چکیده :
یکی از عوامل اجتناب ناپذیر در بسیاری از سازه های بتنی که مربوط به بحث دوام و پایداری سازه ها می باشد،به وجود آمدن ترکها در این سازه ها ست.علاوه بر این که ترک های بزرگ سبب از بین بردن انسجام سازه ها می شود،ترک های بسیار ریز(کوچک تر از ۱ میلی متر) می توانند سبب افزایش نفوذپذیری در ریز ساختار بتن شوند.

ورود آب و مواد شیمیایی می تواند سبب افت نابهنگام ریزساختار و خوردگی آرماتورهای تقویتی می شود.از آن جایی که نگهداری و تعمیرات دستی سازه های بتنی پرهزینه است و در پاره ای از مواقع غیر ممکن،استفاده از یک مکانیزم خودکار جهت کاهش هزینه تعمیرات و افزایش پایداری مصالح می تواند بسیار مفید باشد.از این رو،در بخش مرکزی دانشگاه دلف هلند در قسمت مواد کارایی انواع مختلف مواد افزودنی ترمیم کننده به منظور توسعه ی نسل جدیدی از بتن های خودترمیم شونده مورد بررسی قرار می گیرد.

در این پژوهش ظرفیت یا توانایی بهبود ترک ها در نوع خاصی از مواد افزودنی زیست شیمی شامل مخلوطی از باکتری های زیست پذیر اما غیر فعال و ترکیبات ارگانیک موجود در ذرات رس منبسط(لیکا) مورد بررسی قرار می گیرد.روش های میکروسکوپیک توام با آزمایش های نفوذپذیری حاکی از آن است که ترمیم کامل ترک ها در بتن های حاوی باکتری صورت می گیرد و در بتن های کنترلی تنها قسمتی از ترکها بهبود پیدا می کند.مکانیزم بهبود یا ترمیم ترکها در بتن های حاوی باکتری احتمالا از طریق تبدیل کلسیم لاکتات به کلسیم کربنات صورت می گیرد، که این تبدیل، منجر به بسته شدن ترکها می شود.

این فرآیند زیست شیمی(تبدیل کلسیم لاکتات به کلسیم کربنات) سبب بسته شدن ترک هایی به پهنای در حدود ۰٫۱۵ میلی متر(۱۵۰ میکرو متر) می شود.

واژههای کلیدی:خودترمیم شوندگی بتن،باکتری اسپور،کلسیم لاکتات،باکتری بسیلوس، ترک خوردگی دربتن

-۱ مقدمه :

به وجود آمدن ترک ها در بتن یک پدیده اجتناب ناپذیر می باشد که به عنوان مثال به دلیل انقباض در بتن و تنش های کششی در سازه ها به وجود می آید.در حالی که ترک های بزرگ می توانند سبب از بین رفتن انسجام در سازه ها شـوند،وبه تبـع آن نیازمنـد تعمیرات می باشیم،ترک های بسیار ریز (به پهنای ۰٫۲ میلی متر ) عمدتا غیر مساله ساز در نظر گرفته می شـوند [۲-۱] .علـی رغـم این که چنین ترکهای بسیار ریزی بر روی ویژگی های مقاومتی یک سازه تاثیر نمـی گـذارد ،امـا از طرفـی مـی تواننـد سـهمی در نفوذپذیری و تخلخل مصالح داشته باشند.

ورود مواد شیمیایی مزاحم از قبیل:کلرایدها،سولفاتها و اسیدها مـی توانـد در طـولانی مـدت منجـر بـه افـت ریزسـاختار بـتن و خوردگی زود هنگام آرماتورهای تقویتی شود،وبه تبع آن سبب پایین آمـدن دوام در سـازه هـا در طـولانی مـدت شود.بسـیاری از مطالعات حاکی از آن است که سازه های بتنی توانایی یا ظرفیت ویژه ای برای ترمیم چنین ترک های بسیار ریزی را دارند.ظرفیت حقیقی ترمیم شوندگی این ترک های بسیار ریز ابتدا با توجه به ترکیبات طرح اختلاط مشخص می شود .[۵-۲]

اختلاط بر اساس محتوای الیافی با مقاومت بالا [۵] ،ویژگـی هـای قابـل تـوجهی را نشـان مـی دهد؛کـه ایـن ویژگـی بـه دلیـل هیدراسیون دیرهنگام(ثانویه)ریزساختار سیمان غیر هیدراته و ذرات الیاف در واکنش با آب ورودی به ترک ها می باشـد.بهبود یـا ترمیم مستقل تر ک ها چه در طرح اختلاط به روش سنتی و چه در طرح اختلاط با محتوای الیـافی مقـاوم محـدود بـه ترکهـایی بـا پهنای کم تر از ۰٫۲ میلی متر است .[۵-۲]

بهبود یا ترمیم ترک هایی با پهنای ذکر شده(کم تر از ۰٫۲ میلی متر) عمـدتا بـه دلیـل محـدوده ی وسـ یعی از ذرات کوچـک سیمان غیرهیدراته قرار گرفته در سطح ترکها می باشد.یکی دیگر از محدودیت های به کار بردن اختلاط با محتـوای الیـافی مقـاوم منحصرا برای افزایش ظرفیت ترمیم شوندگی ،سیاست های رایج و متداولی است که به صورت پراکنده سیمان را در بتن به منظور دوام پذیری استفاده می کند؛چرا که تولید سیمان در حدود ۷ درصد در انتشار گـاز دی اکسـید کـربن موجـود در طبیعـت سـهیم است.به همین دلیل ما نیازمند مکانیزم های جانبی و مکانیزم های خودترمیم شوندگی با دوام بالا هستیم.

یک مکانیزم ممکن در حال حاضر در چندین آزمایشگاه مورد بررسی و توسعه قرار گرفته است،به عنوان مثال:روشی بر اساس کاربرد تولید باکتری های معدنی. بستن ترکها به صورت موثر از طریق ته نشین شدن مواد معدنی در حالی صـورت مـی گیـرد کـه باکتری موجود در اختلاط بر روی سطح آسیب دیده پاشیده شود و یا به طور دستی درون ترک ها تزریق شود .[۱۳-۷]

از آن جایی که در این مطالعات باکتری به طور دستی و خارجی بر روی سازه های موجود به کار برده می شوند،این نوع روش تعمیر نمی تواند به عنوان روشی برای خودترمیم شوندگی تلقی شود.به همین خاطرات در بسیاری از مطالعات بعدی ،امکان استفاده از باکتری های زیست پذیر به عنوان یک عامل خودترمیم شونده درون بتن کشف شد .[۱۶-۱۴]

در یکی از مطالعات صورت گرفته،تخم های نوع خاصی از باکتری مقاوم در برابر قلیاییت بـه نـام بسـیلوس جنـوس بـه عنـوان عامل ترمیم کننده به طرح اختلاط بتن اضافه می شوند .[۱۶]این تخم های باکتری بعد از فعال سازی با ورود آب بـه داخـل تـرک هاشروع به رشد می کنند و مقادیر بسیار زیادی کلسیم کربنات تولید می کنند ،که منجر به پر کردن ترکها مـی شـود.در واقـع ایـن عمل از طریق تبدیل ترکیبات ارگانیک پیشرو که به صورت هدفمند به طرح اختلاط بتن اضافه می شوند صورت می پذیرد.

با این وجود در این نوع پژوهش باکتری ها با ظرفیت ترمیم شوندگی ،محدود به بتن هـای نسـبتا جـوان(۷ روزه) هسـتندو هـم چنین زیست پذیری و فعال بودن این تخم هـای بـاکتری کـه بـه طـور مسـتقیم (غیـر محافظـت شـده) درون ریزسـاختار بـتن قـرار گرفتندتقریبا محدود به ۲ ماه می باشد.

در این جـا تخـم هـای بـاکتری و ترکیبـات ارگانیـک پیشـرو قبـل از اضـافه شـدن بـه طـرح اخـتلاط وارد ذرات رس منبسـط متخلخل(لیکا) می شوند.این فرضیه وجود دارد که حفاظت و نگهداری تخم های باکتری درون سبک دانـه هـای متخلخـل باعـث افزایش دوره ی زیست پذیری آن ها و هم چنین افزایش کارایی بتن خود ترمیم شونده در هنگام جا گرفتن در ریز ساختارشود.

-۲ باکتری های زیست پذیر به عنوان عاملی جهت خودترمیم شوندگی:

باکتری مورد استفاده در بتن به عنوان عامل ترمیم کننده باید مناسب کار باشد.برای مثال،این باکتری ها باید قادر به بستن موثر ترک ها ترجیحا در طول عمر مفید سازه باشند.مکانیزم اصلی بستن ترک ها ایـن اسـت کـه بـاکتری هـا خودشـان بـه انـدازه یـک کاتالیست عمل کنند و ترکیبات ارگانیک پیشرو را به یک فیلر مناسب تبدیل کنند.

ترکیبات تولید شده تازه مثل کلسیم کربنات مبتنی بر رسوب مواد معدنی بایـد بـه عنـوان یـکbio-cement کـه مـی توانـد ترکهای تازه شکل گرفته را ببندد عمل کنند.بنابراین برای خودترمیم شوندگی موثر ،هم باکتری و هم ترکیبات پیشرویی همچون bio-cement باید درون ریزساختار مخلوط شوند.با این حال وجود باکتری و ترکیبات ارگانیک درون ریزساختار نباید یه طور منفی بر روی دیگر ویژگی های بتن تاثیر بگذارد.نوعی از باکتری که باعث پایداری اتصال و پیوستگی ریزساختار بتن می شود در طبیعت وجود دارد و این نوع باکتری ها مربوط به گروه خاصی از تخـم هـای بـاکتری شـکل گرفتـه مقـاوم در برابـر قلیاییـت مـی باشند.ویژگی جالب این نوع باکتریها این است که آن ها قادر به تشکیل تخم هایی هستند که این نوع تخم ها سلول های کروی بـا دیواره ضخیم مشابه با دانه های گیاه هستند.این نوع تخم ها زیست پذیرنـد امـا غیرفعـال وقـادر بـه تحمـل تـنش هـای مکـانیکی و شیمیایی می باشند و می توانند در حالت خشک برای بیش از ۵۰ سال زنده بمانند(شکل .(۱