خرابی بتن

خرابی بتن ممکن است توسّط علل گوناگونی ایجاد شود. بتن ممکن است در اثر آتش، انبساط سنگدانه‌ها، تأثیرات آب دریا، خوردگی باکتریال، شسته شدن کلسیم، آسیب‌های فیزیکی و آسیب‌های شیمیایی (کربوناسیون، کلریدها، سولفات‌ها و جریان آب مقطّر) آسیب ببیند. آسیب دیدگی‌های فوق خود می‌توانند مسبّب تشدید در معرض بودن بتن برای خرابی‌های جدید باشند.

عوامل مؤثر بر فرسودگی و تخریب بتن

دلایل مختلفی باعث فرسودگی و تخریب سازه‌های بتنی می‌شوند(همان علائم هشدار دهنده‌ای که کار مرمت را اجباری می‌کنند):

1) نفوذ نمک‌ها  (INGRESS OF SALTS)

نمک‌های تهنشین شده که حاصل تبخیر و یا جریان آب‌های دارای املاح می‌باشند و همچنین نمک‌هایی که توسط باد در خلل و فرج و ترک‌ها جمع می‌شوند، هنگام کریستالیزه شدن، می‌توانند فشار مخربی به سازه‌ها وارد کنند که علاوه بر این موجب تسریع و تشدید زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها می‌شوند. تر و خشک شدن متناوب نیز می‌تواند تمرکز نمک‌ها را شدت بخشد زیرا آب دارای املاح، پس از تبخیر، املاح خود را به جا می‌گذارد.

2) اشتباهات طراحی  (SPECIFICATION ERRORS)

به کارگیری استانداردهای نامناسب و مشخصات فنی غلط در رابطه با انتخاب مواد، روش‌های اجرایی و عملکرد خود سازه، می‌تواند به خرابی بتن منجر شود. به عنوان مثال استفاده از استانداردهای اروپایی و آمریکایی جهت اجرای پروژه‌هایی در مناطق خلیج فارس، جایی که آب و هوا و مواد و مصالح ساختمانی و مهارت افراد متفاوت با همه این عوامل در شمال اروپا و آمریکاست، باعث می‌شود تا دوام و پایایی سازه‌های بتنی در مناطق یاد شده کاهش یافته و در بهره‌برداری از سازه نیز با مسائل بسیار جدی مواجه گردیم.

3) اشتباهات اجرایی  (CONSTRUCTION ERRORS)

کم کاری‌ها، اشتباهات و نقص‌هایی که به هنگام اجرای پروژه‌ها رخ می‌دهد، ممکن است باعث گردد تا آسیب‌هایی چون پدیده لانه زنبوری، حفره‌های آب انداختگی، جداشدگی، ترکهای جمع شدگی، فضاهای خالی اضافی یا بتن آلوده شده، به وجود آید که همگی آن‌ها به مشکلات جدی می انجامند. 
این گونه نقص‌ها و اشکالات را می‌توان زاییده کارآئی، درجه فشردگی، سیستم عمل آوری، آب مخلوط آلوده، سنگدانه‌های آلوده و استفاده غلط از افزودنی‌ها به صورت فردی و یا گروهی دانست.

4) حملات کلریدی  (CHLORIDE ATTACKS)

وجود کلرید آزاد در بتن می‌تواند به لایه حفاظتی غیر فعالی که در اطراف آرماتورها قرار دارد، آسیب وارد نموده و آن را از بین ببرد. خوردگی کلریدی آرماتورهایی که درون بتن قرار دارند، یک عمل الکتروشیمیایی است که بنا به خاصیتش، جهت انجام این فرایند، غلظت مورد نیاز یون کلرید، نواحی آندی و کاتدی، وجود الکترولیتها و رسیدن اکسیژن به مناطق کاتدی در سلول (CELL) خوردگی را فراهم می‌کند. گفته می‌شود که خوردگی کلریدی وقتی حاصل می‌شود که مقدار کلرید موجود در بتن بیش از 6/0 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن باشد. ولی این مقدار به کیفیت بتن نیز بستگی دارد. خوردگی آبله رویی حاصل از کلرید می‌تواند موضعی و عمیق باشد که این عمل در صورت وجود یک سطح بسیار کوچک آندی و یک سطح بسیار وسیع کاتدی به وقوع می پیوندد که خوردگی آن نیز با شدت بسیار صورت می‌گیرد. از جمله مشخصات (FEATURES) خوردگی کلریدی، می‌توان موارد زیر را نام برد: 
(الف): هنگامی که کلرید در مراحل میانی ترکیبات (عمل و عکس‌العمل) شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته ولی در انتها کلرید مصرف نشده باشد. 
(ب): هنگامی که تشکیل هم‌زمان هیدروکلریک اسید، درجه PH مناطق خورده شده را پایین بیاورد. وجود کلریدها هم می‌تواند به علت استفاده از افزودنی‌های کلرید باشد و هم می‌تواند ناشی از نفوذیابی کلرید از هوای اطراف باشد. فرض بر این است که مقدار نفوذ یون‌های کلریدی تابعیت از قانون نفوذ
(FICK) دارد.
کلریدها، به‌طور خاص کلسیم کلرید، برای کاهش زمان گیرش بتن استفاده می‌شوند. با این حال نشان داده شده‌است که کلسیم کلرید و (به مقدار کمتری) سدیم کلرید کلسیم هیدروکسید را خارج کرده و باعث تغییرات شیمیایی در سیمان پرتلند می‌شوند. این امر به کاهش مقاومت به همراه حمله به فولاد در اکثر بتن‌های مسلّح می انجامد.

5) حملات سولفاتی  (SULPHATE ATTACKS)

سولفات‌هایی که به صورت محلول هستند، در تماس با سیمان می‌توانند باعث ایجاد تغییرات شیمیایی در سیمان شوند، و این موضوع ممکن است تغییرات ریزساختاری قابل توجّهی را به دنبال داشته باشد که منجر به ضعیف شدن چسب سیمان می‌شود (حملهٔ شیمیایی سولفات). محلول‌های سولفات همچنین می‌توانند موجب آسیب دیدن مصالح سیمانی متخلخل از طریق کریستال شدن و دوباره کریستال شدن شود (حملهٔ نمک). سولفات‌ها و سولفیت‌ها در محیط طبیعی در همه جا حاضر هستند و از منابع متعدّدی مانند سنگ گچ (ژیپس یا کلسیم سولفات) که معمولاً به عنوان افزودنی در سیمان حاوی خاکستر بادی موجود است، به وجود می آیند. به استثناء باریوم سولفات، اکثر سولفات‌ها به مقدار کم یا زیاد در آب حل می‌شوند. این محلول‌ها در باران اسیدی، که سولفور دیاکسید موجود در هوا در باران حل می‌شود، موجودند. در هنگام رعد و برق، دی‌اکسید با اکسیدشدن به تری اکسید تبدیل شده که باعث می‌شود سولفوریک اسید موجود در باران بیشتر اسیدی شود. زیرساخت‌های فاضلاب معمولاً با سولفات به وجود آمده از اکسید شدن سولفید هنگامی که باکتری‌ها گاز هیدروژن سولفید موجود را به یون‌های سولفید (-S) یا بای سولفید (-HS) تبدیل می‌کنند، خورده می‌شوند. این واکنش قابل بازگشت است، هم اکسیداسیون ناشی از در معرض هوا بودن و هم فاضلاب‌های سطحی با اکسیژن آمیخته؛ که منجر به تولید یون‌های سولفیت یا سولفات و یون‌های هیدروژن اسیدی در واکنش HS⁻ + H₂O+ O₂ -> 2H⁺ + SO₄⁻ می‌شود. خوردگی به وجود آمده در تاج (بالای) مجراهای بتنی فاضلاب مستقیماً به این فرایند مربوطند، که به خوردگی تخریب تاج شناخته می‌شود.

6)حریق  (FIRE)

سه عامل اصلی وجود دارد که می‌توانند مقاومت بتن را در مقابل حرارت بالا تعیین کنند. این عوامل عبارتند از: 
(الف) توانایی بتن در مقابله با گرما و همچنین عمل آب‌بندی، بدون اینکه ترک، ریختگی و نزول مقاومت حاصل گردد. 
(ب) رسانایی بتن (CONDUCTIVITY) 
(ج) ظرفیت گرمایی بتن (HEAT CAPACITY)
باید توجه داشت دو مکانیزم کاملاً متضاد انبساط (EXPANSION) و جمع شدگی مسئول خرابی بتن در مقابل حرارت می‌باشند. در حالی که سیمان خالص به محض قرار گرفتن در مجاورت حرارت‌های بالا، انبساط حجم پیدا می‌کند، بتن در همین شرایط یعنی در معرض حرارت‌های (دمای) بالا، تمایل به جمع شدگی و انقباض نشان می‌دهد. چون حرارت باعث از دست دادن آب بتن می‌گردد، نهایتاً اینکه مقدار انقباض در نتیجه عمل خشک شدن از مقدار انبساط فراتر رفته و باعث می‌شود جمع شدگی حاصل شود و به دنبال آن ترک خوردگی و ریختگی بتن به وجود می‌آید. به علاوه در درجه حرارت 400 درجه سانتی گراد، هیدروکسید کلسیم آزاد بتن که در سیمان پورتلند هیدراته شده موجود است، آب خود را از دست داده و تشکیل اکسید کلسیم می‌دهد. سپس خنک شدن مجدد و در معرض رطوبت قرار گرفتن باعث می‌شود، تا از نو عمل هیدراته شدن حاصل شود که این عمل به علت انبساط حجمی موجب بروز تنش‌های مخرب می‌گردد. هچنین انبساط و انقباض ناهماهنگ و متمایز (DIFFERENTIAL EXPANSION AND CONTRACTION) مواد تشکیل دهنده بتن مسلح مانند آرماتور، شن، ماسه و... می‌توانند در ازدیاد تنش‌های تخریبی نقش مؤثری داشته باشند.

7) عمل یخ زدگی  (FROST ACTION)

برای بتن‌های خیس، عمل یخ زدگی یک عامل تخریب می‌باشد، چون آب به هنگام یخ زدن ازدیاد حجم پیدا کرده و باعث تولید تنش‌های مخرب درونی شده و لذا بتن ترک می خورد. ترک‌ها و درزهایی که نتیجه یخ زدگی و ذوب متناوب می‌باشند، باعث می‌گردند سطح بتن به صورت پولکی درآمده و بر اثر فرسایش، خرابی عمق بیشتری یابد بنابراین عمل یخ زدگی بتن و میزان تخریب حاصله، بستگی به درجه تخلخل و نفوذپذیری بتن دارد که این موضوع مضاف بر تأثیر ترک‌ها و درزهاست .

8) نمک‌های ذوب یخ  (DE-ICING SALTS)

اگر برای ذوب نمودن یخ بتن، از نمک‌های ذوب یخ استفاده شود، علاوه بر خرابی‌های حاصله از یخ زدگی، ممکن است همین نمک‌ها نیز باعث خرابی سطحی بتن گردند. چون باور آن است که خرابی‌های حاصل از نمک‌های ذوب یخ، در نتیجه یک عمل فیزیکی به وقوع می پیوندد. غلظت نمک‌ها، موجود بودن آبی که قابلیت یخ زدگی داشته باشد و در کل فشارهای هیدرولیکی و غشایی (OSMOTIC) نقش بسیار مهمی در دامنه و وسعت خرابی‌ها ایفا می‌کنند.

9)عکس العمل قلیایی سنگدانه‌ها  (ALKALI-AGGREGATE REACTION)

در این قسمت می‌توان از واکنش‌های "قلیایی- سیلیکا" و "قلیایی- کربنات ها" نام برد. عکس‌العمل قلیایی – سیلیکا (ALKALI-SILICA) عبارتست از: ژلی که از عکس‌العمل بین هیدروکسید پتاسیم و سیلیکای واکنش پذیر موجود در سنگدانه حاصل می‌شود. بر اثر جذب آب، این ژل انبساط پیدا کرده و با ایجاد تنش‌هایی منجر به تشکیل ترک‌های درونی در بتن می‌شود. واکنش قلیایی –کربنات، بین قلیاهای موجود در سیمان و گروه مشخصی از سنگ‌های آهکی (DOLOMITIC) که در شرایط مرطوب قرار می‌گیرند، به وقوع می پیوندد. در اینجا نیز انبساط حاصله باعث می‌شود تا ترکه ایی ایجاد شود یا در مقاطع باریک خمیدگی‌هایی به وجود آید.
انواع مختلفی از سنگدانه‌ها دستخوش واکنش‌هایی شیمیایی قرار می‌گیرند که منجر به پدیدهٔ انبساط مخرّب می‌شود. در این بین بیشترین شیوع متعلّق به سنگدانه‌های حاوی سیلیس فعّال است، که می‌تواند با قلیای موجود در بتن (K₂O و Na₂O که عمدتاً از سیمان هستند) واکنش دهند (در حضور آب). از فعّال‌ترین کانی‌های موجود در سنگدانه‌ها می‌توان به اُپال، سنگ یمانی، چخماق و کوارتز تیره اشاره کرد. پس از انجام واکنش قلیایی-سیلیسی (ASR)، ژلی منبسط شونده شکل گرفته و ترک‌های گسترده و خرابی در عناصر سازه‌ای ایجاد می‌شود. در سطح روسازی‌های بتنی، ASR می‌تواند موجب بیرون پریدگی، به معنای خروج مخروط‌های کوچک (تا ۳ cm (۱ in) در محدودهٔ قطر) مطابق با قرارگیری سنگدانه‌ها شود.
هنگامی که برخی سنگدانه‌های حاوی دولومیت مورد استفاده قرار می‌گیرند، یک واکنش دیدولومیزیشن رخ می‌دهد، به این ترتیب که ترکیب کربنات منیزیم با یون‌های هیدروکسیل واکنش داده و هیدروکسید منیزم و یون کربنات تولید می‌کند. انبساط حاصله ممکن است موجب خرابی ماده شود. بخش به مراتب کمتری از بیرون پریدگی‌های روسازی نیز به دلیل وجود پیریت، که سولفید آهنی است که موجب بروز انبساط با تشکیل دادن اکسید آهن و اترینگایت می‌شود، هستند.
واکنش‌ها و بازکریستالیزه شدن‌های دیگری نیز از قبیل هیدراسیون کانی‌های رسی در برخی از سنگدانه‌ها می‌تواند منجر به انبساط مخرّب شود.

10) کربناسیون  (CARBONATION)

کربن دی‌اکسید موجود در هوا می‌تواند کلسیم هیدروکسید موجود در بتن واکنش داده و کلسیم کربنات تولید کند. این فرایند کربناسیون نامیده می‌شود، که در اصل عکس فرایند شیمیایی کلسیناسیون آهک است که در کورهٔ سیمان رخ می‌دهد. کربوناسیون بتن فرایندی کند و ادامه دار از سطح خارجی به سمت درون است، امّا با افزایش عمق نفوذ کندتر می‌شود.
گاه لایه حفاظتی که در مجاورت آرماتور داخل بتن موجود است، در صورت کاهش PH بتن اطراف، به کلی آسیب دیده و از بین می‌رود. بنابراین نفوذ دی اکسید کربن از هوا، عکس‌العملی را با بتن آلکالین ایجاد می نماید که حاصل آن کربنات خواهد بود و در نتیجه درجه PH بتن کاهش می یابد. همچنان که این عمل از سطح بتن شروع شده و به داخل بتن پیشروی می نماید؛ آرماتور بتن تحت تأثیر این عمل دچار خوردگی می‌گردد. علاوه بر خوردگی، دی اکسید کربن و بعضی اسیدهای موجود در آب دریا می‌توانند هیدروکسید کلسیم را در خود حل کرده و باعث فرسایش سطح بتن گردند.
کربوناسیون دو نتیجه به همراه دارد: باعث افزایش مقاومت مکانیکی بتن می‌شود، ولی همچنین قلیاییت را که برای جلوگیری از خوردگی میلگردهای فولادی ضروری است، کاهش می‌دهد. در یک مقدار pH کمتر از 10، لایهٔ نازک رویینگی سطحی حل شده و خوردگی پیش می‌رود. به دلیل نتیجهٔ دوم، کربوناسیون پدیده‌ای ناخواسته در شیمی بتن است. این مورد را می‌توان با به کار بردن محلول فنول فتالئین، که یک معرّف pH است، بر روی سطحی تازه شکسته آزمایش کرد؛ که سطوح کربوناته نشده و بنابراین قلیایی را با رنگ بنفش نشان می‌دهد.

ترمیم بتن

تخریب بتن با استفاده از واترجت فوق فشار قوی امروزه یکی از روش‌های متداول برای ترمیم بتن شده‌است. از واترجت برای برداشتن بخش آسیب دیده و بخش‌هایی از سازه که به اشتباه بتن ریزی شده‌استفاده می‌شود. یکی از آسیب‌هایی که ممکن است این سازه ها با آن مواجه شوند خوردگی است که به اصطلاح به آن سرطان بتن می‌گویند. بخش زیادی از بتن اطراف مقطعی که دچار سرطان یا خوردگی شده‌است آسیب می‌بیند. این آسیب دیدگی دلایل مختلفی ممکن است داشته باشد. مثلاً بر اثر حملات کلریدی روی آرماتور به وجود آید. این اتفاق موجب زنگ زدن، گسترش خوردگی و ترک خوردن بتن در اطراف آرماتور آسیب دیده می‌شود. ار دیگر آسیب های ی که بتن را تهدید می کند کرمو شدگی است. بتن کرمو به بتنی گفته می شود که سطح آن ظاهری خشن، حفره دار و پوسته پوسته پیدا می کند. برای رفع این مشکل می بایست پس از تخریب بتن کرمو، از ملات ریزی مجدد استفاده شود. از مهم ترین دلایل به وجو آمدن پدیده کرمو شدگی می توان به استفاده بیش از حد آب، بتن ریزی نامناسب، ارتعاش بیش از حد  و یا اشتباه در بتن ریزی اشاره کرد.

مراحل تخریب بتن

برای تخریب در اطراف آرماتور، استانداردهایی وجود دارد که در اینجا به آن‌ها اشاره می‌شود. این موارد برای سازه‌های افقی، عمودی یا سقف کاربرد دارد. موارد زیر می‌بایست به ترتیب اجرا شوند.
۱. بتن لایه لایه شده را از روی میلگرد پوسیده تخریب کنید.
۲. وقتی که لایه اول برداشته شد، عملیات با تخریب بتن اطراف و زیر میلگرد ادامه پیدا می‌کند. این کار موجب می‌شود تمام سطح اطراف میلگرد تمیز شده و آماده چسبیدن به بتن جدید باشد. همچنین موجب می‌شود بخش بازسازی شده‌استحکام بهتری داشته باشد. برای این کار می‌بایست حداقل ۳/۴ اینچ معادل ۲۰ میلی‌متر (و یا ۱/۴ اینچ بیشتر از ابعاد بزرگترین سنگدانه بتن جدید) بین میلگرد و بتن تخریب شود.
۳. تخریب می‌بایست تا جایی از میلگرد ادامه پیدا کند که اثری از خوردگی در آن نبوده و میلگرد کاملاً سالم باشد. این کار موجب می‌شود که بتن جدید بهتر به میلگرد بچسبد.
۴. اگر اطراف میلگردی که دچار خوردگی شده میلگرد سالمی بود، باید مراقبت نمود که هنگام تخریب، به پیوند ملات با میلگرد سالم آسیبی نرسد. در صورت آسیب دیدن آن، می‌بایست در اطراف میلگرد سالم نیز عملیات تخریب انجام شده، بتن ریزی مجدد صورت گیرد. یکی از مزایای واترجت این است که این مشکل را به وجود نمی‌آورد.
۵. هر میلگردی که دچار خوردگی شده می‌بایست به میلگرد سالم دیگری بسته شود.

تمیز کردن اطراف میلگرد

۶. اگر میزان خوردگی زیاد باشد می بایست خوردگی به‌طور کامل از میلگردها زدوده شود تا سطح آرماتور بتواند بیشترین پیوند را با بتن جدید برقرار نماید. برای این کار می‌توان از واترجت و سندبلاست (یا مواد ساینده دیگر که روغن نداشته باشد) استفاده کرد.
اگر هنگام تخریب بتن از واترجت استفاده شود،علاوه بر حذف بتن اطراف میلگرد، هم‌زمان مرحله تمیزکردن میلگرد نیز انجام می‌شود و در زمان صرفه جویی خواهد شد.