+- تالار گفتگوی کیش تک/ kishtech forum (http://forum.kishtech.ir)
+-- انجمن: پردیس فناوری کیش (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=1)
+--- انجمن: طراحی صنعتی (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=198)
+--- موضوع: بررسی کيفيت بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها (/showthread.php?tid=52449)
بررسی کيفيت بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها - sajad.akhuondi9446 - 01-05-2021
پرديس فناوري کيش طرح مشاوره متخصصين صنعت و مديريت گروه اجرائي و عمران
بررسی کيفيت بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها
برای مشخص کردن بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها روشهای مختلفی ارائه شده است که هر آزمايش و روش پيشنهادی به پارامتر معينی توجه دارد . آزمايشهای بسيار ساده تا بسيار مشکل و پر هزينه در اين مجموعه قرار دارد و معمولا" آزمايشهای دقيق تر و معتبر تر پر هزينه و زمان بر
می باشند . دست اندرکاران همواره بدنبال آزمايشهای ساده ، کم هزينه و سريع هستند هر چند از دقت کمتری ممکنست بر خوردار باشند .
معمولا" آزمايشهائی معتبر تلقی می گردند که مستقيما" به مسئله خوردگی ميلگردها می پردازند . آزمايشهای غير مستقيم همواره غير معتبرتر تلقی ميشوند ولی کاربرد آنها در دنيا رواج زيادی دارد .
آزمايشهای زير از جمله اين موارد است و در هر بررسی بايد مشخص کرد که از کدام آزمايش زير بهره گرفته ايم .
آزمايش جذب آب حجمی اوليه ( کوتاه مدت ) و نهائی ( دراز مدت ) بتن BS1881 و ASTM C 642
آزمايش جذب آب سطحی ( ISAT ) بتن BS 1881
آزمايش جذب آب موئينه بتن RILEM
آزمايش مقاومت الكتريكي بتن
آزمايش نيم پيل ( پتانسيل خوردگی ) ASTM C 876
آزمايش پتانسيل و شدت خوردگی ) G 109 ) بروش گالوانيک
آزمايش شدت خوردگی بروش گالواپالس
آزمايش درجه نفوذ يون کلر بتن AASHTOT259
آزمايش تعين عمق نفوذ يون کلر در بتن
10 - آزمايش تعين پروفيل يون کلر و ضريب نفوذ آن
C114 و C1218 و ASTM C1152
11 - آزمايش شاخص الکتريکی توانائي بتن برای مقابله با نفوذ يون کلر
ASTM 1202
هرچند عنوان برخی استانداردها و يا شماره آن در بالا ذکر شده است اما اين آزمايشها ممکن است با تغييرات اندک و يا زياد در استانداردهای ديگر نيز انجام شود که نتيجه آن الزاما" مشابه به استانداردهای ديگر نيست و از مفهوم واحد برخوردار نمی باشند .
آزمايش جذب آب حجمی اوليه کوتاه مدت و دراز مدت :
انواع آزمايش جذب آب حجمی وجود دارد . شکل و ابعاد نمونه ، طرز خشک کردن ( دما و مدت ) ، نحوه قرارگيری در آب ، دمای آب ( معمولی و جوشان ) ، مدت قرار گرفتن در آب و نحوه گزارش نتيجه از موارد اختلاف استانداردهای مختلف می باشد . بسياری از استانداردها برای کنترل کيفيت قطعات بتنی پيش ساخته از اين آزمايش استفاده می نمايند . مکعبی 10 ×10 و استوانه ای کوچک به قطر 5/7 تا 10 سانتی متر از اشکال و ابعاد رايج است . دمای خشک کردن نمونه ها از 40 تا 110 درجه متغير می باشد. مدت خشک کردن از 24 ساعت ( دمای 110 ) تـــــــا 14 روز
( دمای 40 تا 50 ) پيش بينی شده است . در برخی استانداردها نحوه خاصی برای قرارگيری در آب و ارتفاع آب روی نمونه در نظر گرفته اند . دمای آب از 20 تا جوشانيدن آب منظور می شود . مدت قرار گيری در آب قرائت های مربوط به 10 دقيقه ، 30 و 60 دقيقه تا بيش از ســـــه روز
می باشد . در اکثر استانداردها تعريف جذب آب حجمی نسبت وزن آب جذب شده به وزن نمونه خشک اوليه است . لازم به ذکر است اگر بخواهيم اين ويژگی را در بتن های سبک با بتن معمولی مقايسه کنيم بهتر است نسبت حجم آب جذب شده به حجم نمونه را مد نظر قرار دهيم ، بهرحال مقايسه نتايج جذب آب حاصله از آزمايش طبق استانداردهای مختلف کاملا" گمراه کننده است . برخی کتب ، بتن ها را از نظر ميزان جذب آب طبقه بندی می نمايند . بطور مثال گفته می شود جذب آب اوليه مربوط به 30 دقيقه طبق BS1881 بهتر است کمتر از 2 درصد باشد تا بتنی با دوام داشته باشيم . معمولا" گفته می شود جذب آب کوتاه مدت برای کنترل دوام بتن معتبر تر است زيرا خصوصيات سطحی بتن را به نمايش می گذارد .
جذب آب سطحی :
اين آزمايش عمدتا" در انگليس کاربرد دارد و جذب يک جهته را در روی نمونه خاص در منطقه محدود اندازه گيری می نمايند . نوع خشک کردن اوليه بتن ، زمان و وسايل مربوطه در اين استاندارد مشخص شده است . اين آزمايش عملا" در ايران کاربرد کمی دارد .
جذب آب موئينه بتن :
بسياری معتقدند مکانيسم جذب آب بتن در مناطق مرطوب ، جــــــذر و مد و پاشش آب يا شالوده های واقع در منطقه خشک و بالای سطح آب با مکانيسم جذب موئينه شباهت دارد . Rilem آزمايش جذب آب موئينه را بر روی نمونه های مکعبی 10 سانتی متری بصورت زير توصيه ميشود .
نمونه ها در دمای 40 تا 50 در آون خشک می شوند ، سپس چنان در بالای سطح آب
قرار می گيرد که 5 ميلی متر آن داخل آب باشد . در زمانهای مختلف و ترجيحا" پس از 3 ، 6 و 24 و 72 ساعت وزن نمونه اندازه گيری و وزن آب جذب شده تعيين می شود . سپس وزن آب
( حجم آب ) بر سطح نمونه ( حدود Cm2100 ) تقسيم می گردد تا ارتفاع معادل آب جذب شده بدست آيد . (i برحسب ميليمتر )
[img=73x24]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.gif[/img]
[img=246x180]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.jpg[/img]
C ثابت جذب موئينه و s ضريب جذب موئينه است . اين مقادير از برازاندن خطی بر نقاط
بدست آمده در صفحه مختصات [img=52x25]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image006.gif[/img] بدست می آيد .
هر کدام از اين پارامتر ها دارای مفهوم خاصی است ولی s اهميت بيشتری دارد و آهنگ جذب را نشان می دهد و هر چه کمتر باشد بهتر است . در انتهای آزمايش گاه نمونه را شکسته و ارتفاع واقعی جذب آب را بطور متوسط بدست می آورند و برای اين منظور در آب ماده رنگی
( مانند لاجورد ) می ريزند . ارتفاع زياد موئينه نشانه خوبی برای بتن نيست . در واقع بتن هائی که خلل و فرج ريزي دارند ممکنست ارتفاع موئينه زيادی داشته باشند و اين نکته مهمی است که معمولا" در مفهوم نفوذ پذيری در برابر آب ، خلل و فرج ريزتر مطلوب تر تلقی می شوند .
آزمايش مقاومت الکتريکی بتن :
خوردگی پديده الکترو شيميائی است . عملا" ميلگرد بصورت آندو بتن کاتد می شود و يک جريان الكتريکی بين ميلگرد و سطح بتن بوجود می آيد . مسلما" دراين حالت تحرک يون ها را شاهد هستيم . هر چه اين حرکت بيشتر و سهل تر انجام شود به مفهوم آنست که مقاومت در برابر تحرک يونی کمتر است و با هدايت الکتريکی بتن بيشتر می باشد . بنابراين بايد گفت يکی از راههای ساده آزمايش دوام بتن ، تعيين مقاومت ويژه الکتريکی آن می باشد . مقاومت الکتريکی بتن نيز مانند مقاومت هر جسم مرکب ديگر تابع اجزاء آن و ارتباط اجزاء با يکديگر است . مقاومت الکتريکی سنگدانه ها و خميــــــر سيمان سخت شده و نسبت مقدار هر يک در بتن و همچنين کيفيت وجه مشترک ( ناحيه انتقالی ) و مصرف افزودنيهای پودری معدنی تأثير زيادی در مقاومت الکتريکی بتن دارد . وجود رطوبت و اشباع مقاومت الکتريکی را کم می کند . وجود ترکهای ريز که با آب پر شود به شدت مقاومت الکتريکی را کاهش می دهد . حتی اگر بجای آب از محلول آب نمک يا آب دريا استفاده کنيم افت شديدی در مقاومت الکتريکی مشاهده خواهيم نمود . بنابراين سعی می شود مقاومت الکتريکی بتن های اشباع با آب نمک يا آب دريا اندازه گيری شود . اندازه گيری مقاومت الکتريکی ساده است . کافی است دو صفحه برنجی يا مسی را کاملا" در تماس با سطح نمونه بتن قرار دهيم و با يک اهم متر مخصوص ، مقاومت الکتريکی را بدست آوريم . اما اين مقاومت الکتريکی بايد بدون توجه به اثر ابعاد گزارش شود يعنی بايد مقاومت ويژه الکتريکی تعيين و اعلام گردد تا بتوان آنرا با ساير بتن ها مقايسه نمود . برای اين منظور از رابطه زير
استفاده می شود .
[img=8x16]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image008.gif[/img] مقاومت ويژه الکتريکی بتن بر حسب اهم متر
R مقاومت الكتريكي قرائت شده از دستگاه
A سطح نمونه ( سطح تماس صفحه برنجي با بتن )
L فاصله بين دو صفحه تماس ( طول نمونه )
[img=43x21]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image010.gif[/img][img=67x41]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image012.gif[/img]
اعتقاد بر آن است که هرچه مقاومت ويژه الکتريکی بيشتر باشد بتن با دوام تر و مطلوب تری داريم.
مقاومت ويژه الکتريکی[img=43x21]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image010.gif[/img] بتن اشباع نوع بتن از نظر دوام در برابر خوردگی
بيشتر از 200 عالی
200 -120 خوب
120- 50 متوسط
کمتر از 50 ضعيف
برای اتصال مناسب صفحه برنجی با بتن معمولا" لايه نازکی از خميــر سيمان نسبتا" شل را بکار می برند و صفحه را با فشار به خمير سيمان و سطح بتن چسبانيده و اندازه گيری را به انجام
می رسانند .
ميتوان گفت هيچ آزمايشی به سادگی و اعتبار اين آزمايش برای تعيين کيفيت بتن بويژه از نظر تحرک يون کلر و OH در داخل بتن نمی باشد . اما جالب است بدانيم اين آزمايش هنوز دارای دستورالعمل استانداردی نيست . هم چنين اختلاف نظر علماء بتن برای اندازه گيری R
( مقاومت اهمی ) و Z ( مقاومت ظاهری با در نظر گرفتن اثر القائی و خازنی ) بحث برانگيز است . برخی اعتقاد دارند کافی است R را بسادگی اندازه گيری کنيم و برخی معتقدند که در بتن اثر خازنی وجود دارد و بايد وسايلی را بکار برد که بتواند Z را مشخص نمايد ( بويژه در بتن های ميکروسيليس دار ) ، برخی نيز معتقدند که تفاوت چندانی بين Z و R عملا" وجود ندارد .
اميد است در آينده بتوان برای کنترل دوام بتن از اين آزمايش سريع و کم هزينه استفاده نمود و بايد دانست الزاما" مقاومت فشاری بيشتر به معنای مقاومت ويژه الکتريکی نمی باشد .
بتن های حاوی ميکروسيليس بسته به ميزان ميکروسيليس ، مقاومت الکتريکی 3 تا 10 برابر مقاومت الکتريکی بتن مشابه ولی بدون ميکروسيليس را دارا است در حاليکه مقاومت فشاری بتن ممکنست فقط 5 تا 15 درصد افزايش يابد . البته بايد گفت اندازه گيری مقاومت ويژه الکتريکی بتن سخت شده داخل قطعه کار دشواری است .
اگر ميلگرد و بتن را مانند يک مدار برقی در نظر بگيريم اختلاف پتانسيل ، مقاومت و شدت جريان در آن وجود دارد . بديهی است هر چه مقاومت الکتريکی بيشتر شود شدت جريان کمتر می گردد و شدت خوردگی نيز کم می شود . ضمن اينکه مقاومت الکتريکی بيشتر ، آغاز خوردگی را به تأخير می اندازد .
برخی اعتقاد دارند بايد مقاومت الکتريکی بتن سطحی ( پوشش روی ميلگرد ) را اندازه گيری کرد که منطقی بنظر می رسد .
آزمايش نيم پيل ( Half Cell ) :
همانگونه که گفته شد واقعا" يک جريان الکتريکی در بتن مسلح وجود دارد . پس بايد بتوان آن را اندازه گيری نمود . اگر يک سر سيم را به ميلگرد وصل کنيم و سر ديگر سيم را به کمک يک الکترود به سطح بتن مرطوب بچسبانيم و در اين فاصله ولت متری را قرار دهيم ، اختلاف پتانسيل را بر صفحه دستگاه مشاهده می نماييم که در حدود چند ده تا چند صد ميلی ولت است.
بسته به نوع الکترود مصرفی ، ولتاژ قرائت شده متفاوت خواهد بود و قابل تبديل به يکديگر
می باشند ، آزمايش نيم پيل دارای دستور العمل استاندارد برای کارگاه می باشد اما دستور استاندارد آزمايشگاهی ندارد . در کارگاه ASTM الکترود مس ـ سولفات مس را توصيه کرده است و در آزمايشگاه معمولا" از الکترود کالومل اشباع استفاده ميشود .
ASTM . C876 شروع فعاليت خوردگی را به صورت احتمالی و بشرح ذيل مشخص کرده است.
احتمال شروع فعاليت خوردگی اختلاف پتانسيل v با الکترود مس ـ سولفات مس (mv )
بيش از 90 درصد 350< v
حدود 50 درصد 200<v<350
کمتر از 10 درصد v < 200
در اين آزمايش بايد ميلگردها بصورت متصل تداوم داشته باشند و قطع در آنها باعث اختلال در نتايج می گردد . بايد دانست که اين آزمايش فقط اختلاف پتانسيل موجود را به دست می دهد که پتانسيل خوردگی نام دارد و به هيچ وجه آهنگ خوردگی يا ميزان خوردگی ميلگرد را به نمايش نمی گذارد .
در آزمايشهای آزمايشگاهی معمولا" ميلگردی را داخل يک استوانه بتنی قرار می دهند و بخش عمده ای از بتن را در داخل آب دريا يا آب نمک ( با غلظت های متفاوت ) می گذارند و يک سر سيم را به ميلگرد خارج از آب و الکترود را داخل آب دريا يا آب نمک قرار می دهند و ولتــاژ را قرائت می کنند .
اين آزمايش مستقيما" کيفيت بتن را بدست نمی دهد فقط می توان کيفيت بتن را در مقايسه با يکديگر ارزيابی کرد ونشان داد کدام نمونه زودتر و کدام يک ديرتر فعاليت خوردگی را آغاز
می نمايند .
آزمايش نيم پيل و ارقام ذکر شده فقط برای ميلگردهای بدون پوشش ( گالوانيزه ، اپوکسی و .. . . ) کاربرد و مفهوم دارند و برای ميلگردهای پوشش دار و صنعت متفاوت خواهد بود.
آزمايش پتانسيل و شدت خوردگی گالوانيکی ( ASTM G109 ) :
هر چند دستور آزمايشگاهی فوق بصورت استاندارد برای تعيين تأثير افزودنيها بر خوردگی ميلگرد ارائه شده است اما اين آزمايش را با تغييرات خالص می توان برای تعيين کيفيت دوام بتن نيز بخوبي بکار برد .
در يک منشور بتنی دو رديف ميلگرد در بالا و پائين قرار داده می شود که سر و ته آنها مارپيچ شده است و بين آنها يک مقاومت 100 اهمی قرار دارد . در بالای منشور يک حوضچه چسبانيده ميشود و داخل آن با آب نمک ( غلظت 3 درصد و بيشتر ) می ريزيم . نفوذ آب نمک باعث
آند شدن ميلگرد فوقانی و کاتد شدن ميلگرد تحتانی می شود و خوردگی گالوانيکی رخ می دهد .
بين دو ميلگرد ميتوان اختلاف پتانسيل و مقاومت الکتريکی را بدست آورد ( با وجود مقاومت
100 اهمی يا بدون آن ) همچنين می توان اختلاف پتانسيل و مقاومت الکتريکی بين حوضچه و ميلگرد فوقاني ( بدون مقاومت 100 اهمي ) و مانند آن اختلاف پتانسيل و مقاومت الكتريكي بين
حوضچه و ميلگرد تحتاني را تعيين نمود . برای اين کار از الکترود کالومل اشباع در داخل حوضچــه استفاده می گردد . ضمن اينکه هر اندازه گيری حاوی مفهوم خاصی است اما دستور استاندارد ASTM G109 فقط در هر زمان شدت جريان عبوری بين ميلگردها را با توجه به وجود مقاومت 100 اهمی بر حسب . A m بدست می آورد ( از تقسيم اختلاف پتانسيل به مقاومت ) و سپس مقدار کل جريان را بر حسب کولن با عنايت به رابطه زير بدست می آيد . از تقسيم شدت جريان به سطح جانبی ميلگرد نيز شدت خوردگی بر حسب [img=61x24]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image014.gif[/img] حاصل
می شود . بالا بودن شدت خوردگی و همچنين کل جريان می تواند نشان دهنده کيفيت پائين بتن باشد .
آزمايش [img=29x24]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image016.gif[/img] در اصل از يك بتن فاقد ريز دانه بهره مي گيرد كه بسيار نفوذ پذير است
( مانند آبكش سوراخ مي باشد ) و لذا اطراف نمونه با اپوكسي اندود ميگردد . در حاليكه در آزمايش تغيير يافته ، بتن مورد نظر طبق طرح اختلاط پروژه ساخته ميشود و ميتوان از اپوكسي براي
اندود كردن سطوح جانبي بهره گرفت و يا بدون اپوكسي آزمايش را به انجام رساند.
بهرحال اين آزمايش قابليت هاي زيادي را براي به نمايش گذاردن كيفيت بتن در امر خوردگي دارد و تفسير نتايج آن هم جالب و مشكل مي باشد .
آزمايش پتانسيل و شدت خوردگي به روش گالواپالسن :
در اين آزمايش نيز نمونه هائي شبيه به آزمايش نيم پيل تهيه ميشود و يا ميتوان در محل كارگاه بر روي قطعات موجود اين آزمايش را انجام داد . ضمن تعيين اختلاف پتانسيل خوردگي ،
افزايش هاي جزئي در پتانسيل ايجاد شده و شدت جريان مربوطه اندازه گيري ميشود . در اين آزمايش مقاومت الكتريكي نيز بدست مي آيد و با توجه به روابط موجود شدت خوردگي
( آهنگ خوردگي ) ميلگردها تعيين مي گردد . اين آزمايش بسيار مهم و معتبر مي باشد اما انجام آن مشكل و نتيجه گيري از آن نياز به تبحر و تخصص دارد .
آزمايش تعيين عمق نفوذ يون كلر :
در اين آزمايش نمونه هائي كه در معرض يون كلر بوده اند ( آزمايشگاهي يا كارگاهي ) را بريده و مقطع را در معرض پاشش محلول نيترات نقره قرار ميدهند . پس از مدتي محل حاوي يون كلر سفيد شيـــري شده و با گذشت زمان سياه ميشود و ميتوان عمق نفوذ يون كلر را با دقت كمتر از 2/0 ميلي متر اندازه گيري نمود . مسلما" در اين آزمايش بايد نمونه هاي اوليه تقريبا" فاقد يون كلر باشند و يا ميزان آن از آستانه حساسيت عملكرد محلول نيترات نقره كمتر باشد يا بتوان نفوذ يون كلر را مشاهده نمود .
در اين آزمايش مقادير يون كلر در بتن بدست نمي آيد . پروفيل يون كلر و ضريب نفوذ آن نيز قابل تعيين نيست .
آزمايش تعيين پروفيل يون كلر و تعيين ضريب نفوذ :
اين آزمايش يكي از مهمترين و مشكل ترين آزمايشهاي موجود است كه به تعيين پروفيل يون كلر و ضريب نفوذ آن مي انجامد . وقتي نمونه اي در آزمايشگاه يا محل و همچنين قطعه بتني در محل در معرض يون كلر بويژه در مدت طولاني قرار گيرد ميتوان اين آزمايش را با دقت خوب انجام داد .
براي اين منظور در زمان معين و مورد نظر ، پودر نمونه بتني كه مربوط به عمق معيني است تهيه شده و مقدار يون كلر موجود در بتن طبق ASTM C114 تعيين ميشود . براي تهيه پودر بتن و آماده سازي آن از دستور ASTM C1152 ( يون كلرمحلول در اسيد ) و يا ASTM C1218
( يون كلر محلول در آب ) استفاده ميشود . در اين آزمايش از روش پتانسيو متري براي تيتر كردن با محلول نيترات نقره استفاده ميشود . اين روش بسيار دقيق است و تا كنون روش ديگري با اين دقت ابداع نشده است .
معمولا" نتيجه اين آزمايش بصورت درصد يون كلر در بتن و يا درصد يون كلر بتن نسبت به وزن سيمان گزارش ميگردد . محدوديت يون كلر در بتن اوليه و يا گزارش يون كلر بتن قديمي ، بصورت درصد نسبت به وزن سيمان بيان ميشود و بايد مشخص گردد طبق كدام روش (محلول در اسيد يا محلول در آب ) انجام شده است .
براساس نتيجه حاصله ، پروفيل يون كلر رسم ميگردد . محور افقي عمق نمونه ( متوسط ) و محور قائم درصد يون كلر است .
با توجه به نتايج حاصله و ميزان يون كلر اوليه در بتن طبق قانون دوم Fick ، ميتوان ضريب نفوذپذيري ( انتشار ) بتن در برابر يون كلر را بدست آورد ( Diffusivity Coeficient ) . اين ضريب با ديمانسيون L2/T بيان ميشود . حل معادلات مربوط به قانون دوم فيك با تقريب ها و روش هاي خاص انجام ميشود كه نتايج متفاوتي را بدست ميدهد . افزايش ضريب انتشار نشانه نفوذپذيري بيشتري بتن در برابر يون كلر است .
آزمايش درجه نفوذ (مقاومت) بتن در برابر يون كلر :
طبق AASHTO T259 كه يكـــــي از قديمي ترين روشهاي آزمايش مربوط به نفوذ يون كلر مي باشد صرفا" مقاومت و درجه نفوذ در برابر يون كلر بدست مي آيد و نميتواند معيار كمي براي عمر مفيد بهره برداري از قطعه را ارائه دهد . نمونه هاي بتن چهار دال به ابعاد 305 × 305
ميلي متر و ضخامت 76 ميلي متر است در اين روش بالاي نمونه هاي بتني پس از 28 روز
( يا هر سن مورد نظر ) در حدود 3 ميلي متر سائيده شده و يك حوضچه كوچك روي آن
قرار مي گيرد . نمونه ها 14 روز در محيط مرطوب نگهداري و 14 روز خشك شده است و سن 28 روزه دارند . در حوضچه محلول نمك طعام 3 درصد ريخته و 90 روز در ان مي ماند . پس از
90 روز ، دال ها خشك شده و نمك روي آن پاك ميشود . از دالها سه نمونه بايستي از عمقهاي 6/1 تا 13 ميلي متر و 13 تا 25 ميلي متر تهيه شود و طبق AASHTO T260 مقدار يون كلر آن بدست آيد .
مقدار متوسط يون كلر در هر عمق مورد نظر بايد تعيين شود . ( قبل از نفوذ يون كلر و پس از آن ) اختلاف اين دو بايد محاسبه شود . مقدار متوسط يون كلر جذب شده و حداكثر ان بايد
گزارش گردد .
آزمايش شاخص الكتريكي قابليت مقابله بتن در برابر نفوذ يون كلر :
در آزمايش ASTM C1202 مقدار جريان الكتريكي عبوري از استوانه ها با مغزه هاي بتني به قطر 102 ميلي متر و ضخامت 51 ميلي متر در مدت 6 ساعت با اختلاف پتانسيل ثابت 60 ولت
( جريان مستقيم ) بدست مي آيد . يك نمونه در محلول نمك طعام و ديگري در سود روز آمد
قرار دارد . مقدار كل جريان برحسب كولمب نمايانگر مقاومت بتن در برابر نفوذ يون كلر است و بصورت زير طبقه بندي ميشود .
نفوذ پذيري بتن در برابر يون كلر جريان عبوري ( كولمب )
زياد بيش تر از 4000
متوسط 4000-2000
كم 2000-1000
خيلي كم 1000-100
ناچيز كمتر از 100
همانگونه كه ديده ميشود آزمايشهاي متعددي براي كنترل دوام بتن بويژه در برابر يون كلر ابداع شده است كه بخشي از آنها كه در ايران رايج تر مي باشد از نظر گذشت . آزمايشهاي ديگري نيز در كشورهاي مختلف دنيا مانند ژاپن و كشورهاي اسكانديناوي وجود دارد و هنوز اين آزمايشها در مراحل گسترش و توسعه هستند . از جمله مشكلات كار اين است كه هنوز ارتباط دقيقي بين نتايج آزمايشها و بحث خوردگي بدست نيامده است تا بتوان عمر قطعه را تعيين كرد . ضريب نفوذ
يون كلر و يا آزمايشهاي شدت خوردگي از همه آزمايشها كاربردي تر هستند و ميتوان بر اساس آنها عمر را تخمين زد .
با اين حال خوردگي نياز به سه عنصر يون كلر ، رطوبت و اكسيژن دارد و وجود هر كدام به تنهائي نميتواند خوردگي در ميلگرد بتن بوجود آورد . برخي معتقدند قليائيت بتن نيز در شروع خوردگي مؤثر است كه منطقي بنظر ميرسد بنابراين با نتايجي كه از اين آزمايشها بدست مي آيد نميتوان دقيقا" دوام را تخمين زد .
توصيه ميشود تا پيشرفت علمي بيشتر در اين زمينه از ضوابط آئين نامه اي استفاده گردد . سعي شده است نرم افزارهائي براي تخمين عمر سازه هاي بتن مسلح تهيه شود كه در آنها اطلاعات جغرافيايي و محيطي وجود دارد و با دادن اطلاعاتي در مورد قطعه ، ميلگرد و بتن موجود
( خصوصيات بتن شامل نوع سيمان ، نسبت آب به سيمان ، عيار سيمان و افزودني ها ) بتوان عمر سازه را حدس زد . در ايران نيز اقداماتي براي تهيه اين نرم افزار با توجه به شرايط محيطي موجود و اطلاعات ديگر محلي و داده هاي لازم در حال انجام است و سعي ميشود نقايص نرم افزارهاي قبلي اصلاح گردد .
تخريب بتن ، آماده سازي محل تعمير و ميلگردها ، مواد و روشهاي تعمير
مقدمه :
در تعمير بتني كه در اثر خوردگي تخريب شده است بايد اصول خاصي رعايت گردد تا مشكلات قبلي بزودي گريبانگير قطعه نشود . براي اين منظور بايد به نظارت زير توجه گردد :
كنترل وسعت خرابي با بررسيهاي نظري كارگاهي و انجام آزمايشهاي ساده
تعيين وسايل تخريب و روش كار
تعيين محدوده خرابي و شيار زني براي مشخص كردن محدوده
هندسه تخريب
عمق تخريب
بررسي ميلگردها و تصميم گيري در مورد گسترش تخريب
زنگ زدائي و اصلاح ميلگردها و تقويت و جايگزيني ميلگردها
آماده سازي سطح بتن و ميلگردها و اعمال پوشش هاي لازم ، اشباع كردن و . . .
مواد تعميري و كاربرد آنها
- روشهاي تعمير و بكار گيري آنها
كنترل وسعت خرابي ( بررسيهاي نظري و آزمايشي ) :
با توجه به بازديدهاي انجام شده و احتمالا" برخي آزمايشهاي ساده ميتوان به وسعت تقريبي خرابي پي برد . متاسفانه هنــوز روشي براي تعيين محلهائي كه ميلگرد آنها بطور قابل توجهي زنگ زده اند وجود نــــدارد . نشانه هاي زنگ زدائـي زياد ، لكه ، ترك خوردگي ، طبله كردن و ريختن بتن مي باشد . با آزمايش ساده نيم پيل ميتوان پتانسيل خوردگي را بدست آورد اما ميزان زنگ زدگي و آسيب نمايش داده نميشود . با زدن چكش اشميت يا چكش معمولي و با توجه به نتيجه يا صداي حاصله نيز ميتوان تا حدودي وضعيت بحراني را آشكار كرد . متاسفانه اشكال رايج عمده در تعمير سازه هاي بتني مشخص نبودن دقيق منطقه و محدوده تعميرات و گاه ممكنست وسعت تخريب و تعمير چندين برابر تخمين اوليه گردد .
تعيين وسايل تخريب و روش آن :
با توجه به وسعت تخريب ، نوع بتن و مشكلات تخريبي آن ، انبوهي ميلگردها و موقيت قرار گيري قطعه و همچنين محدوديت هاي زماني و هزينه اي نوع وسيله تخريب و روش كار مشخص ميگردد.
گاه لازم است سرعت زيادي در تخريب بخرج نداد زيرا در صورت عدم امكان تعمير ، مجاورت بتن و ميلگرد با عناصر مضر ممكنست در طولاني مدت مشكلات جديدي را بوجود آورد .
امروزه استفاده از وسايل مختلفي امكان پذير است : قلم ( چكش ) بادي ، برقي ، اره هاي اصطكاكي، جهت آب و برش با آب از جمله وسايل رايج است كه از همه آنها ميتوان برش با آب
( جهت آب ) را بهتر و مناسب تر دانست . بهرحال وسعت كار و محدوديت هاي موجود فوق الذكر تعيين كننده نوع وسايل مي باشد . برخي چكش ها ممكنست در مناطق مجاور آسيب هائي را ايجاد كند كه بايد وسايل با قدرت مناسب را انتخاب نمود. اره هاي اصطكاكي عمدتا" براي
برش هاي خطي بكار ميرود .
تعيين محدوده خرابي و شيار زني :
براي اينكه محدوده كار تخريب روشن شود گاه علائمي را بكار مي برند . بهترين روش علامت زني بصورت شيار زني در محدوده مورد نظر است . شيار زني به عمق 1 تا 2 سانتي متر بدين منظور معمول است ميتواند هندسه مناسب تخريب را در سطح و عمق بوجود آورد . بهرحال گاه در طول عمليات تخريب ممكنست اين محدوده را وسعت بخشيم و گسترش دهيم و بهتر است مجددا" محدوده جديد را شيار زني كنيم .
هندسه تخريب :
توصيه ميشود از شكلهاي هندسي مشخص براي محدوده تخريب استفاده شود . مربع ، مستطيل و تركيبي از مربع و مستطيل در كنار هم ميتواند بهترين اشكال باشد . البته شكل دايره و چند ضلعي منظم نيز توصيه ميشود . بهرحال اشكال نا منظم با دوره هاي بي نظم ابدا" توصيه نمي گردد .
كناره و لبه منطقه تخريب ( تعمير ) بايد گونيا باشد و اين حالت 1 تا 2 سانتي متر در عمق
ادامه يابد و لبه نبايد پركلاغي تلقي گردد زيرا دوام مناسبي برا پس از تعميرنخواهيم داشت .
عمق تخريب :
مشكلي بزرگ در تعمير اينگونه سازه ها تعيين عمق تخريب است . مسلما" عمق تخريب تا پشت ميلگردها خواهد بود . نميتوان تخريب را تا رسيدن به سطح ميلگردها انجام داد زيرا لازمست ميلگردها را تميز و اصلاح نمود بنابراين بايد تخريب را تا پشت ميلگردها ادامه داد . عمق تخريب بايد تا حدي انجام شود كه به منطقه اي با يون كلر كم برسيم . رسيدن به يون كلر كمتر از حد آستانه خوردگي قطعي است اما حد قابل قبول تابع سياست هاي تعميرات اگر حد آستانه خوردگي را 35/0 درصد و حداقل يون كلر بتن اوليه تازه را 15/0 درصد در نظر بگيريم بهرحال حد قابل قبول در بين اين دو عدد قرار دارد و هر چند به 15/0 درصد نزديك شود عمر تعمير و ميلگرد بيشتر خواهد شد اما ممكنست هزينه ها را به مقدار قابل توجهي افزايش دهد و يا عمر بخش هاي تعمير نشده بمراتب كمتر از عمر مناطق تعمير شده باشد كه منطقي بنظر نميرسد .
بهترين راه تهيه نمونه از عمق هاي مختلف و تعيين يون كلر مي باشد تا تصميم گيري در مورد عمق تخريب ميسر گردد . وقتي تا پشت ميلگرد تخريب را ادامه مي دهيم بايستي امكان قرار گيري بتن در اطراف ميلگرد را فرآهم كنيم . به اين منظور حداقل فاصله ميلگرد تا بتن بايستي از حداكثر اندازه سنگدانه مصرفي بزرگتر باشد . برخي توصيه مي كنند در اين مورد بهتر است اين فاصله بمراتب بزرگتر از حداكثر اندازه سنگدانه مصرفي و در حدود 3 سانتي متر باشد .
بررسي ميلگردها و اتخاذ تصميم در مورد گسترش تخريب :
پس از تخريب و رسيدن به ميلگردها بايد كارشناس خبره ، ميزان خوردگي را بررسي كند وقتي در محدوده تخريب زنگ زدگي زيادي مشاهده مي شود و اين زنگ زدگي در منطقه سالم نيز تداوم دارد بايستي منطقه تخريب را گسترش داد تا به ميلگرد سالم و تقريبا" بدون زنگ زدگي رسيد . وقتي زنگ زدگي با ناخن پاك نشود به ميلگرد سالم نرسد بايد آنرا تميز كرد و لازمست كه بتن روي آن برداشته شود .
زنگ زدائي ، اصلاح ميلگردها ، تقويت و جايگزيني :
ميلگردها معمولا" در محل با سندپلاست يا گريت پلاست بايد تميز شود . در اين حالت بايد پشت ميلگردها تميز شود زنگ زدائي با برس سيمي دستي يا برقي معمولا" كارآمد نيست و فقط در مناطق بسيار محدود و براي زنگ كم كاربرد دارد . اگر لازم باشد بايد ميلگردها تقويت شود . بكارگيري ميلگردهاي تقويتي امري رايج و معمول است . اين كار با توجه به كاهش ضخامت ميلگردها عملي ميشود . معمولا" اگر كاهش سطح ميلگردها بيش از 15 درصد باشد تقويت توصيه ميشود ( برخي كاهش قطر 15 درصد را نيازمند تقويت مي دانند ) . گاه ميلگردها به شدت
زنگ زده اند و در اين حالت توصيه ميشود با ميلگردهاي جديد جايگزين شوند . تأمين پوشش طولي ميلگردها (Overlap ) مشكل است و اغلب از وصله هاي جوشي يا مكانيكي ميتواند
استفاده شود .
وقتي از زنگ زدائي ميلگرد بهره مي گيريم بهتر است هيچگونه رنگي بر روي ميلگرد باقي نماند و كاملا" تميز شوند .
آماده سازي سطح بتن و پوشش ميلگردها :
مقصود از آماده سازي سطح بتن و پوشش ميلگردها آنست كه بتوانند اتصال بتن با بتن و بتن با ميلگرد را تأمين نمايند و مانع نفوذ بيشتر و خوردگي شوند .
آماده سازي سطح بتن معمولا" با زبر كردن آن و رسانيدن به حالت اشباع با سطح خشك حاصل ميگردد . اغلب اوقات تخريب ، سطح زبر و خشني را فرآهم مي كند بهر حال اين سطح نبايد پستي و بلندي خيلي زيادي داشته باشد اما ضمن اينكه ضخامت تعمير نسبتا" ثابتي را فرآهم مي نمايد بايد كاملا" زبر و خشن باشد و ترجيحا" شن ها از سطح بر واحد اضافه شوند .
بتن قديمي ( پايه ) نبايد آب بتن جديد ( ماده تعميري ) را بمكد زيرا باعث جمع شدگي شديدتر شده و پيوند دو بتن ضعيف مي گردد . بنابراين لازمست بتن پايه بصورت SSD درآيد . آب اضافي در روي سطح بتن به نحوي كه دست را خيس و مرطوب كند نامطلوب است و باعث ضعف اتصال و پيوستگي دو بتن مي شود .
براي ايجاد پيوستگي و چسبندگي بهتر دو بتن جديد و قديم گاه از برخي پليمرها و لاتكس ها بر روي بتن پايه ( قديمي ) استفاده مي شود . يك لايه نازك از اين مواد قبل از ريختن بتن تعميري جديد بر روي بتن قديمي ماليده يا پاشيده مي شود. از جمله مواد رايج لاتكس آكريليكي
( Acrylic Latex ) مي باشد و قبل از خشك شدن كامل آن بتن جديد بايد ريخته شود .
سطح ميلگردها پس از تميز كاري و زنگ زدائي ، گاه لازمست با آب شيرين شسته شده و سريعا" با هواي فشرده خشك گردد و در صورت لزوم با پوشش هاي خاصي نظير اپوكسي پوشيده شود . بهرحال توصيه ميشود در تعمير سازه از اپوكسي معمولي مخصوص ميلگردها استفاده نشود و اپوكسي غني شده با روي بكار رود تا سطح ميلگرد عايق الكتريكي نشود ، زيرا در غير اينصورت ميلگردهاي بخش تعمير نشده دچار خوردگي بسيار سريعتر مي گردد .
مواد تعميري :
اصل مهم در انتخاب مواد تعميري شباهت آن از نظر خواص با بتن اصلي است معمولا" اين اصل به نوعي برآورده ميشود اما بايد سعي كرد حتي الامكان رعايت گردد . مشكل بزرگ در رعايت اين مورد آن است كه اگر بتن اصلي قديمي مناسب و مطلوب بود ممكن بود اين خرابي ها حاصل نشود. ضعف مقاومت ، ضعف دوام و بالا بودن نفوذپذيري باعث اين خرابي شده است پس چگونه ميتوان بتن مشابه را بكار برد . بنابراين دچار يك پارادوكس هستيم كه با تدبير مناسب آن را حل كنيم . شباهت در سنگدانه ، شباهت در سيمان ميتواند كمك مؤثري باشد . نزديك بودن
مدول الاستيسيته و ضريب انبساط حرارتي از جمله نكات مهم است ، گاه ديده مي شود
نفوذ پذيري بسيار كم در منطقه تعمير شده ، باعث خوردگي سريع ميلگردهاي منطقه مجاور ميشود و اين نكته مهم كار تعمير را با مشكل مواجه مي كند و اجتناب ناپذير بنظر مي رسد .
← انواع مواد تعميري بصورت جايگزين بتن تخريب شده عبارتند از :
الف - بتن يا ملات سيماني
ب- بتن يا ملات سيماني اصلاح شده با پليمر
ج – مواد پليمري ( كه در اين حالت اقتصادي و فني نيست )
بنظر ميرسد معمولا" بتن يا ملات سيماني ارجحيت داشته باشد و از نظر خواص مشابهت بيشتري با بتن اصل پايه را فرآهم نمايد .
بكار گيري سيمان در حد متوسط ( معمولا" 375 تا 400 كيلو ) از نظر جمع شدگي كاملا" مناسب بنظر ميرسد . نسبت آب به سيمان با توجه به موقعيت قطع و محل از نظر خوردگي به حداكثر
4/0 يا 45/0 محدود شود . معمولا" اگر از روش بتن ريزي جايگزين استفاده شود سعي ميگردد از اسلامپ بالائي برخوردار باشيم ( پيش از 10 سانتي متر ) . اسلامپ زياد جمع شدگي نشست خميري را بوجود مي آورد لذا ضمن اينكه تأمين نسبت آب به سيمان فوق الذكر مشكل بوده و اسلامپ زياد نيز با آب قابل تأمين نيست همواره نياز به مواد روان كننده يا فوق روان كننده داريم .
معمولا" هنگاميكه تعمير در محدوده بسته اي انجام ميشود بتن بايد از جمع شدگي ناچيز و يا انبساط جزئي برخوردار باشد . به اين دليل لازمست از مواد منبسط كننده ( انبساط زا ) در مواردي كه حساسيت وجود دارد استفاده نمائيم تا درگيري بهتري بين لبه هاي كناري بتن تعميري و
بتن پايه قديمي ايجاد شود .
براي سهولت در ريختن و تراكم بتن و كاهش نفوذپذيري آن از حداكثر اندازه سنگدانه نسبتا" كم و بافت دانه بندي ريزتري نسبت به بتن اصلي بهره مي گيريم كه به ابعاد و حجم منطقه تعميري و وضعيت ميلگردها بستگي دارد .
اگر بخواهيم ملات يا بتن را با مواد پليمري اصلاح كنيم معمولا" از لاتكس آكريليكي به ميزان 10 تا 20 درصد وزن سيمان استفاده مي نمائيم .
گاه بجاي ريختن معمولي بتن از روش دستي تعمير استفاده مي نمايند در اين حالت ملات سفت بكار ميرود و با فشار در محل مورد نظر قرار مي گيرد . بهر حال اين روش محدوديتهاي خاص خود را دارد و تأمين رواني مورد نظر با نسبت آب به سيمان مطلوب و سيمان كمتر ممكن مي باشد .
روشهاي تعمير و جايگزيني بتن :
بهر حال بايد بتني را در محل تخريب شده جايگزين نمائيم. روشهاي اين جايگزيني عبارتند از :
الف- تعمير و جايگزيني بتن يا ملات با دست Patch Method
كه در مناطق بسيار محدود بكار ميرود . ضخامت نيز معمولا" به حدود 5 سانت محدود ميشود و كمتر مورد استفاده است . تعمير سطوحي مانند زير دال يا تير با اين روش ساده تر است .
ب- روش بتن ريزي سنتي معمولي ( ثقلي ) Conventional or Gravity Method
اين روش كار برد وسيعي دارد . براي سطوح بالائي تير و دال ، وجوه كناري تيرها ، سطوح ديوار و ستون و حتي قسمت تحتاني تير يا دال كاربرد دارد . معمولا" در اين روش نياز به اسلامپ زيادي داريم كه گاه از بتن هاي آبكي با اسلامپ بيش از 20 سانتي متر استفاده ميشود . بهر حال در اين روش بايد بنحوي عمل نمائيم كه از پر شدن قالب يا محل تعمير مطمئن شويم و خروج هوا از بتن نيز ميسر باشد و آب انداختن بتن عملا" حذف گردد ( بويژه در سطوح زير تير يا دال ) گاه اين نوع بتن را در عمق يا زير آب با لوله ترمي ( tremie ) مي ريزيم تا جداشدگي پيش نيايد .
ج : روش بتن پاشي Shotcrete
در تعمير سطوحي با وسعت زياد و ضخامت كمتر از 15 سانتي متر استفاده از روش بتن پاشي توصيه ميشود بويژه در تعمير سطوح زيرين دال يا تعمير كاربرد آن مطلوبتر است . در بتن پاشي دو روش تر و خشك را داريم . در تعمير سازه هائي كه در مناطق خورنده قرار دارند و يكنواختي و
نفوذناپذيري بيشتر مطلوب است بايد از روش تر استفاده نمائيم .
مشكل بزرگ در بتن پاشي ، برگشت و ريباند مصالح و بتن مي باشد كه بايد با كاهش حداكثر اندازه سنگدانه ، اسلامپ مناسب ( 5 تا 8 سانتي متر) ، عيار سيمان بالاتر و چسبندگي بيشتر ،
بافت دانه بندي ريزتر ، عمود گرفتن سر لوله ، فاصله مناسب سرلوله از سطح در تامين فشار هواي مناسب و غيره ، ميزان برگشت مصالح را به حداقل رسانيد .
د : روش بتن ريزي با سنگدانه پيش اكنده ( Preplaced Aggreate Concrete ) :
در اين روش ابتدا سنگدانه درشت تك اندازه را در قالب ريخته و سپس از درون لوله هائي كه درون سنگدانه قرار گرفته است ملات ريز دانه اي را به داخل سنگدانه هاي درشت پيش آكنده تزريق
مي نمائيم تا بتن مناسب حاصل گردد .
بتن پيش آكنده از جمع شدگي ناچيزي برخوردار است و عيار سيمان مصرفي آن نيز كم مي باشد . تأمين نسبت آب به سيمان كم ، نفوذ ناپذيري مطلوب و مقاومت زياد با اين روش كاملا"
ميسر است . همگني بتن و عدم جداشدگي از ويژگيهاي اين نوع بتن ريزي است . حداكثر اندازه سنگدانه به [img=15x41]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image018.gif[/img] حداقل بعد قطعه محدود مي شود و حداكثر اندازه ماسه ملات بايد به حدود [img=21x41]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image020.gif[/img] حداقل اندازه اسمي سنگدانه درشت محدود گردد .
ملات مصرفي بسيار پر عيار بوده و همچنين شل و آبكي مي باشد و معمولا" از مواد پوزولاني مناسب و روان كننده ها در ملات استفاده ميشود ضمن اينكه به كندگير كننده ها نيز احتياج مبرمي داريم .
هـــ : بتن ريزي با بتن مكيده (Vacuum Proiossed Con ) :
در اين روش كه امروزه از آن در عمليات تعمير بتن استفاده چنداني بعمل نمي آيد . بتن نسبتا" شل را در محل مورد نظر ( بويژه سطوح فوقاني دال ، كف و سر ريز سدها يا كف تونلهاي آب بر و غيره ) ريخته و سپس با اعمال يك مكش از طريق فرش خلا ، بخشي از آب بتن را مكيده و نسبت آب به سيمان را كاهش مي دهيم . اين عمل مقاومت و دوام بتن تعميري را بهبود مي بخشد و نفوذپذيري آن بويژه در قسمت هاي سطحي كاهش مي يابد .
در پايان متذكر ميشود كه در بتن ريزي جايگزيني نبايد از بتن در مرحله گيرش استفاده نمود . جداشدگي يكي از روشهاي بتن ريزي در كشور ماست كه نبايد در بتن جايگزين بوجود آيد . اختلاف دماي بتن پايه و تعميري در هنگام ريختن نبايد زياد باشد و حداكثر آن از 5 تا 10 درجه مشخص شده است . كار تراكم بايد بخوبي انجام شود . همچنين بايد عمل آوري مناسب
صورت گيرد دماي بتن نبايد از 30 درجه سانتي گراد در هنگام ريختن تجاوز نمايد و از 10 درجه سانتي گراد كمتر نشود .