به نام خدا

مرمت بتن هاي قديمي

چكيده :

همواره در جهان شاهد استفاده از بتن در دوره هاي معين مي باشيم. اما در مواقعي شاهد اين مطلب هستيم كه بتن بايستي مرمت شود، تا استقامت لازم را در مكان هاي مختلف حفظ نمايد. اين امر را بيشتردر جهان سوم مشاهده مي كنيم ، دليل اصلي در مرمت بتن ، تخريبات حاصل از عوامل مختلف فيزيكي ، شيميايي و... بر روي بتن مي باشد ، در اكثر كشورهاي پيشرفته بتن داراي عمر مفيد مي باشد كه پس از آن پروژه مربوطه را تخريب مي نمايند، اما در كشورهاي جهان سوم به انواع مختلف در حفظ بتن تلاش بعمل مي آيد ، بدين منظور در اين مقاله سعي بر معرفي روش هاي مقابله و همچنين عوامل تخريب بتن شده است.

كليات كليدي :

بتن كهن،عوامل تخريب،مشكلات،راهكارهاي مرمت،بادوام نمودن.

مقدمه :

عليرقم تلقي شدن بتن به عنوان يك تركيب مدرن، بتن ، هزاران سال مورد استفاده قرار گرفته است. سيمانهاي هيدروليك پايه آهك (آهك هايي كه به وسيله واكنش شيميايي با آب ، مشخص مي شوند) از زمان گذشته مورد استفاده بوده است. بعضي از ساروجهاي قديمي هنوز به صورت ماده افزودني و در مكان هايي همچون پنتنون در روم و مسيل ها در فرانسه استفاده مي شود. كلمه بتن از كانكوتوس امتين آمده ، كه به معني تركيب شده با هم يا تركيب شده مي باشد. كاربرد اين ساروجها پس از رومي ها ، كاهش يافت اما در طول قرون وسطي ، احيا شد، بطوريكه تكنولوژي بتن ريزي را از روزگار رومي ها ، به وجود آورد ، اين امر سبب شد كه آغاز صنعت بتن ريزي مدرن را رقم زند.

 اولين بتن مدرن با سيمان پرتلند ساخته شد ، سيمان پرتلند از سنگ آهك يا گچ با زمين يا سنگ پستي ساخته شده توسط جوزف اسپدين در سال 1824 به صورت انحصاري در آمد و از روي شباهتش به سنگ پرتلند، نامگذاري شد.

 مصالح و ساختار:

درست همانطور كه طراحي ساختمان بتن آرمه ،طبق تاريخش ، بسيار متغير است ، پس روش ساخت ، مصالح و استاندارد هاي طرز كار هم همانطورند.تمام اين فاكتور ها بر چگونگي زوال ساختمان موثرند و ممكن است مندرج به مسائل مختلف همچون زمان ساخت ارتباط داشته باشد. از اين رو ضروري است كه مشخصات ساختار بتن آرمه فهميده شود ، تا مشكلات مستقيماً تشخيص داده شوند و روش هاي مناسب مرمت شناسايي شوند.

بتن ريزي:

تركيب و مشخصات

 بتن از ماسه يا سنگ كه به عنوان خرده سنگ ،معروف است ، ساخته مي شود و با چسب سيمان به هم اتصال داده مي شود . خرده سنگ مي تواند از اندازه هاي مختلف باشد. به طور كلي به صورت ريز(معمولا ماسه) و درشت(نوعا سنگ خردشده يا سنگريزه) طبقه بندي شده مي باشد . نسبت بيشتر بتن ،خرده سنگ مي باشد كه نسبتا از سيمان ارزانتر است.

همانطور كه بيشتر تشكيل دهندگان بتن از سنگ ، ناشي شده اند. اغلب تفكر مي شود كه بتن همان ويژگيها را دارد و براي هميشه باقي مي ماند. بتن ، سنگ مصنوعي، سنگ ريخته شده ، سنگ نو ساز شده و سنگ تغيير يافته ، ناميده مي شود. اگر چه بتن بايد به عنوان يك ماده مجزا براي سنگ تلقي شود . بتن مشخصات خودش را از لحاظ دوام ، هوادهي و مرمت دارد.

فلز و بتن ، ضرايب مشابه انبساط و انقباض را دارند و بنابراين با هم به خوبي به صورت يك ماده تركيبي كار مي كنند. بتن معمولا جنس مخلوط است و در فرم و رگ ريخته شود كه وزن خودش را تحمل مي كند و در اطراف استحكام جاي گرفته، توزيع و سپس فشرده مي شود. سپس به وسيله واكنش شيميايي ، سخت مي شود .

بتن آرمه:

بتن ،تقريباً هميشه با فولاد در آن ،مسلح مي شود. بتن آرمه مي تواند در محوطه قالب ريزي ساخته شود (بتن پيش ساخته ) ولي براي ساختمانها معمولا بيشتر در محل ساخته و اجرا مي شود (بتن در جا) بنابراين ظاهرش به مصالح فردي كه در طول ساخت تشكيل شده و به شرايط محيطي بعدي و نگهداري ،بستگي دارد.

روش هاي روز فعاليت ، مثل طرز كار و فهميدن در مورد بهترين فعاليت ،مي تواند منجر به پوسيدن بتن شود، از جمله انواع تقويت ،ماتريس سيمان و حجم آب .

چرا و چگونه ،بتن فاسد مي شود؟

تثبيت علت فساد بتن يا پوسيدگي تقويت فولاد ،قبل از اينكه فرمت ها انجام شود،ضروري است. فهم ضعيف از علت مسئله مي تواند منتج به مرمت هاي غير مناسب شود.

پوسيدگي بتن :

بتن نسبتاً از مصالح ساختماني مقاوم و نيرومند است ولي مي تواند به شدت به وسيله ساخت بد يا يك محيط بسيار تجاوزي،ضعيف شود،فاسد شدن بتن مي تواند علتي مربوط به خودش باشد يا در ساختاري آرمه ، مي تواند منجر به كاهش حفاظت براي فولاد شود.در عوض ،پوسيدگي فلز را جلو مي اندازد ،كه پوسيدگي بتن به واسطه يكي از عوامل زير است:

زوال شيميايي ماتريسي سيماني

پوسيدگي فولاد تقويت شده

آسيب فيزيكي (تماس ، ماده سائيده و آسيب آتش)

طرز كار:

دقت و توجه در طول ساخت ، براي دوام طولاني مدت بتن آرمه ،لازم است كدهاي ساخت جاري ، از جمله 3600 آ اس  در راهنمايي مناسبي براي شرايط ،اكسپوسور و در مورد طراحي تركيب نمايند (بخصوص،نسبت آب به سيمان) افزودنيها ، فشردگي ، ديتيل و ضخامت پوشش.

نوع سفت كننده سيمان نيز اكنون روشن است . اگر چه ، هميشه مسئله ساز نبوده و مشكلات دوام بتن قبلي در جدول زير خلاصه شده اند.

مصالح:

نبود دانش در مورد اهميت انتخاب دقيق ئ تشخيص مصالح و كاربرد افزودني ها ، تعدادي از مشكلات دوام را براي ساختمانهاي تاريخي بتني به وجود آورده است. آنها مي توانند نتيجه كاربرد يكي از موارد زير باشند.

اثرات محيطي:

اثرات محيطي ، نقشي را در فاسد شدن بتن آرمه ايفا مي كنند و شامل موارد زير هستند.

آسيب فيزيكي:

ساختمانهاي بتني مي توانند همچنين به وسيله آسيب فيزيكي تحت تاثير قرار گيرند،از جمله:

بارهاي زيادي

آسيب تماسي

سايش

آسيب آتش

عدم نگهداري و مرمت بد:

نگهداري بتن پس از شروع به فعاليت نمودن آن بعنوان يك عضو اصلي سازه ، بسيار مهم مي باشد و در صورت عدم نگهداري مشكلات براي بتن آرمه بوجود مي آيد.

پوسيدگي:

علت اصلي فساد،در ساختمانهاي بتن آرمه ، پوسيدگي فولاد تقويت شونده است

پوسيدگي نيازبه رخ دادن آب و هوا دارد. اصلي ترين هدف براي دوام ، در طراحي بتن ، داشتن مخلوط مناسب و پوشش كافي است، كه اين هميشه سبب تقويت و محافظت مي شود.

اگر چه زمانيكه پوسيدگي رخ مي دهد ، همان فولاد كه به بتن آرمه ، استحكام كشش پذيرش را مي دهد ، مي تواند بتن را گسسته كند. اين نتيجه انبساط در حجمي است كه در زمان فرسايش فولاد رخ مي دهد. دو علت اصلي در پوسيدگي فولاد وجود دارد كه مي تواند حتي بدون اينكه فساد ديگر، به آب و دي اكسيد كربن ، اجازه حمله به فولاد را بدهد، كه شامل حمله كربناسيون و كلريد مي باشد.

پروسه پوسيدگي:

پوسيدگي فولاد در بتن يك واكنش الكتروشيميايي است كه در آن تشكيل دهنده اصلي فولاد آهن در محلول شركت مي كند ، به عنوان يونهايي با جريان الكترونها (جريان الكتريكي) اين محل ،آنود نام دارد. الكترونها در اين پروسه خود ادامه دهنده ، بوجود مي ايند. و از طريق تقويت بدست محل هاي كاتودي ، جريان مي يابد. جائيكه آنها با اكسيژن و آب از بيرون براي توليد يونهاي هيدروكسيل اضافي ، واكنش مي كنند. كه به عنوان واكنش كاتودي ، معروف مي باشند.هيچ منبع بيروني از الكترونها وجود ندارد: آنود ،الكترونها را در همان نسبي كه كاتود ، آنها را مصرف مي كند به وجود مي آورد . اين پروسه در تصوير زير ، نشان داده است.

معموليترين علل براي پوسيدگي فولاد ، از دست رفتن قليائيت در اطراف فولاد ، در نتيجه كربناسيون و وجود كلريد ها در سطح فولاد هستند. اگر چه هر دو پروسه ، فرمهاي پوسيدگي و كربناسيون متفاوتي را به وجود مي آورند و وجود كلريدها منتج به از دست رفتن لايه منفعل حفاظتي اطراف فولاد و شروع واكنش الكتروشيميايي توصيف شده در بالا مي شود. هر دو همچنين مستقيماً به دوام بتن و توانايي اش براي بازداشتن گازهاي اسيدي از تخريب قليائيت بتن يا براي جلوگيري يونهاي كلريد از جابجايي بدست فولاد ، مربوطند.

پوسيدگي مضر مي تواند در وجود فلزات نامتشابه رخ دهد كه به وسيله يك الكتروليت در بتن متصل شده اند؛به عنوان مثال هنگامي كه فولاد روي روي به فولاد بدون روكش متصل مي شود و يا جائيكه لوله هاي مسي يا فيتينگ هاي آلومينيوم در بتن وجود دارند.

كربناسيون وقتي رخ مي دهد كه دي اكسيدكربن با آب در روزنه هاي بتن واكنش مي دهد و اسيد كربنيك را به وجود مي آورد كه با آهك در محلول واكنش مي كند ،قليائيت بتن ها را از 1205 به كمتر از 90 كاهش مي دهد. كربناسيون براي بتن، مضر نيست ولي وقتي كربناسيون به سطح تقويت فولاد مي رسد ، پوسيدگي شروع مي شود.

كلريد ها ممكن است به بتن در زمان ساخت به عنوان تسريع كننده كلسيم كلريد ( در هواي سرد، يا براي تند كردن تغيير موضع قالب ها و رك به كار رفته) يا قالب در خرده سنگ هاي دريايي بد شسته اضافه شوند يا ممكن است از آب دريا، افشاندن درياي باد يا آب زميني شور ، وارد شوند. كلريد ها به لايه اكسيد غير فعال فولاد حمله مي كنند ولي بر قليائيت بتن اثر نمي گذارند.

پيوستگي استحكام فولاد:

بيشتر فساد بتن آرمه به پوستگي استحكام ، مستقيم يا غير مستقيم ، در نتيجه فساد ديگر مربوط است پوسيدگي استحكام ،معمولاً منتج به توسعه محصولات زنگ وسيع مي شود (اكسيد هاي آهن هيدرات دار) كه بتن را در فشار اطراف فولاد ، قرار مي دهد. اين منجر به ترك خوردن و نهايتاً اسپالينگ بتن مي شود. فساد ماتريس بتن مي تواند منتج به از دست رفتن حفاظت براي استحكام فولاد و پوسيدگي شود.

دو مكانيسم فساد شيميايي ماتريس سيماني و پوسيدگي استحكام فولاد ممكن است به صورت مستقل شروع شوند ولي به هم مربوط مي شوند.

خمير سيمان معمولا بسيار متغيير است ، حاوي يونهاي هيدروكسيل متحرك در درون آب روز كه هميشه وجود دارد ، مي باشد. اين يونهاي هيدروكسيل در آب روزنه سطح استحكام فولاد فرو رفته را مي پوشاند و لايه اكسيد غير فعال قوي را به وجود مي آورد. وقتي كه لايه اكسيد ، تجزيه مي شود به وسيله ورود يونهاي مهاجم مثل كلريد ها يا به وسيله قليائيت بالا حفظ مي شود ( به واسطه دي اكسيد كربن خوبي يا حمله به وسيله گازهاي اسيدي )پوسيدگي مي تواند رخ دهد.

كارايي لايه غير فعال در فراهم كردن حفاظت پوسيدگي بلند مدت براي فولاد به شرايط زير بستگي دارد:

تشكيل دهندگان بتن

ضخامت و كيفيت بتن تشكيل دهنده پوشش

دوام و نفوذ پذيري بتن تشكيل دهنده پوشش

همگني بتن تشكيل دهنده پوشش

شرايط محيطي

پايان

برگرفته از ماهنامه راه و ساختمان