حمله ی سولفات ها در بتن

حمله ی سولفات ها در بتن

حمله سولفات ها در بتن یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار در کاهش دوام بتن است. (به طور کلی حمله ی سولفات ها در بتن عبارت است از حرکت یون های سولفات به داخل بتن و ترکیب آن ها با آلومینات ها و در نتیجه تورم و ترکیدگی بتن در جایی که واکنش های شیمیایی مضر اتفاق میافتد.)

یکی از موضوعات پر اهمیت در طراحی و ساخت سازه های بتنی ، عمر  سرویس دهی آنهاست. از پارامترهای تاثیر گذار در میزان عمر سرویس دهی سازه های بتنی ، شرایط محیطی و کیفیت بتن می باشد.

خرابی سولفاتی یکی از جدی ترین مشکلاتی است که عمر سرویس دهی سازه های بتنی را کاهش می دهد. نمک های سولفات موجود در خاک ، آبهای زیر زمینی و آب دریا با فازهای مختلف خمیر سیمان هیدراته شده نظیر هیدرات مونو سولفات و هیدروکسید کلسیم واکنش داده و بلورهای سوزنی شکل اترینگایت و  سولفات کلسیم (گچ) تولید می کنند.

حجم این بلورها از حجم مواد اولیه تشکیل دهنده بیشتر می باشد و این موضوع سبب ایجاد فشار در حفره های بتن و در نتیجه بروز ترک هایی در آن می شود. رفته رفته این ترک ها گسترش یافته و کاهش مقاومت را در بتن سبب می شود.

از روش های معمول و مورد استفاده محدود کردن آثار مخرب حمله سولفاتی استفاده از سیمان های پرتلند تیپ 2 و 5 به جای سیمان پرتلند تیپ 1 می باشد. (سیمان نوع دو پنج پرتلند به خاطر درصد کلسیم آلومینیت پایین ، در برابر حملات سولفاتی ، مقاومت خوبی دارد.)

همچنین استفاده از مواد جایگزین سیمان نظیر خاکستر بادی ، میکروسیلیس و پوزولان های طبیعی می تواند در بهبود مقاومت بتن در مقابل حمله سولفاتی موثر باشد.

امروزه  بتن  به عنوان ماده ای  پرکاربرد در صنایع  مختلف  مورد استفاده قرار می گیرد. بسته به نوع کاربرد بتن ، می توان خواص متفاوتی را از آن انتظار داشت.

استفاده های فراوان در صنایعی از قبیل  پل سازی ، سد سازی ، محوطه سازی ، سازه های ساختمانی ، ایجاد بندرها ، اسکله ها و سازه های خاص موجب گردیده این ماده ارزشمند ، به عنوان مرکز توجه بسیاری از محققین و دانشمندان قرار گیرد.

بسته به نوع کاربرد و محل استفاده از بتن ، این ماده دارای محدودیت ها و مشکلات نیز می باشد.

یکی  از  عوامل  ایجاد خسارت های جبران ناپذیر به چرخه صنعت و اقتصاد کشورها ، خرابی های بتن در طولانی مدت است ، که امروزه در خواص دوامی بتن موجب توجه ویژه دانشمندان قرار گرفته است. بتن های با دوام و پایایی زیاد،  علاوه بر افزایش عمر مفید سازه ، موجب کاهش خسارت های جبران ناپذیر به محیط زیست می گردند.

حملات سولفاتی در بتن ها ، یکی از عواملی است که ممکن است در طولانی مدت باعث کاهش عمر مفید سازه گردیده ، به طوری که ترمیم آن نیز به سادگی امکان پذیر نمی باشد. بر همین اساس محققین همواره تلاش نموده اند راهکارهایی موثر در همین راستا ارائه نمایند. افزودن پوزولان ها و مواد معدنی متفاوت ، ممکن است خواص دوامی بتن را ارتقاء داده و آسیب پذیری این ماده ارزشمند را در مقابل حملات سولفاتی به حداقل برسانند.

قسمت هایی از سیمان هیدراته، دارای هیدروکسید کلسیم و آلومین هستند که آسیب پذیری بتن و سیمان را در مقابل حملات یون های سولفاته افزایش می دهد. در واقع  حملات تخریبی سولفات مربوط به اترینگایت می باشد. اعمال فشار ناشی از بلورهای در حال رشد اترینگایت و متورم شدن ناشی از جذب آب در محیط قلیایی توسط اترینگایت ، عواملی هستند که می توانند موجب خرابی در بتن شوند.

سولفات های متداول عبارت اند از سولفات سدیم ، پتاسیم ، منیزیم و کلسیم که در خاک یا در آب زیرزمینی وجود دارند ، سولفات های  موجود در آب  های زیرزمینی معمولا منشا طبیعی دارند ، اما ممکن است از کوه ها یا از فاضلاب های صنعتی نیز به وجود آمده باشند.

مصرف پوزولان ها در بتن ها ، موجب کاهش مصرف سیمان ، کاهش سرعت و میزان حرارت زایی سیمان ، بهبود کارایی بتن ، افزایش مقاومت بتن و افزایش پایایی بتن به دلیل کاهش نفوذپذیری می گردد.

حال به بررسی تغیرات ظاهری نمونه ها مطابق عکس های ذیل می پردازیم.

و در پایان انواع واکنش های احتمالی در بتن تحت اثر حمله سولفاتی به شکل چکیده در جدول زیر آمده است.

منابع

• نشریه ی دانشگاه امیرکبیر (دکتر علی اکبر رمضانیان پور)
• کتاب تعمیر سازه های بتنی (انتشارات شهر و سازه)
• کتاب تکنولوژی پیشرفته بتن (انتشارات فروزش)
• کتاب خواص بتن (انتشارات ابوریحان بیرونی)
• ASTM  Standard  C150,  “Standard specification  for  Portland  cement”, vol  04.01    ASTM  Publication,  United States, 1995
• Irassar,  F.; Gonzalez,  M.;  Rahhal, V.;  “Sulfate  resistance  of  type  V cements   with   limestone   filler   and Natural  Pozzolan”,  Cement  and Concrete  Composites,  pp.361-802, 2000.