تبلیغات
مقاله عمران - علل فرسودگی وتخریب سازه های بتنی
 
مقاله عمران

   علل فرسودگی وتخریب سازه های بتنی

 

 

مقدمه:

از آن جا كه خوردگی یك پدیدة مخرب در ساختمان می باشد  در جوامع امروز بیش از پیش مورد توجه مهندسین ومعماران طراح می باشد ودرس خوردگی  ساختمان كه درسی اختصاصی  برای دانشجویان رشته عمران _مرمت است كاملا دانشجویان را با مسائل مخربی ومرمتی  ساختمان  آگاه ساخته وبسیار  مفید است  لذا از تلاش های  آن استاد گرامی  در مراكز آموزش عالی كشور  كه خود  گویای  بار علمی غنی در  زمینه  علم  مهندسی  عمران  می باشد كمال  تشكر  وقدردانی  را می شود  وامید  كه با  بهره گیری  هر چه بهتر  از حضور آن استاد بزرگواردرآینده ای  نه چندان  دور  با داشتنی ایرانی  آباد  وسربلند در زیر  پرچم سه رنگ جمهوری  اسلامی  گوشه ای  هر چند كوچك از زحمات شما استاد عزیز را جبران  نمائیم . 

 

بخش اول

خوردگی بتن

1.           علل فرسودگی وتخریب سازه های بتنی

(CAUSES  OF  DETERIORATIONS )

علل مختلفی كه باعث فرسودگی  وتخریب  ساز های بتنی  می شود  همراه با علائم  هشدار دهنده  دیگری  كه كار  تعمیرات  را الزامی  می دارند  در نخستین  بخش از  تحقیق مورد  بررسی  وتحلیل  قرار می گیرند :

1-1    نفوذ نمكها

(INGRESS  OF  SALTS)

نمكهای ته نشین  شده  كه حاصل  تبخیر  ویا جریان  آبهای  دارای  املاح می باشند وهمچنین  نمكهایی كه توسط باد در خلل وفرج  وتركها جمع می شوند . هنگام  كریستالیزه شدن  می توانند فشار  مخربی به سازه ها وارد كنند كه این عمل  علاوه  بر تسری  وشدید  زنگ زدگی  وخوردگی  آرماتورها به واسطه  وجود مكهات . تر وخشك شدن  متناوب  نیز می تواند  تمركز  نمكها  را شدت بخشد  زیرا آب دارای  املاح پس از  تبخیر املاح  خود را به جا می گذارد .

1-2-   اشتباهات طراحی

(SPECIFICATIONERRORORS)

به كارگیری استانداردهای  امناسب  ومشخصات  فنی غلط در  رابه  با انتخاب  مواد روشهای  اجرایی وعملكرد  خود سازه  می تواند  ب خرابی  بتن  منجر شود . به عنوان  مثال  استفاده از استانداردهای  اروپایی وآمریكایی  جهت  اجرای  پروژه هایی  در مناطق  خلیج فارس  ، جایی كه  آب وهوا  ومواد  ومصالح ساختمانی  ومهارت  افراد متفاوت  با همه  این عوامل در شمال اروپا  وآمریكاست، باعث می شود  تا دوام  وپایایی  سازه های بتنی  در مناطق یاد  شده كاهش یافته  ودر بهره برداری از سازه  نیز  با مسائل  بسیار  جدی مواجه  گردیم .

1-3- اشتباهات  اجرایی

(CON STUCTION ERRORS )

كم كاریها آ اشباهات  ونقصهایی كه به هنگام  اجرای پروژه ها  رخ می دهد  ممكن است  باعث گرد تا آسیبهایی  چون پدیده ی لانه  زنبوری ، حفره های آب انداختگی  جداشدگی ، تركهای جمع شدگی ، فضاهای  خالی  اضافی یا بتن  آلوده شده ، به وجود آید  كه همگی آنها به مشكلات جدی می انجامند .

این گونه نقصها  واشكالات  را می توان  زاییده ی  كارائی  در جه ی فشردگی  سیستم عمل آوری ،آب مخلوط آلوده  ، سنگدانه های آلوده و استفاده  غلط از افزودنیها به صورت فردی  ویا گروهی  دانست .

وجود كلرید آزاد  در بتن  می تواند  به لایه ی  حافاظتی  غیر فعالی  كه در اطراف  آرماتورها قرار دارد  آسیب  وارد نموده  وآن را از بین  ببرد .

خوردگی  كلریدی  آرماتورهایی  كه درون  بتن  قرار دارند ،  یك عمل  الكتروشیمیایی  است  كه بنا به خاصیتش  ، جهت  انجام  این فرایند ، غلظت مورد  نیاز یون  كلرید ،  نواحی  آندی  وكاتدی  ،  وجود الكترولیت  ورسیدن اكسیژن  به مناطق  كاتد  در سل (CELL) خوردگی  را فراهم می كند .

گفته می شود كه  خوردگی  كلریدی  وقتی حاصل می شود كه مقدار  كلرید  موجو  در بتن  بیش از 6/0 كلیوگرم  درهرمتر مكعب  بتن باشد .  ولی این  مقدار  به كیفیت  بتن نیز بستگی دارد .

خوردگی  آبله  رویی  حاصل از كلرید  می تواند  موضعی  وعمیق باشد  كه این عمل  در صورت  وجود یك  سطح  بسیار  كوچك  آندی  ویك  سطح  بسیار  وسیع  كاتدی  به وقوع  می پیوندد  كه خوردگی  آن نیز  با شدت  بسیار   صورت  می گیرد  از جمله  مشخصات (FEATURES) خوردگی  كلریدی  ، می توان  موارد زیر  را نام برد :

(الف) هنگامی  كه كلرید در مراحل  میانی  تركیبات  (عمل  وعكس العمل ) شیمیایی  مورد استفاده  قرار گرفته  ولی در  انتها  كلرید  مصرف نشده باشد .

(ب) هنگامی كه تشكیل  همزمان  اسید  هیدروكلریك ، درجه  PH مناطق  خورده شده را پایین  بیاورد . وجود  كلریدها  هم می تواند  به علت  استفاده از  افزودنیهای  كلرید  باشد  وهم می تواند  ناشی از  نفوذ یابی كلرید از هوای  اطراف باشد . 

فرض بر این است  كه مقدار  نفوذ  یونهای  كلریی  تابعیت از قانون  نفوذ  FICK دارد . ولی  علاوه  بر انتشار (DIFFUSION)به نفوذ  (PENETRATION)كلرید  احتمال دارد به خاطر  مكش موئینه  (CAPILARY  SUCTION) نیز  انجام پذیرد .

1-5-حملات سولفاتی

(SULPHATE ATTACK)

محلول  نمكهای  سولفاتی  از قبیل  سولفاتهای  سدیم  ومنیزیم  به دو طریق  می توانند  بتن را مورد  حمله  وتخریب  قرار دهند. در  طریق اول  یون سولفات  ممكن است  آلومینات سیمان  را مورد  حمله  قرار داده  وضمن  تركیب  ، نمكهای  دوتایی  از قبیل : ETTRINGITE  ,  THAUMASITE تولید  نماید  كه در  أب محلول  می باشند  . وجود  این گونه  نمكها  در حضور  هیدروكسید كلسیم ، طبیعت كلوئیدی (COLLOIDL) داشته  كه می تواند منبسط شده  وبا از دیاد  حجم ،  تخریب  بتن را باعث  گردد . طریق  دومی  كه محلولهای  سولفاتی قادر به أسیب  رسانی  به بتن  هستند  عبارتست از :  تبدیل  هیدروكسید  كلسیم  به نمكهای  محلول در آب  مانند گچ (GYPSUM) ومیر ابلیت MIRABILITE  كه باعث تجزیه و نرم  شدن  سطوح  بتن  می شود  وعمل  LEACHINGیا خل وفرج دار شدن بتن  به واسطه  یك  مایع  حلال ،  به وقوع  می پیوند.

1-6- علل دیگر

(OTHER  CAUSES)

علل بسیار دیگری  نیز باعث آسیب  دیدگی  وخرابی  بتن می شوند  كه در سالهای  اخیر  شناسایی شده اند . بعضی  از این عوامل  دارای  مشخصات  خاصی بوده  وكاربرد  بسیار  موضعی  دارند . مانند  تاثیر  مخرب  چربیها  بر حاصله از  عوارض  مخرب فاضلابها  ومورد استفاده  قرار دادن  سازه هایی  كه برای  منظورها  ومقاصد  دیگری ساخته شده  باشند  ، نه آنچه  كه مورد  بهره  برداری  است . مانند تبدیل  ساختمان معمولی به سردخانه ،  محل شستشو ، انباری ، آشپزخانه  ، كتابخانه وغیره . با این  همه  اكثر آنها  را می توان  در گروههای  ذیل  طبقه بندی  نمود :

(الف) ضربات  وبارههای  وارده  (ناگهانی  وغیره ) در صورتی  كه موقع  طراحی  سازه برای این گونه  بار گذاریها  پیش  بینیهای  لازم  صورت نگرفته باشد .

(ب) اثرات  جوی ومحیطی

(پ) اثرات نامطلوب  مواد شیمیایی مخرب

مقدمه

بتن حجیم : هر حجمی  از بتن  با ابعادی  به اندازه  كافی بزرگ  كه نیاز  به تمهیداتی  جهت جلوگیری  از ایجاد تركهای  حرارتی دارد .

درك بتن  حجیم كلید  كنترل  دما  و در نهایت  حفظ  زمن  وهزینه های  مصرفی می باشد .

مشخصات  فنی  عموماً  محدود كننده  دمای  بتن  حجیم  جهت جلوگیری  از ترك حوردگ  ومشكلات  عدیده  دوام آن  می باشد . این طور  كه به نظر می رسد  دمای  بتن حجیم  بر اساس  تجربه  وبه طور  دلخواه به صورت  C57 به عنوان داكثر  دمای  مجاز بتن  و C19 (F35)   به عنوان  حداكثر  پیمانكار  باید  تمام مشخصات  فنی  ونیازمندیهای  آنرا  بدون  چون وچرا  رعایت  نماید . ولی  بدون  درك  صحیح  وكامل  از بتن  حجیم  نگهداری  دمای  بتن  در ان محدوده تعیین شده كاری  بسیار دشوار می باشد .

اغلب اوقات  در هر پروژه ای  مشخصات  فنی آن ، به خوبی  تمهیدات وسیعی  را در جهت كنترل  دما وپاسخگویی  به نیازهای  آن مطرح كرده است . به هر  حال  ،  چنانچه  به این  موضوع  توجه  كافی نشود  یا به خوبی  درك نگردد . معین  به مقدار  قابل  ملاحظه  بیشتر است ،  شده ومنجر  به صدمه  دیدن  بتن  وبه تاخیر  افتادن  برنامه  ساختمانی خواهد شد .  به علاوه  در روند  امروزی  ،  افزایش  اندازه  سطح  مقطع  بتن  در نتیجه  نیاز به حداقل  مقدار سیمان  مصرفی  زیاد با نسبت  آب  به مواد  سیمانی  پایین  می باشد  وان نیز كنترل  دمای  بتن  را چندین  برابر  دشوارتر  می نماید  . درك  بتن  حجیم  كلید  كنترل  دما ودر  نهایت  حفظ زمان  وهزینه های  مصرفی می باشد .

بتن حجیم  چیست ؟

سوالی  كه اغلب  اوقات  مطرح  می شود  این است  كه به طور  مشخص  بتن  حجیم  به چه نوع  بتنی  اطلاق می شو . طبق آئین نامه  موسسه  بین المللی  بتن  Acl كمیته  R116 Acl تعریف بتن  حجیم  بدین گونه است هر حجمی  از بتن  با ابعادی  به اندازه  كافی بزرگ  باشد  كه نیاز  به تمهیداتی  جهت  جلوگیری  از ایجاد  تركهای  حرارتی  كه در بتن  حجیم  بر اثر  حرارت  زایی  حاصل  از واكنش  شیمیایی  هیدراسیون  آب با سیمان  وپیامد  تغییرات  حم  شكل  میگیرد  دارد  از آنجایكه كه این تعریف  ازنظر  تعدادی سازمانها كافی اطلاق نشده بنابراین  تعریف های خود  را از بتن  حجیم  مطرح نموده اند . به طور مثال  بعضی ها آنرا  بدین گونه  تعریف نموده اند هر قطعه  بتنی  كه بعاد آن حداقل  بزرگتر  از 90 سانتی متر  باشد  بتن حجیم  نامیده می شود .طبق این  تعریف  یك پی بتنی  با بزرگی  ضخامت  90 سانتی متر  بتن  حجیم  خوانده نمی شود  ، ولی یك پی بتنی  با بزرگی  ضخامت  1 متر بتن  حجیم در نظر گرفته می شود .

در سزمانها ، حداقل  ابعاد  بكار گرفته در محدوده های  46/0 متر تا  2متررا در نظر می گیرند كه بستگی  به تجارب  كار گاهی  گذشته  آنان  را در نظر  می گیرند  ك بستگی  به تجارب  كارگاهی  گذشته  آنان  دارد  توجه اینكه  هیچ كدام  از این  تعاریف  مقدار  مواد  سیمانی  مصرفی  در بتن  مورد ملاحظه  قرار نداده است .

آن چه با عملكرد  بالا  یا پایین  وزود  مقاومت  رس در یك آلمان  بتنی  استفاده دمای  این المان  بسیار  متفاوت  تر از بتن  مرسوم  یك سازه بتنی  باشد

كنترل دمای بتن الزامی است ؟

حرارت  زایی  بتن  به علت  واكنش  شیمیایی هیدراسیون مواد سیمانی  می شد  بیشترین  مقدار حرارت  حاصل  در روزهای  اولیه  استقرار بتن  می باشد  مقاطع  بتنی  نازك  همچون سس روكش  كف ها تقریباً  به مجرد  ایجاد حرارت  بتن  به همان  سرعت  نیز درمحیط اطراف پراكنده می شود  در  مقاطع  بتنی  ضخیم تر  (بتن حجیم  ) حرارت  بسیار آهسته  تر از تولید  آن در  اطراف  پراكنده می شود  در مقاطع  بتنی ضخیم تر  (بتن حجیم  ) حرارت  بسیار  آهسته تر از  تولید آن در  محیط اطراف پراكنده  می شود ودر نتیجه  گرم شدن  بتن  حجیم را باعث می گردد.

مدیریت  كنترل دما جهت جلوگیری  از صدمات  حاصل  از ترك خوردگی  ، به حداقل رساندن  تاخیر  برنامه كاری  ورعایت مشخصات فنی پروژه الزامی می باشد . به خاطر  كمبود تعریف استاندارد  متحد هر المانی  بتنی را كه ابعاد آن برابر 90 سانتی متر یا بزرگتر  باشد به عنوان  بتن حجیم  مورد ملاحظه  قرار می دهیم  ملاحظات مشابه  باید  درباره المانهای بتنی  كه تحت  چنین  تعریفی  قرار نگرفته ولی دارای  سیمان تیپ ااا با مواد سیمانی بیش از 355 كیلوگرم  در هر متر  مكتن می باشد  ، اعمال گردد .

در بسیاری  مواقع ، در المانهای بتنی  غیر حجیم  نیز مقدار  قابل  ملاحظه ای حرارت  تولید می شود .

2-1-                حداكثر دمای بتن واختلاف دمای آن

اغلب اوقات  جهت اطمینان  بهتر  وبرنامه ریزی مناسب  قبل از استقرار  بتن  حداكثر دمای  مجاز بتن  واختلاف  دمای آن مشخص می شود . در بسیاری  مواقع  گستره های  مشخص شده به طور  اتفاقی وخود به خود انتخاب  شده ومشخصات فنی  پروژه  را شامل نمی گردد . برای مثال ، مشخصات  فنی خاص  از پروژه  حداكثر  دمای بتن را به C75 (1354(ودمای بتن را به (354) C19 محدود  می نماید . محدودیت های دیگر  اغلب  شامل  مواردی  مثل  محدودیت های  حداكثر  وحداقل  دمای بتن  در زمان  تحویل باشد .

حداكثر دمای بتن

دمای  بتن  به دلایل  بسیاری محدود شده  است . دلیل اصلی آن برای جلوگیری  از صدمه دیدن  بتن می باشد . مطالعات  نشان داده است  كه چنان چه حداكثر  دمای بتن از  استقرار آن صورت گیرد  وبیش از اندازه محدوده 7تا 68 درجه  سانتیگراد 165به 155 باشد  دوام  طولانی  مدت بتن های  خاصی  مورد  سازش قرار می گیرد . مكانیزم صدمه اولیه ، شكل گیری اترینگایت تاخیر  افتاده DFF  می باشد ، كه باعث  انبساط  داخلی وترك خوردگی  بتن می شود  كه امكان مشاهده آن در سالهای متمادی  پس از استقرار بتن موجود می باشد .

از دلایل  دیگر  محدود كننده  حداكثر  دمای بتن  شامل كاهش زمان خنك كردن ، تاخیرهای مرتبط وبه حداقل  رساندن  پتانسیل ترك خوردگی  مربوط  به انقباض  وانبساط  حرارتی  است . درجه حرارت  بالای تراز c88 سانتی گراد  (F1950 ) می تواند  سبب كاهش  مقاوم  فشاری  مورد نظرشود .

حداكثر اختلاف دما

حداكثر اختلاف دمای مجاز  بتن  اغلب مشخص كننده حداقل پتانسیل  ترك خوردگی  حرارتی  می باشد . این  اختلاف دما ، تفاوت  بین  دمای گرم ترین  بخش  بتن  وسطح آن می باشد . ترك خوردگی  حرارتی  وفنی  كه انقباض  مربوط به خنك شدن  در سطح بتن  باعث تنشهای  كششی بیش از  مقاومت  كششی بتن باشد ، ایجاد شود .

حداكثر  اختلاف  دمای  مجاز  c 19 سانتی گراد  (f35)  اغلب  اوقات در اسناد  پیمانكار  مشخص شده  است  . این اختلاف  دما یك  راهنمای  تجربی  بر اساس  بتن  حجیم  غیر  مسلحی كه در حدود 50 سال پیش  در اروپا  اجرا شده ، تعیین  گردیده است . در  بسیاری موارد ، محدودیت  اختلاف دمای  C19 سانتی گراد( f35) بیش از  اندازه  محدود شده است وترك خوردگی  حرارتی ممكن است  حتی در اختلاف  دمای  بالا تر بوجود نیابد .

حداكثر  اختلاف دمای  مجاز  تابعی  از خواص  مكانیكی  بتن  همچون انبساط حرارتی  ، مقاومت كششی  ، مادول الاستیسیته  ونیز اندازه  تنش های  المانهای  بتنی می باشد .  كمیته  R/2/207/AC مهیا  كننده  دستور العمل  جهت  محاسبه حداكثر  اختلاف  دمای مجاز برای  جلوگیری  ترك خوردگی  حرارتی  مبتنی  بر خواص  بتن  برای سازه های  مشخص می باشد .

در زمانیكه  بتن  به مقاومت  طراحی  شده خود  می رسد ، حداكثر  اختلاف  دمای  مجاز  محاسبه  شده بسیار  بیشتر  از C19 سانتی گراد  (F35) می باشد . كاربرد  حداكثر  اختلاف  دمای مجاز  محاسبه شده می تواند  سبب كاهش  قابل ملاحظه  مدت  زمان  تمهیدا  محافظتی  ، همچون ایزوله  كردن  سطوح  ونگهداری  آن باشد .

2-5- پیش بینی  دمای بتن

اغلب  اوقات مشخصات فنی مربوط به بتن  حجیم  به نوع  سیمان  خاص ، حداقل  مقدار سیمان مصرفی  وحداكثر  مواد سیمانی  جایگزین  سیمان  نیاز  دارد به مجرد  اینكه  این اطلاعات جمع آوری  شدند . فرآیند  پیش بینی  لازم  جهت حداكثر  دمای بتن  وحداكثر  اختلاف دمای آن شروع  می شود . چندین  روش پیش بینی  حداكثر دماهای  بتن  موجود می باشد .

یك روش ساده آن كه به طورخلاصه  در اسناد  موسسه  سیمان  آمریكا (PCA) یافت می شود  از این قرار است

 



درباره وبلاگ

دوستان خوش امدید

این وبلاگ جهت پیشبرد در صنعت مقاله های عمران و معماری میباشد

مدیر وبلاگ : مهندس محسن حسن ابادی
صفحات جانبی
نظرسنجی
نظر خود را در مورد مقالات بگویید







جستجو

آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :