خرابی‌های شایع در بتن

بنا به علل متفاوت سازه‌های بتنی همواره دچار آسیب های متفاوتی می‌شوند.‌ تخریب بتن، علت‌های متفاوتی دارد که شایع‌ترین آنها‌ بیان می‌شود.

آب اضافه در مخلوط بتن

استفاده از آب بیش از حد در مخلوط‌های بتن شایع‌ترین علت آسیب به بتن است. آب بیش از حد مقاومت بتن را کاهش می‌دهد. خسارت ناشی از آب اضافی می‌تواند به سختی قابل تشخیص باشد زیرا که معمولاً این آسیب به وسیله خرابی‌های علت‌های دیگر پوشانده شده است. به عنوان مثال ترک خوردگی ناشی از انجماد و ذوب، رشد فرسودگی در اثر سایش یا ترک‌های جمع شدگی ناشی از خشک شدن‌، اغلب به عنوان آسیب‌های بتن شناخته می‌شوند، اما در واقعیت آب اضافی باعث پایین آمدن دوام بتن شده که این خود به علل دیگر اجاز‌ه حمله به بتن را خواهد داد.

طراحی نادرست

عیوب در طراحی می‌تواند انواع بی‌شماری از آسیب‌های بتن را ایجاد کند. از انواع عیوب در طراحی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

• قرار گرفتن قطعات فلزی‌ جاسازی شده‌، مانند خط لوله برق یا جعبه تقسیم در نزدیکی سطوح بیرونی سازه‌های بتنی است. ترک در بتن و در اطراف چنین محل‌هایی تشکیل شده و اجازه می‌دهد سرعت تخریب و فرایند انجماد و ذوب سریعتر رخ ‌دهد. بیس‌های فلزی راه آهن‌ها و گارد ریل‌ها که بیش از حد در نزدیکی لبه‌ی بیرونی دیوارهای قرار داده شده‌اند، پیاده رو‌ها و نرده ‌های جان پناه نیز نتایج مشابهی را رقم می‌زنند‌. لوله‌های مورد استفاده در بتن نیز دچار انبساط و انقباض طولی در اثر تغییرات دما شده و اگر مفاصل لغزش کافی تعبیه نشده باشد، این انبساط و انقباض عامل ترک خوردگی در بتن می‌شود.
• پوشش و کاور ناکافی بتن بر روی شبکه آرماتور یک علت شایع آسیب به سازه‌های پل و بزرگراه است. این مشکل در سازه‌های آبی و آبیاری هم وجود دارد. پوشش ناکافی اجازه می‌دهد تا خوردگی در آرماتورها آغاز شود، ایجاد اکسید آهن و محصولات جانبی ناشی از این خوردگی نیاز به فضای بیشتر در بتن داشته و در نتیجه ترک خوردگی و متورق شده بتن را باعث می‌شوند.
• عدم استفاده از مفاصل انقباضی کافی یا عدم رعایت فواصل درزهای انبساطی به منظور توزیع یکنواخت دما در دال بتنی به آن آسیب می‌زند و بتن با مفاصل انقباض ناکافی ترک خواهد خورد و این ترک‌های در نقاطی که نیاز به درز انبساط بوده اما تعبیه نشده مشهود است.
• مرمت و بازسازی آسیب‌های ناشی از طراحی معیوب تا زمانی که اشکالات طراحی کاهش یابد، بیهوده است. قطعات فلزی جاسازی شده می‌تواند برداشته شود، نرده‌ها را می‌توان به مفاصل لغزشی مناسب مجهز نمود. و بیس پلیت‌های گارد ریل را می‌توان به محل‌هایی که بتن در آنجا مقاومت کافی در برابر نیروهای کششی را دارد جابجا کرد. جبران کمی کاور بتن روی شبکه آرماتوربندی بسیار دشوار است اما می‌توان مواد مناسبی برای تعمیر و مقاومت در برابر انواع خاصی از خوردگی را انتخاب نمود. همین طور عملیات تعمیر می‌تواند با استفاده از مواد آب بندی بتن محافظت شده و با استفاده از پوشش‌های آب بند از نفوذ آب به بتن جلوگیری نمود و آنرا کاهش داد.
• دال‌هایی با تعداد کم درز‌های انبساطی را نیز می‌توان با استفاده از کاتر برش داد و به تعداد درزهای انبساطی افزود یا با افزایش عرض درز، آن را برای مقابله با اثرات انبساط گرمایی آماده نمود.
• آسیب ناشی از اشکالات طراحی به احتمال زیاد می‌تواند با استفاده از جایگزینی بتن، با استفاده از چسب اپوکسی، یا ترکیبی از چسب‌ و ملات‌های تعمیری اپوکسی مرتفع شود.

نقایص ساخت

آسیب‌های معمول وارد بر بتن در اثر اجرای نادرست مشتمل بر کرمو و متخلخل شدن بتن، در رفتن قالب، اشتباهات محاسباتی و اندازه گیری و نقایص تکمیل کار است.

کرمو شدن و تخلخل بتن در واقع مناطقی هستند که بر اثر ناتوانی ملات سیمان در پر کردن فضاهای موجود اطراف سنگدانه‌ها و در نتیجه خالی ماندن آنها ایجاد می‌شوند. در صورت خفیف بودن این نقیصه به شرط اینکه از باز کردن قالب‌ها بیش از ۲۴ ساعت نگذشته باشد می‌توان از ملات سیمان استفاده نمود. اگر عملیات ترمیم بیش از ۲۴ ساعت بعد از برداشتن قالب و با تاخیر صورت گرفته،یا سطح کرمو شده‌ی بتن گسترده است، باید ابتدا بتن‌های معیوب برداشته شده، سپس با استفاده از ملات ترمیم آماده، به همراه چسب پیوند اپوکسی‌، تعمیر صورت گیرد، روش نهایی نیز جایگزینی کل بتن با بتن جدید است.

تخریب سولفاتی

خرابی سولفاتی بر اثر ترکیب یون سولفات و تری کلسیم آلومینات در بتن‌های ساخته شده با سیمان پرتلند به وجود می‌آید. و مکانیزم آن بدین ترتیب است که بر اثر واکنش مذکور (سولفو آلومینات کلسیم آبدار) حاصل می‌شود که از نمک‌های مضاعف اسید آلومینیک است. این نمک مضاعف حجیم بستگی به غلظت محلول آن دارد. تر و خشک شدن سطح بتن این اثر را شدت می‌بخشد. بتن‌هایی که در معرض حمله سولفات‌ها قرار می‌گیرد. معمولاً با سطحی سفید رنگ مشخص می‌شوند. در این موارد خرابی بتن معمولاً از لبه‌ها و گوشه‌ها شروع شده و با پیشرفت خرابی ترک و پکیدن حادث می‌شود.

واکنش قلیایی و کربناتی سنگدانه‌ها

بعضی سنگ‌ها و مواد معدنی مانند برخی سنگ آهک‌های دولومیتی با قلیایی‌های سیمان از خود واکنش نشان می‌دهند. این واکنش‌ها با انبساط همراه هستند و موجب ترک خوردگی سطح بتن می‌شود. غیر از دو عامل مهم واکنش قلیایی سنگدانه‌ها و زیاد بودن قلیاییت سیمان. رطوبت بتن، و دمای محیط بین ۱۰ تا ۳۰ درجه سلسیوس نیز به ترتیب برای وقوع و شدت بخشیدن به این واکنش‌ها ضروری است.

کربناتی شدن

بر اثر نفوذ گاز دی اکسید کربن به جسم بتن و ترکیب آن با هیدرو کسید کلسیم فعل و انفعال شیمیایی زیر صورت می‌گیرد و که حاصل آن کربنات کلسیم است. در اثر این فعل و انفعال بتن کربناتی شده و PH آن کمتر از ۹ می‌رسد.

در صورتی که بتن روی آرماتورها تماماً کربناتی شده و کربنات به سطح میلگردها برسد، لایه محافظ روی میلگرد از بین رفته و زنگ زدگی میلگرد در مجاورت رطوبت و اکسیژن آغاز خواهد شد.

برای جلوگیری از پدیده کربناتی شدن بتن، همانند سایر خرابی‌های شیمیایی لازم است. بتن دارای نفوذپذیری کم باشد، که این امر با سخت بتن با نسبت آب به سیمان کم، تراکم خوب آن و عمل آوردن مناسب امکان پذیر است. از عوامل مهم دیگر ضخامت پوشش روی میلگرد‌ها است. از آنجا که هر یک میلیمتر افزایش ضخامت پوشش ممکن است سال‌ها صدمات ناشی از کربناتی شدن را به تاخیر اندازد، تامین پوشش کافی امری ضروری است.

تخریب ناشی از سیکل انجماد و ذوب

تخریب ناشی از یخ زدگی و ذوب مداوم آب درون بتن یکی از علت‌های شایع آسیب پذیری سازه‌های بتنی در اقلیم‌های سرد سیری است. شرایط زیر در رخ دادن صدمات ناشی از انجماد و ذوب موثر هستند.

• سازه تحت تاثیر مداوم سیکل ذوب و انجماد باشد.
• خلل و فرج بتن موجود در هنگام یخ زدگی از آب اشباع بیش از ۹۰ درصد شده باشد.

تخریب در اثر سایش و فرسایش

غیر از خرابی‌های ناشی از یخ زدن و آب شدن که مخصوص مناطق با آب و هوای سرد است، پدیده‌های سایش و فرسایش و خلازدایی نیز می‌توانند در بتن خرابی ایجاد کنند.

سایش اغلب در اثر اصطکاک بین اجسام سخت و چرخ‌ها روی روسازی‌های بتنی و کف‌های صنعتی اتفاق می‌افتد. سیمان سخت شده مقاومت کمی در مقابل سایش، به خصوص زیر اثر بارهای متناوب دارد. بتن‌های با تخلخل زیاد و مقاومت کم نیز در مقابل سایش، بسیار ضعیف هستند. رابطه مشخصی بین نسبت آب به سیمان و مقاومت بتن در برابر سایش  وجود دارد. انتخاب نسبت آب به سیمان کم دانه بندی مناسب شن و ماسه حداکثر ۲۵ میلیمتر‌، کارایی مناسب و حداقل منافذ در بتن می‌توانند مقاومت بتن را نسبت به سایش بالا برده و آثار ناشی از آن را کاهش دهند.

فرسایش بتن اغلب در اثر تماس ذرات معلق و مواد ریز جامد داخل آب با بتن کانال‌ها، سرریزها، لوله‌های انتقال آب و فاضلاب ایجاد می‌شود. میزان فرسایش به تخلخل، مقاومت فشاری بتن، اندازه، شکل‌، چگالی‌، سختی و بالاخره سرعت مواد جامد در کانال بستگی دارد. به عنوان مثال وجود لای در کانال‌های بتنی آبیاری در سرعت‌های تا ۸/۱ متر بر ثانیه فرسیش قابل ملاحظه‌ای ایجاد نمی‌کند. در مواردی که سایش و فرسایش شدید مطرح باشد توصیه می‌شود علاوه بر استفاده از سنگدانه‌های سخت معادل ۴۲ مگاپاسکال بوده و حداقل ۷ روز تحت عمل آوری مرطوب قرار گیرد. به منظور نمودن سطوح بتنی در مقابل سایش و فرسایش بهتر است پرداخت بتن بعد از آب انداختن و تبخیر آن صورت گیرد.

خوردگی شبکه آرماتور

خوردگی شبکه آرماتور معمولاً نشانه‌ی تخریب بتن به علت دیگری است، در این مورد علل مخرب دیگر بتن را ضعیف کرده و اجازه می‌دهند تا خوردگی شبکه آرماتور رخ بدهد، به هر صورت شبکه‌های آرماتور دارای خوردگی به صورت متدوال در هر بتن آسیب دیده‌ای یافت می‌شوند.

قرار گرفتن در معرض اسید

منابع شایع برای قرار گرفتن سازه‌های بتنی در معرض اسید در مجاورت معادن زیرزمینی اتفاق می‌افتد. آب‌های زهکشی خارج شده از این معادن می‌تواند اسیدی و به صورت غیر منتظره‌ای با PH پایین باشد. تخریب اسیدی به وضوح در سطح آغاز می‌شود و تحت تاثیر اسید گسترش می‌یابد. از آن طرف هر چه به هسته اصلی سازه و عمق بتن نزدیک می‌شود میزان تخریب کاهش می‌یابد. غلظت اسید در سطح بتن بالا است. اما هر چه به داخل بتن نفوذ می‌کند به علت واکنش با سیمان پرتلند خنثی می‌شود. با این حال سیمان موجود در جسم بتن به علت این واکنش‌ها ضعیف شده است. اقدامات اولیه برای ترمیم بتن تحت اثر اسید، که شامل برداشتن بتن آسیب دیده است همواره بیش از آن چیزی است که پیش بینی می‌شود. عدم حذف تمامی بتن‌های آسیب دیده و ضعیف شده ناشی از عملکرد اسید باعث نقض در چسبیدن مواد ترمیمی می‌شود.

خلازایی بتن

در اثر خلازایی سطح بتن دچار خوردگی موضعی و کندگی نامنظم می‌شود. که از خرابی ناشی از فرسایش که صاف است کاملاً متمایز است. بر خلاف خرابی ناشی از سایش و فرسایش حتی بتن‌های قوی و با مقاومت زیاد نمی‌توانند در مقابل خرابی ناشی از پدیده خلازایی مقاومت نمایند. بهترین راه حل حذف عوامل ایجاد کننده خلازایی بعنی جلوگیری از ایجاد سطوح ناصاف یا تغییرات شدید در مسیر آب است. استفاده از بتن با مقاومت فشاری زیاد و به کار بردن سنگدانه‌هایی با قطر حداکثر ۲۰ میلیمتر تا حدی به مقاومت بتن در مقابل خلازایی کمک می‌کند. استفاده از پلیمرهای مختلف یا بتن الیافی نیز تا حدودی مقاومت بتن را در مقابل پدیده خلازایی بالا خواهد برد. پوشش‌های نئوپرن و پلی یورتین که محکم به بتن چسبیده نیز می‌توانند موجب افزایش مقاومت پدیده خلازایی شوند.

نفوذ نمک‌های در بتن

این پدیده در اثر نفوذ و ته نشین شدن نمک‌ها در خلل و فرج و ترک‌های سطح بتن توسط رطوبت‌، آب‌های زیرزمینی یا باد ایجاد می‌شود. نمک‌ها در داخل بتن به علت تشکیل بلور و افزایش حجم، فشار زیادی را ایجاد نموده و موجب خرابی سطح بتن می‌شوند. در اثر این پدیده غیر از خرابی سطح بتن خوردگی میلگرد و زنگ زدگی داخل بتن نیز ایجاد می‌شود.

خوردگی کلروری

خوردگی فولاد در ساختمان‌های بتنی، پل‌ها و سازه‌های بتنی مجاور، و نزدیک سواحل دریا به عنوان مهمترین مسائل سازه‌های بتن آرمه در سال‌های اخیر، شناخته شده است. مهمترین عامل زنگ زدگی و خرودگی آرماتور وجود یا نفوذ یون کلراید به داخل بتن است. گفته می‌شود که خوردگی کلریدی وقتی حاصل می‌شود که مقدار کلرید موجود در بتن بیش از ۰/۶ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن باشد. ولی این مقدار به کیفیت بتن نیز بستگی دارد.

غیر از دی اکسید کربن، در ایجاد پدیده کربناتی شدن یون کلرید نیز عامل دیگری است که باعث از بین رفتن لایه محافظ فولاد می‌شود و دفاع میلگرد‌ها را در مقابل عوامل مخرب از بین می‌برد. این خوردگی دارای خصلت الکتروشیمیایی است. بدین صورت که نقطه‌ای از فولاد که پوشش خود را از دست داده به قطب مثبت تبدیل و بقیه قسمت‌ها به صورت قطب منفی باقی می‌مانند. اختلاف پتانسیل موجود در مخلوط بتن که عامل آن اختلاف تمرکز یون‌ها در نقاط مختلف بتن است، با توجه به محیط قلیایی آن به عنوان الکترولیت، جریان الکتریسته را بین این دو قطب ایجاد و رابطه الکتروشیمیایی بین دو قطب برقرار می‌شود.

علل دیگر

علل بسیار دیگری نیز باعث آسیب دیدگی و خرابی بتن می‌شوند که در سال‌های اخیر شناسایی شده‌اند. بعضی از این عوامل دارای مشخصات خاصی بوده و کاربرد بسیار موضعی دارند. مانند تاثیر مخرب چربی‌ها بر کف بتن کشتارگاه‌ها، مواد اولیه کارخانه‌ها و کارگاه‌های تولیدی، آسیب حاصله از عوارض مخرب فاضلاب‌ها و مورد استفاده قرار دادن سازه‌هایی که برای منظورها و مقاصد دیگری ساخته شده باشند، نه آنچه که مورد بهره برداری است. مانند تبدیل ساختمان معمولی به سردخانه‌، محل شتسشو‌، انباری‌، آشپزخانه، کتابخانه و غیره. با این همه اکثر آنها را می‌توان در گروه‌های زیر طبقه بندی نمود.

• ‌ضربات و بارهای وارده (ناگهانی و غیره) در صورتی که موقع طراحی سازه برای این گونه بارگذاری‌ها پیش بینی‌های لازم صورت نگرفته باشد.
• ‌اثرات جوی
• ‌اثرات نامطلوب مواد شیمیایی مخرب