی بسیار بالا ، استفاده از بتن خشک ، عدم اجرای بتن با چگالی مناسب از بارزترین علل فساد بتن در مچتمع بندری شهید رجائی بندر عباس بوده اند . تهیه مصالح مرغوب از مسافتهای دور را نباید به دلیل افزایش هزینه به تهیه مصالح نا مرغوب از مسافت نزدیک ترجیح داد .

د- تحقیقات :

چون عمدتا“ تحقیقات میدانی انجام شده در حاشیه خلیج فارس صورت گرفته است و مضافا“ این که این خلیج به علت عمق کم و گستردگی زیاد و عدم سیرکولاسیون کافی آب به علت عرض کم دهانه آن و همچنین تجربه زیاد ، بصورت اکوسیستم خاصی عمل می کند علاوه بر میزان بسیار زیاد املاح در میلی لیتر دمای 34-33 درجه شرایطی استثنایی را پدید آورده که طرح اختلاط بتن ویژه ای را طلب می نماید و تا کنون متأسفانه هیچ یک از آئین نامه های داخلی و خارجی بتن به آن نپرداخته اند . تحقیقات در شرایط آزمایشگاهی در بر گیرنده پاسخ های صحیح و دقیق نبوده است و ضرورت دارد کهخ این تحقیقات را به سمت و سوی تحقیقات محیطی بسط داد . بدیهی است که امر تحقیقات باید در دو زمینه بهسازی و جایگزینی مواد جدید و مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و ت=از سویی پیدا کردن روشهای جدید مبارزه با فساد بتن از سوی دیگر انجام گیرد .

ر – طرح اختلاط بتن

طرح صحیح صورت مسأله بر اساس شناخت دقیق اقلیم ، مکان ، مکصالح و نوع سازه ، امکان تهیه طرح مطلوب بتن را بدست می دهد . طرح اختلاط بتن به مانند هر گونه طراحی دیگر بایستی به صورت موردی و منفرد انجام گیرد و از استفاده عمومی طرح اختلاط واحد بتن اکیدا“ اجتناب شود . اختلاط بتن بایستی با درصد و طیف مناسبی از عناصر ریزدانه و درشت دانه انجام گیرد و حذف بخشی از این موارد به مخاطره انداختن سازه بتونی ، محسوب می شود .

ل – تولید، اجرا و عمل آوری

اجرا و عمل آوری بتن از مهمترین مباحث مربوط به بتن می باشد که مکمل طرح اختلاط بتن بوده و اجرای صحیح و دقیق آن امکان اتصال بتن با چگالی زیاد را بدست می دهد که به علت فشردگی زیاد اجزای بتن راه نفوذ عوامل را به درون بتن سد نموده و استحکام و دوام سازه ای را تضمین می نماید .

ن- نگهداری

نگهداری سازه های بتونی از مهمترین بحثهای مدیریت حفاظت بتن می باشد که بکارگیری آن در تمامی دوران بهره برداری توصیه گشته و امروزه در تمامی کشورهای پیشرفته به طور جدی مورد توجه قرار گرفته است .

نتیجه گیری :

با توجه به پهناوری کشور و شرایط مختلف اقلیمی و محیطی ، تهیه و تنظیم آئین نامه های منطقه ای بتن و فولاد امری ضروری است و بهره برداری بی دردسر از سازه ها ایجاب می کند که به امر طراحی ، اجرا و بهره برداری سازه ای توجه ویژه ای مبذول شود ، از این رو در جهت تکمیل طرح مدیریت حفاظت بتن طرحی را تحت عنوان شناسنامه سازه ای تهیه و ارائه نموده ایم که امیدواریم پس از کسب نظر اساتید ، دانشمندان و صاحبنظران به عنوان امری واجب و ضروری در راه حفظ و نگهداری سرمایه های ملی و کلیه سازه ها ( اعم تاز بتونی ، خاکی ، فلزی و … ) مورد استفاده قرار گیرد .

آهک و گچ ، از جمله موادی هستند که کارآیی آنها از دوران باستان ، توسط بشر شناخته شده است و از آنها در ساختن انواع بناها ، استفاده می‌شد. موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان برای اتصال محکمتر قطعات سنگ و یا چوب بکار گرفته می‌شد.

از نظر علمی ‌، آهک همان اکسید کلسیم است که از حرارت دادن شدید سنگ آهک (کربنات کلسیم طبیعی) بدست می‌آید.

مفاهیم آهک مرده و آب آهک

هرگاه بر روی اکسید کلسیم (آهک زنده) ، آب ریخته شود، بر اثر واکنش با آب ، گرما ایجاد می‌کند که موجب بخار شدن قسمتی از آب می‌شود. در این عمل ، آهک بر اثر جذب آب ، متورم شده ، سپس به‌صورت گرد سفیدی در می‌آید که اصطلاحا «آهک مرده» نامیده می‌شود، (زیرا در تماس با آب ، دیگر واکنشی از خود نشان نمی‌دهد) و این عمل راشکفته شدن آهک نیز می‌گویند.

هر گاه مقداری آب به آهک مرده اضافه شود، به شیر آهک تبدیل می‌شود که اگر آن را صاف کنیم، محلول زلالی که در حقیقت محلول سیرشده هیدروکسید کلسیم در آب است، حاصل می‌شود که به آب آهک موسوم است. آب آهک کاربردهای بسیاری در صنایع شیمیایی دارد. مثلا در تهیه هیدروکسید سدیم ، آمونیاک ، هیدروکسید فلزات ، پرکلرین و به‌ویژه در استخراج منیزیم از آب دریا بکار می‌رود.

انواع آهک

معمولا از سه نوع آهک در کارهای ساختمانی استفاده می‌شود:

1-آهک چرب یا پر قوه

این نوع آهک ، حدود چهار درصد ناخالصی همراه دارد و مهمترین ویژگی آن این است که در تماس با آب به‌شدت شکفته می‌شود و حجم آن تا حدود ۲/۵ برابر مقدار اولیه‌اش افزایش می‌یابد. مخلوط آن با شن در تماس با گاز کربنیک به‌سرعت خود را می‌گیرد و سفت می‌شود، (به مدت ۱۵ روز در مجاورت هوا). از اینرو ، آهک چرب را آهک هوایی نیز می‌گویند.آهک و گچ

2-آهک‌های کم قوه

این نوع آهک از سنگ آهک‌هایی که ۵ تا ۶ درصد آهک دارند، تولید می‌شود و ناخالصی‌های عمده آن را اکسید آهن (II) (گل اُخری) ، اکسید سیلیسیم (سیلیس) و اکسید آلومینیوم (آلومین) تشکیل می‌دهد. از ویژگیهای این نوع آهک آن است که به‌کندی شکفته می‌شود و ملاط حاصل از مخلوط آن با شن ، به‌آرامی‌ در هوا سفت می‌شود.آهک و گچ

2-آهک‌های آبی

این نوع آهک ، معمولا از سنگ آهک‌هایی که حدود ۶ تا ۲۲ درصد گل رس دارند، تهیه می‌شود. از ویژگیهای مهم این نوع آهک آن است که دور از هوا و حتی در زیر آب ، به آهستگی سفت می‌شود، در تماس با آب خیلی شکفته می‌شوند و با آب خمیر کم‌چسب تولید می‌کند. بطور کلی ، می‌توان این نوع آهک‌ها را حد واسط بین آهک‌های هوایی و سیمان دانست. آهک و گچ

روشهای تهیه آهک‌

روش تهیه کلی آهک ، همان حرارت دادن سنگ آهک) کربنات کلسیم) تا دمای ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد است. البته ، هر چه دما بالاتر باشد و گاز دی‌اکسید کربن حاصل ، بهتر از محیط خارج شود، عمل تجزیه سنگ آهک بهتر صورت می‌پذیرد. اما بطور کلی ، تهیه انواع آهک متفاوت است که در اینجا به چند نمونه اشاره می‌شود.

1-تهیه آهک معمولی

برای تهیه این نوع آهک ، از کوره‌های ثابت و غیره پیوسته یا از کوره‌های مکانیکی استفاده می‌شود:

-کوره‌های ثابت و غیر پیوسته: در این کوره‌ها که به روش سنتی کار می‌کنند، خرده‌های سنگ آهک را در اندازه‌های تقریبی ۱۰ سانتیمتر روی هم می‌چینند و سطح آن را با کاه گل می‌پوشانند. سپس از قسمت پایین با کمک سوخت (بوته ، چوب ، زغال یا نفت سیاه) تا دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به آن گرما می‌دهند، پس از زمان معینی گرما دادن را قطع کرده ، بعد از آنکه کوره سرد شد، آهک زنده حاصل را خارج می‌کنند (چون در زمان خالی کردن ، آهک کوره کار نمی‌کند، از اینرو ، آن را کوره ثابت و غیر پیوسته می‌گویند)

-کوره‌های مکانیکی و پیوسته: این کوره‌ها نیز انواع مختلف دارند. کوره آلبرگ که در قسمت پایین آن ، شبکه فلزی ضخیمی ‌تعبیه شده است و بر روی آن ، مخلوط زغال (به‌عنوان سوخت) و سنگ آهک را قرار می‌دهند. گرمای سوختن زغال ، دمای کوره را بالا می‌برد و سنگ آهک را تجزیه و به آهک تبدیل می‌کند. آهک حاصل از پایین شبکه فلزی و گاز دی‌اکسید کربن نیز از بالای کوره خارج می‌شود. عیب عمده استفاده از این نوع کوره آن است که مقداری خاکستر زغال در آهک وارد می‌شود. بازدهی این روش بین ۱۲ تا ۱۴ تن آهک در روز است.

-کوره شماتولا : این کوره شبیه کوره آلبرگ است، با این تفاوت که قسمت آتشدان آن در خارج از محفظه کوره قرار دارد و از اینرو ، عیب مخلوط شدن آهک با خاکستر زغال را ندارند.

-کوره‌های گردان : این کوره‌ها مشابه کوره پخت سیمان هستند. بازدهی این نوع کوره‌ها از انواع دیگر بالاتر است.

2-مرحل تهیه آهک‌های آبی

برای تهیه این نوع آهک مراحل زیر به ترتیب انجام می‌گیرد:

-تجزیه سنگ آهک

در این مرحله ، به روشی که برای تهیه آهک گفته شد، عمل می‌شود. با این تفاوت که سنگ آهک انتخاب شده است، باید مقدار قابل ملاحظه‌ای خاک رس همراه داشته باشد. آهک و گچ

-شکفته کردن

در این مرحله با دقت و مهارت کافی ، آن اندازه آب به آهک زنده اضافه می‌شود که فقط اکسید کلسیم هیدراته شود و سیلیکات‌ها و آلومینات کلسیم آب جذب نکنند و به صورت بلورهای هیدراته در نیایند. برای این منظور اضافه کردن آب را باید در دمای ۲۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام داد، زیرا در این دما ، سیلیکات‌ها ، آب جذب نمی‌کنند.

-الک کردن

آهک را پس از شکفته شدن باید از الکهای ویژه‌ای عبور داد و بر اساس اندازه ذرات ، آن را به صورت زیر دسته‌بندی کرد:

آهک سبک : که نرم‌ترین قسمت آن است و درجه خلوص آن نیز بالا است.

آهک هیدرولیک معمولی : که از الک رد نشده است و باید آن را دوباره آسیاب و بوجاری کرد.

آهک‌های سنگین : که دانه‌های آنها دارای ماهیت سیمان است و مقدار سیلیکات آن زیاد است. آهک و گچ

نخاله آهک : شامل سنگ آهک‌های نپخته است که در برابر آب شکفته نمی‌شود و حاوی مقدار زیادی سیلیکات است.

کاربردهای مهم آهک

آهک کاربردهای زیادی در کارهای ساختمان‌سازی و تهیه فرآورده‌های صنعتی و شیمیایی دارد که به بسیاری از آنها اشاره می‌کنیم:

-تهیه ظرفهای چینی : چینی‌ها در واقع از انواع سرامیک محسوب می‌شوند و به دو دسته چینی‌های اصل یا چینی‌های سخت و چینی‌های بدلی تقسیم می‌شوند.

-تهیه شیشه‌های معمولی : عمدتا شامل سیلیس ، کربنات کلسیم (یا آهک) ، کربنات سدیم و زغال کک است.

-تهیه سیمان : در ابتدا از سنگ آسیاب برای پودر کردن مخلوط و از کوره‌های ثابت استفاده می‌شد.

-تهیه ساروج : ساروج یا ملاط ، مخلوطی از آهک ، ماسه و آب است که بر خلاف سیمان در داخل آب خود را نمی‌گیرد و سفت نمی‌شود، ولی در مجاورت هوا به علت جذب گاز دی‌اکسید کربن و تشکیل سنگ آهک ، به‌تدریج سفت می‌شود.

برگرفته شده از سایت : http://daneshnameh.roshd.ir