سرطان بتن چیست
علیرغم اینکه سیمان یک محصول کارخانه ای است وبه خصوص ترکیبات شیمیائی آن در هر لحظه از طرف کارخانه تولید کننده کنترل میشود متاسفانه در بعضی مواردبنا به دلایل مختلف، کیفیت سیمانهای تولیدی در بعضی از کارخانه ها به شدت نزول کرده است. ازنظر اصول فنی، می بایست سیمانی مصرف شود که به لحاظ درصد کل قلیائی ویا همان هم ارزی قلیائی درصد محدودی از وزن سیمان راداشته باشد ولاغیرممکن است بعدازچندماه تاچند سال شاهد آثارتخریبی سهم گینی درسازه های بتنی که درمعرض آب هستند باشیم. برای توضیح مطلب هم ارزی قلیائی را برای یک نمونه از سیمان آزمایش شده راجهت برسی انتخاب نموده ایم .
درصد کل قلیائی وبعبارتی هم ارزقلیائی معادل عددی اکسیدهای پتاسیم (K2O) واکسیدسدیم (Na2O)= با رابطه زیر میباشد.
= Na2O+0.658 K2هم ارزی قلیایی
آزمایش های متعدد ومنابع فنی وهمچنین آئین نامه بتن ایران (بند 3-4-5 )، حداکثر مقدار هم ارزی قلیائی رابه 0.6 درصد محدود کرده است. که این مقدار درنتایج آزمایش پیوست 0.654 درصد گزارش شده است.
وجود درصد بالائی ازهم ارزی قلیائی ، موجب خرابی بتن دردرازمدت خواهد شداین عمل که واکنشهای قلیائی سنگدانه ها (ویا سرطان بتن ) نامیده می شود دارای مکانیزمی است که بطور خلاصه به شرح زیر می باشد.
اکسید های پتاسیم ون اتریم (سدیم) که درآخرین سطح انرژی خود (مدارالکترونیک) فقط یک الکترون دارند که براحتی می تواند آن رااز دست بدهند درنتیجه میل ترکیبی وشرکت درواکنشهادرآنهازیادمیباشد.این موضوع باعث ایجاد محیط قلیائی دربتن می شود،محلول قلیائی موجوددربافت بتن وکانیهای سیلیسی درشن وماسه تشکیل یک ژل قلیائی می دهد که همان سیلیکات کلسیم می باشد،این ژل به خصوص درسازه هائیکه درمجاورت آب باشند به مرور زمان خاصیت انبساطی پیدا می کند وسازه راازدرون بایک تنش بزرگتراز مقاومت کششی بتن مواجه می سازد که نهایتا موجب ترکهای زیادی درسطح بتن ودرعمق بتن میگردد. باگذشت زمان آب جذب شده از محیط اطراف،باعث افزایش حجم بیشتر شده وانبساط فشارافزا،باعث تخریب کلی سازه می گردد.این پدیده عموما از5 الی 10 سال بعد ازبتن ریزی بروزپیدا می کند.
معمولا واقعی ترین اطلاعات در زمینه پتانسیل فعالیت سیلیسی سنگدانه های بتن ،ازعملکرد واقعی آنها ،درسازه های سالم مشابه ،ازاهمیت ارزیابی سنگدانه ها می کاهد ولی با علم به این مطلب که معمولا مصالح رودخانه ای دارای سیلیس می باشند وبامقایسه کیفیت مطلوب سیمان و روشهای اصولی ساخت واجرای بتن در آن زمان،باوضعیت زمان حاضر، به اهمیت موضوع پی خواهیم برد.
ودرنهایت: مقایسه ویژگیهای شیمیایی وفیزیکی سیمان مطابق استاندارد ایران (پیوست 2) با نتایج نمونه مورد مصرف درکارگاهها سودمند خواهد بود.
واکنش قلیایی – سیلیسی:
واکنش بسیار مخربی که باعث انبساط های شدید درسطح بتن میگردد. این واکنش در بتن هایی که در معرض شرایط محیطی مرطوب قرار داشته و سنگدانه هایی که حاوی میزان معینی کانی اپال , تری دسییت, کریستو بالیت, ریولیت, آندزیت, کلسدونی یا داسیتها باشد با مقدارقلیایی سیمان که مجموع Na2O و K2O آن از 0.6 درصد تجاوزکند صورت می گیرد که باعث انبساط های شدیدی در سطح بتن می گردد این واکنش به مرور زمان و بسیار آرام رخ می دهد به همین دلیل به این فعل و انفعالات سرطان بتن میگویند. خرابی ناشی از انبساط در اثر تورم اسمزی ژل های قلیایی– سیلیسی ایجاد شده و توسط واکنش شمیایی بین مواد سیلیسی فعال و قلیایی حاصله از هیدراتاسیون سیمان و منابع دیگر حادث می شود . این انبساط مخرب زمانی اتفاق می افتد که سیمان دارای قلیایی بالا باشد این واکنش علاوه بر انبساط زیاد باعث افت مقاومت فشاری و فرو پاشی بتن نیز میشود واکنش با حمله هیدروکسیدهای قلیایی بر کانیهای سیلیسی موجود در سنگدانه ها شروع می شود و ژل قلیایی تشکیل می دهد . این ژل از نوع نرم کننده نا محدود میباشد چون این ژل توسط خمیر سیمان احاطه شده است و لذا فشارهای داخلی بوجود می آیند که در نهایت باعث انبساط و از هم پاشیدن خمیر سیمان می گردد.
سرعت این واکنش می توان به اندازه ذرات سیلیسی سنگدانه ها کنترل گردد که ذرات بسیار ریز ظرف یک تا دو ماه ایجاد انبساط میکنند ولی ذرات درشت تر در طی سالها موجب انبساط می شوند.
راههای پیشگیری از واکنش سیلیسی – قلیایی :
بکار بردن سیمانی که مقدار قلیایی آن پایین باشد.این سیمان را Low Alkali می خوانند سیمانی که Na2O و K2O آن از 0.6 درصد بر اساس معادل Na2O کمتر باشد.
جایگزین کردن سنگدانه های غیر فعال به جای سنگدانه های فعال
استفاده از مواد پوزولانی که به صورت ریز آسیاب شده باشند. پوزولانها از حمله سنگدانه های فعال با قلیایی سیمان وارد واکنش شده و فعل و انفعالات حادث می شود بنابراین می توان با استفاده از سیمان پوزولانی این تغییر را تا حد زیادی کاهش داد.
استفاده از مواد افزودنی حباب زا: این افزودنی با ایجاد و یا افزایش منافذ در بتن از خرابی های شدید و انبساط مخرب در ملات و بتن جلوگیری و یا روند آن را کاهش میدهد .
پوزولان:
ماده سیلیسی یا سیلیسی آلومیناتی که به خودی خود ارزش سیمانی شدن ندارد اما به شکل ذرات ریز و در مجاورت رطوبت و با ترکیب شدن با هیدروکسید کلسیم خاصیت چسبندگی پیدا می کند. انواع مختلف پوزولان که به صورت طبیعی و مصنوعی می باشد را می توان به پوزولانهای طبیعی ، دوده سیلیس و خاکستر بادی و غیره تقسیم کرد.
پوزولان ها بر واکنش قلیایی – سیلیسی تاثیربسیاری دارد این مواد اگر بصورت ریز پودر شوند و به سیمان اضافه گردند تاثیر زیادی بر کاهش این واکنش شیمیایی در بتن دارند اکثر پوزولانهای طبیعی و مصنوعی از جمله خاکستر بادی قادر خواهند بود مقاومت بتن را در مقابل این پدیده افزایش داده و ترکهای انبساطی ناشی از این فعل و انفعالات را تا حدود یک پنجم کاهش دهند. تاثیر خاکستر بادی در تقلیل یا افزایش این پدیده به میزان قلیایی ها موجود در خاکستر و ریز دانگی آن بستگی دارد اما پوزولانها نمی توانند کمک زیادی در مقابله با واکنش قلیایی – کربناتی به بتن بکنند از آنجا که این واکنش نیز باعث این انبساط های شدید می شود خرابی و ترک خوردن بتن را در پی دارد ولی بررسی ها نشان داده پوزولان ها در این واکنش تاثیر قابل ملاحظه ایی ندارند و مانند سیمان معمولی عمل میکند.
واکنش قلیایی و کربناتی :
نوع دیگری از این واکنش مخرب و زیان آور سنگدانه ها بین بعضی از دانه های آهک دولومیتی و قلیایی موجود در سیمان رخ می دهد که باعث بوجود آمدن بتن انبساطی مشابهی با آنچه در واکنش قلیایی – سیلسی مشاهده شد ، میشود.