دوام و پایایی بتن چیست؟
در صنعت ساخت، دوام مصالح مصرفی ساختمانی اهمیت زیادی دارد. هر اندازه که مصالح مصرفی، دوام بیش‌تری داشته باشند؛ هزینههای تعمیر، نگهداری و بازسازی سازه‌ها در اثر آسیب‌دیدگی و تخریب مصالح مصرفی کم‌تر می‌شود. علاوه بر این، دوام بیشتر مصالح ساختمانی در حفظ محیط زیست و جلوگیری از آلودگی آب، خاک و هوا هم نقش موثری دارد. به همین دلیل این روزها توجه به دوام و پایایی بتن، به عنوان یکی از پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله درباره دوام بتن، عوامل موثر بر آن و ارزیابی دوام بتن صحبت می‌کنیم.
دوام و پایایی بتن چیست؟
منظور از دوام یا پایایی بتن، مقاومت آن در برابر عواملی است که ممکن است به آن آسیب بزند و امکان بهره‌برداری از آن را از بین ببرد یا عمر استفاده از آن را کاهش دهد. هر اندازه که دوام بتن بیشتر باشد، کیفیت و قابلیت بهره‌برداری از آن در محدوده زمانی مجاز آن، بیشتر می‌شود. کمیته ACI (Guide to Durable Concrete American Concrete Institute:)، دوام و پایایی بتن را به شرح زیر تعریف می‌کند: " سن بتن برای خدمت‌رسانی با توجه به شرایط محیطی، در نظر گرفته می‌شود. به این معنی که در شرایط محیطی متفاوت، دوام یا پایایی بتن تغییر می‌کند. دوام بتن توانایی مقابله آن با عواملی مانند هوازدگی، سایش، تهاجم شیمیایی و هر عامل آسیب‌زننده دیگر به بتن است." برای مثال پایایی بتن در مناطق سردسیر به دلیل یخ‌زدگی بتن متفاوت‌تر از کشورهای گرمسیر است و برای افزایش مقاومت بتن در این شرایط بتن را با سنگ‌دانه‌های مناسب با نفوذپذیری کم‌تر (نسبت آب به سیمان پایین‌تر) می‌سازند.
ابعاد دوام و پایایی بتن
دوام و پایایی بتن را در برابر سه عامل فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و تخریب در اثر خوردگی میلگرد اندازهگیری می‌کنند. برای اندازهگیری دوام بتن در برابر این عوامل، بتن باید در بازه زمانی لازم، در این شرایط قرار گیرد ولی از آنجایی که امکان اندازهگیری مقاومت بتن در شرایط واقعی وجود ندارد؛ آزمایش‌ها را در بازه زمانی کوتاه‌تر انجام می‌دهند ولی از عوامل تشدیدکننده استفاده می‌کنند. عوامل موثر بر دوام و پایایی بتن متفاوت است. برخی از این عوامل بیرونی و تحت تاثیر شرایط محیطی و برخی از عوامل هم درونی و ناشی از مواد تشکیل دهنده بتن است.
عوامل بیرونی موثر بر دوام و پایایی بتن
- درجه حرارت و میزان رطوبت
- میزان آب موجود در اطراف بتن (آب‌های زیرزمینی، آب دریا و...)
- حملات زیستی یا بیولوژیکی (برای مثال رشد جلبک‌های دریایی یا املاح مضر موجود در خاک)
- سایش و فرسایش بتن (برای مثال در اثر طوفان ماسه یا گرد و خاک یا شن و ماسه‌هایی که همراه آب جا‌به‌جا می‌شوند)
عوامل درونی دوام یا پایایی بتن
- مصالح مورد استفاده
برای مثال سیمان پرتلند ضد سولفات مقاومت بتن را در مقابل کم می‌کند، شن و ماسه متخلخل قابلیت کاربرد بتن را کاهش می‌دهد، استفاده از مصالح سنگی غبارآلود باعث افزایش مقدار آب در بتن می‌شود که نتیجه آن مقاومت کم‌تر و نفوذپذیری بیشتر بتن است. اگر شن و ماسه مورد استفاده حاوی کلرور و سولفات یا تیز‌گوشه و یکنواخت باشند، بتن دچار خوردگی می‌شود و شیره بتن از دست می‌رود و در نتیجه نیاز به آب بیشتر دارد. یا مثلا اگر از مصالح سنگی حساس به مواد قلیایی استفاده شود؛ بتن ترک می‌خورد و طبله می‌کند.
- خطاهای اجرایی
منظور از خطاهای اجرایی موثر در دوام و پایایی بتن، عمل‌آوری، انبار کردن و تراکم نامناسب بتن است. برای مثال تراکم نامناسب بتن، باعث ایجاد حفره و فضای خالی در آن می‌شود و مقاومت آن را کم‌تر می‌کند.
ارزیابی دوام و پایایی بتن
برای اندازهگیری دوام بتن، باید آزمایشهای مختلفی بر روی بتن در سنین کم انجام می‌شود. برخی از این آزمایش‌ها عبارت‌اند از:
1- آزمایشهای یخ زدن و آب شدن
این آزمایش‌ها اغلب در سن 28 تا 90 روزگی بتن انجام می‌شود و مدت زمان زیادی هم لازم دارد و دو نوع است. آزمایش یخبندان و آب‌شدگی متوالی در حالت اشباع در آب یا هوا و کنترل کاهش وزن و آزمایش یخبندان و آب‌شدگی پی‌در‌پی در مجاورت آب‌نمک یا نمک‌های یخ‌زدا
2- آزمایش تبلور نمکها
این آزمایش در مناطق خشک و نیمه‌خشک اهمیت زیادی دارد.
3- آزمایش دوام و پایایی بتن در برابر سولفاتها
با این‌که تاثیر تخریب بتن بر اثر حمله سولفاتها چندین سال پیش اثبات شده است، اما تاکنون آزمایشی برای ارزیابی دوام بتن در مقابل سولفاتها طراحی نشده است.
4- آزمایش کربناسیون
معمولا این آزمایش را روی بتن سخت‌شده و در شرایط محیطی واقعی اندازهگیری می‌کنند ولی می‌توان تحت شرایطی نفوذ CO2 را سرعت بخشید.
5-آزمایش انبساط ناشی از واکنش قلیایی‌ها با سنگ‌دانه‌های بتن
این آزمایش را بر روی ملات بتن انجام می‌دهند.
6- آزمایشهای سایش
برای اندازهگیری سایش بتن چهار آزمایش ارائه شده است. روش سمباده چرخان، روش ماسه‌پاشی، سه روش صفحه مدور سمباده‌ای چرخان، چرخ استوانه‌ای دندانه‌دار، بلبرینگ چرخان و روش زیر آب
آزمایشهای سایش با دقت زیادی طراحی شده‌اند تا بیش‌ترین نزدیکی با واقعیت را داشته باشند.
7- آزمایشهای نفوذپذیری
آزمایشهای نفوذپذیری بتن در برابر آب و گازهای مختلف و برخی از سیال‌ها مثل یون کلرید انجام می‌شود.
8- آزمایشهای عمق نفوذ آب
از آنجایی که آزمایش نفوذپذیری در برابر آب چالش‌های زیادی دارد؛ بعضی از کشورها مثل آلمان آزمایشهای دیگری مثل عمق نفوذ آب در بتن در یک زمان معین و تحت فشار آب را هم انجام می‌دهند.
9- آزمایشهای جذب آب
آزمایشهای جذب آب 4 نوع است:
- جذب آب کوتاه‌مدت نیم‌ساعته: این آزمایش کیفیت سطحی بتن را نشان می‌دهد.
- جذب آب نهایی (بلند‌مدت) ۲ روزه یا بیشتر: در این آزمایش چگالی و تخلخل بتن را هم می‌توان پیش‌بینی کرد.
- جذب آب سطحی اولیه: در این آزمایش مقدار جذب آب ریخته‌شده روی سطح افقی نمونه بتنی یا قسمتی از قطعات پیش‌ساخته در حالی که ارتفاع آب چندانی برای اعمال فشار وجود ندارد، اندازهگیری می‌شود.
- جذب آب مویینه: در این آزمایش مقدار آب جذب‌شده در واحد سطح بررسی می‌شود.
10- آزمایش مقاومت ویژه الکتریکی
مقدار عبور جریان الکتریکی از بتن اشباع، نشانه‌ای از نفوذپذیری بتن در برابر آب و یون کلرید است که تاثیر زیادی در دوام و پایایی بتن دارد.
11- آزمایشهای تغییر حجم و ساختار بتن
این آزمایشهایی در مورد جمع‌شدگی و انبساط بتن و موثر بر دوام و پایایی آن است.
12- آزمایش نیمپیل (پتانسیل خوردگی)
در این آزمایش کیفیت بتن و پتانسیل خوردگی میلگردهای قطعات بتنی در کارگاه (در محل) بررسی می‌شود.
13- آزمایش شدت خوردگی میلگردها
آزمایش شدت خوردگی میلگردها، سرعت خوردگی میلگردها را در شرایط محیطی حاکم نشان می‌دهد.
کلام پایانی
در این مقاله دوام و پایایی بتن، ابعاد و عوامل موثر بر آن و همچنین آزمایشهای لازم برای اندازهگیری مقاومت بتن را بررسی کردیم. ارزیابی مقاومت بتن به منظور کارایی بیشتر آن در برابر عوامل آسیب‌زا و کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری سازه‌های بتنی لازم است و باید در شرایط محیطی متفاوت، چگونگی به عمل‌آوری بتن و ... مدنظر قرار گیرد.