علل فرسودگی بتن

عوامل موثر بر فرسودگی

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.

5) حملات سولفاتی  (SULPHATE ATTACKS)

محلول نمک‌های سولفاتی از قبیل سولفات‌های سدیم و منیزیم به دو طریق می‌توانند بتن را مورد حمله و تخریب قرار دهند. در طریق اول یون سولفات ممکن است آلومینات سیمان را مورد حمله قرار داده و ضمن ترکیب، نمک‌های دوتایی از قبیل THAUMASITE (تائوماسيت)و ETTRINGITE (اِترينگايت)تولید نماید که در آب محلول می‌باشند. وجود این گونه نمک‌ها در حضور هیدروکسید کلسیم، طبیعت کلوئیدی (COLLOIDAL) داشته که می‌تواند منبسط شده و با ازدیاد حجم، تخریب بتن را باعث گردد. طریق دومی که محلول‌های سولفاتی قادر به آسیب رسانی به بتن هستند عبارتست از: تبدیل هیدروکسید کلسیم به نمک‌های محلول در آب مانند گچ (GYPSUM) و میرابلیت (MIRABILITE)که باعث تجزیه و نرم شدن سطوح بتن می‌شود و عمل LEACHING یا خلل و فرج دار شدن بتن به واسطه یک مایع حلال، به وقوع می پیوند.

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.

10) کربناسیون  (CARBONATION)

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 دی‌اکسید 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، دی‌اکسید کربن و بعضی اسیدهای موجود در آب دریا می‌توانند هیدروکسید کلسیم را در خود حل کرده و باعث فرسایش سطح بتن گردند.