مقدمه
ضرورت تحقيق در خصوص مصالح ساختماني خصوصا بتن به عنوان عنصر شاخص در ساخت و ساز، از چند دهه گذشته در مركز توجه موسسات تحقيقاتي در كشورهاي مختلف بوده است. در كشور ما با توجه به حجم انبوه ساخت و سازها در بخش عمومي و در بخش خصوصي و همچنين سرمايه گذاري هاي عظيم براي ساخت فرا سازه ها،

كه بخش اعظم آنها را سازه هاي بتني تشكيل مي دهند، پرداختن به موضوع تحقيقات در زمينه مصالح ساختماني و خصوصا بتن از اهميت زيادي برخوردار است. در كشورهاي پيشرفته، امروزه بخشي قابل ملاحظه اي از بتن هاي مصرفي را بتن هاي خاص تشكيل مي دهد و با توجه به قابليت هاي شگرف اين مصالح ساختماني ، تحولهاي اساسي در تكنيك ها و روشهاي ساخت سازه ها ايجاد شده است.

آزمايشگاه مصالح ساختماني دانشكده فني دانشگاه تهران از بدو تاسيس به عنوان يكي از مراكز معتبر آزمايشگاهي مصالح ساختماني در كشور محسوب مي شده و هم اكنون به عنوان آزمايشگاه مرجع مورد قبول سازمانها و ارگانهاي رسمي است . انستيتو مصالح ساختماني دانشكده فني دانشگاه تهران در همکاری با آزمايشگاه مصالح ساختمانی با هدف ارتباط با صنعت ساختمان و انجام پروژه هاي علمي،

تحقيقاتي، مشاوره اي، مديريتي و اجرايي به منظور
ارتقاي كيفي و كمي دانش مربوط به مصالح و فراورده هاي ساختماني و نيز كاربرد آنها شامل : مطالعات رفتاري، فن آوري توليد، كاربرد مصالح و فرآورده هاي بتنی، ترميم و نگهداري سازه ها وطراحی سازه های بتنی محافظ شروع به كار كرده است. اين مركز تاكنون توانسته است بيش از۲۰ نفر از نخبگان ( دانشجويان افتخار آفرين در مسابقات بين المللي انجمن بتن آمريكا در سه سال اخير) و فارغ التحصيلان دانشكده فني را جذب كند.

انستيتو مصالح ساختماني با بهره گيري از تجهيزات كامل آزمايشگاه مصالح ساختماني ، مسوولان مجرب، نخبگان و فارغ التحصيلان دانشكده فني آماده ارائه خدمات وسيعي به صنعت ساختمان كشور مي باشد و هم اكنون مورد توجه صاحبان صنايع ساختماني در زمينه هاي مختلف قرار گرفته و قراردادهاي پژوهشي و تحقيقاتي متعددي را منعقد نموده است.
انستيتو مصالح ساختماني دانشكده فني با همكاري آزمايشگاه مصالح ساختماني با توجه به ظرفيت قابل ملاحظه خود توانايي ارائه خدمات مشاوره اي – پژوهشي و آزمايشگاهي وسيعي در زمينه هاي مختلف صنايع ساختماني را دارد.

حفاظت كاتديك فولاد در سازه‌هاي فولادي و نيز ميلگردهاي فولادي در سازه‌هاي بتني
اگرچه حفاظت كاتديك فولاد از ديرباز در دنيا مطرح بوده است؛ در ايران و به خصوص در سازه‌هاي دريايي و ساحلي خليج‌فارس اين مسئله كمتر مورد توجه قرار گرفته است. عمده‌ترين حفاظت به كار گرفته شده در ايران معمولاً‌ استفاده از رنگ‌هاي مخصوص بوده كه اين مسئله در مورد ميلگردهاي به كار رفته در سازه‌هاي بتن‌آرمه قابل استفاده نيست. به همين جهت در سازه‌هاي بتن‌آرمة ساحلي و دريايي خليج‌فارس، بزرگترين مسأله، خوردگي ميلگردها و مترادف با آن زوال و خردشدگي بتن بوده است؛

به طوري كه گاه عمر سازة بتن‌آرمه را به كمتر از ۵ سال نيز تقليل داده است. تحقيقات مناسب در اين ارتباط و تنظيم توصيه‌نامه و دستورالعمل مناسب در جهت حفاظت كاتديك فولاد به خصوص در سازه‌هاي بتن‌آرمه، مي‌تواند در اين راستا بسيار راهگشا باشد. اجباري كردن رعايت چنين دستورالعمل‌هايي در سازه‌هاي بتن‌آرمة ساحلي و دريايي جنوب توسط مقامات ذيصلاح، به صرفه‌جويي كلاني در سرمايه‌هاي كشور منجر خواهد شد.

تعمير بتن در مناطق دريايي
در مناطق گرمسيري و دريايي، به سبب وجود شرايط محيطي حاد و خورنده، سازه‌هاي بتن‌آرمه در معرض ابتلا به انواع خرابي‌ها قرار دارند. در حال حاضر سالانه براي ترميم خرابي‌هاي آرماتور و خسارت ناشي از آن، ميلياردها دلار در سراسر دنيا هزينه مي‌شود. تعمير بتن در مناطق دريايي شامل تعمير بتن در خارج از آب و تعمير آن در داخل آب مي‌گردد. در خارج از آب عمده‌ترين خرابي‌ها ناشي از خوردگي ميلگرد در بتن، خرابي سولفاتي، واكنش قليايي سنگدانه‌ها و كربناتي‌ شدن بتن مي‌باشد كه سبب خوردگي فولاد مي‌گردد. تعمير سازه‌هاي بتني در زير آب مسائل پيچيده و مشكلي را در بردارد

. هر چند كه روش‌هاي تعمير و نوع مصالحي كه به كار مي‌رود شبيه به حالت‌هاي تعمير بتن در خارج از آب است، ولي شرايط سخت محيطي و مشكلاتي كه كار در زير آب و يا در ناحية پاشش آب به همراه دارد، تفاوت‌هاي عمده‌اي را ايجاد مي‌كند. فرسايش و تخريب بتن در نواحي جزر و مد و يا در ناحية پاشش آب نيز يك مسئلة جدي از نقطه‌نظر اقتصادي مي‌باشد. موج آب كه حاوي اكسيژن و املاح متعددي مي‌باشد، اثر تخريبي مؤثري بر سنگدانه‌هاي بتن دارد.

ساختمانهای بتنی: یک مد خرابی معمول در سازه های بتنی بهنگام زلزله، فروافتادن دال کف، تقریبا بدون شکست، بر روی کف زیرین خود میباشد. در این نوع خرابی که تحت عنوان “پن کیک” از آن یاد میشود، دالهای کف فروافتاده از دسترسی و رهایی مصدومان جلوگیری می کند و لذا مشکلات زیادی را بخصوص درصورتی که موقعیت و وضعیت قربانی نامعلوم باشد ایجاد می نماید. دال بتنی هر طبقه به ابعاد ۳۰ متر در ۳۰ متر و به ضخامت ۱۰ سانتیمتر وزنی بالغ بر ۲۵۰ تن دارد که از ظرفیت جرثقیلهای معمول فراتر است. لذا باید این دالهای بتنی به قطعات کوچکتر بریده شوند تا قابل حمل و جابجائی بوسیله جرثقیلهای عادی شوند.

پیش بینی تغییرات خصوصیات فیزیکی بتن

واضح است که جداسازی بخشهایی مانند کاهش میزان تخلخل و تضعیف قدرت در هنگامیکه بتن در تماس با آب قرار می گیرد به این دلیل اتفاق می افتند که مواد تحت این شرایط در اثر جدا شدن از هم و یا ترکیب شدن با هم مبادله می شوند. هر چند که تا کنون روش خاصی برای اندازه گیری مقدار تغییرات خواص یافت نشده است . نویسنده در این مقاله سعی دارد تا کارایی آزمایشات سیمان در شرایط مایع ودقت سازه های بتنی ۳۴ تا ۱۰۴ ساله را مورد مطالعه قرار دهد و مدلی برای تضعیف خصوصیات فیزیکی به دلیل نشت مواد هیدراته و بر اساس نتایج این مطالعات طراحی کند.

سازه های بتنی مانند مخازن ، تانکرها ، سدها ، لوله های ذخیره آب در طولانی مدت در تماس با آب می باشند و به همین خاطر ممکن است بخشی از مواد آن جدا شده و شسته شود همانند مشکلات محیطی بنابراین نشت مواد هیدراته دلیل اصلی افزایش تحقیقات در این زمینه بوده است. بخشی از اطلاعاتی که اکنون درباره افزایش غلظت مایع به خاطر نشت موادی مانند کلسیم از هیدراتهای سیمانی بدست آمده نتیجه تحقیقات گذشته می باشد ، همچنین تحقیقات بسیاری برای مدل سازی و اندازه گیری تغییرات شیمیا یی حاصل از نشت مواد صورت گرفته است.

هرچند که تاکنون روش و راه حل خاصی برای اندازه گیری کاهش غلظت مواد شیمیایی و تحلیل این تغییرات بدست نیامده است که این مسئله حاصل روند بسیار کند واکنشهای تجزیه حاصل از نشت مواد می باشد. به همین ترتیب نتایج بدست آمده از آزمایش خمیر در آب و رزین عایق و تغییرات خصوصیات فیزیکی حاصل از نشت مواد هیدراته سیمان مورد مطالعه قرار گرفتند و به طورهم زمان این نتایج با داده های سازه های حقیقی در بازه سنی ۳۴ تا ۱۰۴ سال مقایسه شدند. حاصل این تحقیقات شایان توجه می باشد زیرا کارآمدی و وسعت روشهای مطرح شده را در تخمین و اندازه گیری تغییرات خواص فیزیکی در اثر نشت مواد نشان می دهد ، افزون بر آنکه مدلی برای پیش بینی کمی این تغییرات وبر اساس نتایج این اکتشافات ابداع شد.

نمونه های خمیر مورد آزمایش در ۴ نوع که از نظر میزان آب سیمان با یکدیگر متفاوتند آماده شده و همانطور که مشاهده می شود نتایج آزمایشات کیفیت سیمان به کار برده شده در نمونه آورده شده است.

سیمان معمولی پورتلند (Portland) که برای این تحقیق در نظر گرفته شده است دارای ۱۰۰ % OPC می باشد و هیچ ماده زائدی مانند کربنات کلسیم همراه خود ندارد ، از این سیمان برای تهیه نمونه استفاده شده است وآب یونیزه شده برای مخلوط کردن آن به کار برده شده است. برای تهیه این مخلوط از مخلوط کن چرخشی استفاده شد و دمای حفره و رطوبت فضای مخلوط کن برابر با ۳۰ ºC و ۶۰ %RH می باشد. بعد از یک روز که خمیر مورد نظر در شرایط آزمایش قرار داده شد

مدت ۵۶ روز زیر آب و در دمای ۴۰ ºC قرار می گیرد این کار به جهت افزایش میزان هیدراتاسیون آن در شروع آزمایش و در طول انجام ان می باشد و پس از این مدت آزمایشات انجام شده جهت تثبیت خواص نمونه تکمیل شده است. سرانجام شش نمونه یک اندازه ازقسمت هسته قطعه اصلی جدا شده و برای آزمایش کنار گزارده می شوند.

در آزمایشهای اولیه سعی در تثبیت خواص فیزیکی است و این آزمایشها بر اساس JIS R5210 انجام شده اند. در تمامی این آزمایشها سختی آب به صورت تصادفی در نقاط مختلف اندازه گیری شده و برای هر نمونه ایت کار ۳۰ بار انجام گرفته است . همچنین آزمایشهای خمیر در مایع و در دمای ۲۰ºC انجام شده است و آب حاصل از تبادل یونها و کاتیونها با میزان غلظت اسیدی بالا در واکنش با سولفات کلسیم با کمترین خسارت در مقایسه با یونهای سیلیس قرار داده شده و بر این اساس تمام کلسیم موجود در خمیر نمونه دارای یونهای تغییر یافته بود برای آماده سازی آب در تهیه خمیر نمونه و سرانجام پس از مدت زیاد وبا ادامه این آزمایشات میزان سختی و خوردگی را می توان در کنار هم بدست آورد. از نتایخ این آزمایشات مشاهده شد که درجه هیدارات F را می توان ۹٫۷۷ در نظر گرفت ودر اینصورت نتایج آزمایش فرقی نخواهد کرد. همچنین مشاهده شد که به طور تجربی تغییرات خطی در میان درصد آب سیمان است.

همانگونه که از نتایج بر می آمد ، نیروی قوی در این آزمایشها وجود دارد و واکنشی که سبب تضیف بود به جهت نشت مواد بسیار کند پیش رفته و به همین خاطر تعیین نیروی پس از تضعیف دشوار است.

در مطالعه سازه های نمونه و در پیش بینی میزان تخلخل روشهای به کار برده شده ، این تحقیقات بر روی مجموع ۵ سازه متفاوت انجام شده اند که ازحدود ۳۴ تا ۱۰۴ ساله و در تماس با آب بوده اند و به همین ترتیب ۹ نمونه متفاوت از ملات و سیمان که میزان تخلخل در نظر گرفته شده برای سازه اصلی همان میزان تخلخل ملات می باشد هرچند به طور معمول هرگاه میزان این مقادیر اندازه گیری شده افزایش میابد مقادیر پیش بینی شده نیز افزوده می شوند و این در حالیست که کاملا واضح است که مقادیراندازه گرفته شده از مقادیر پیش بینی شده بزرگتر هستند . بنابراین پیش بینی های انجام شده با در نظر گرقتن کلیه احتمالات ممکن انجام می گیرد. بر اساس نمودارهای بدست آمده مقادیر پیش بینی شده و اندازه گیری شده به خوبی با هم مطابقت داشته و نقطه شاخص آنها نشاند هنده ضرورت توجه به میزان خلل پذیری و شدت آن در ملات و سیمان وهمچنین تثبیت تاثیرات زیاد این روش می باشد.

به همین ترتیب یک سری آزمایشهای انجام شده در شرایط مطلوب آزمایشگاه نیز وجود دارند که به بررسی ارتباط میزان تمرکزخمیر سفت کلسیم در آزمایشهای یاد شده می پردازند. با کمک میزان آب سیمان مشاهده می شود که میزان تمرکزخمیر سفت کلسیم کاهش میابد و میزان سختی رو به افزایش می گذارد و به این ترتیب می توان در یک نمودار این روند را نمایش داد. دلیل این امر می تواند این باشد که تمرکز یونهای موجود در آب در طی آزمایشها زیاد شده وسرعت تجزیه و تخلخل تا حد زیادی افزایش میابد همانطور که قبلا هم ذکر شد. و بر اساس منحنی ها می بینیم که در یک طیف ±۵۰ %

از محدوده نمودار این شرایط قابل پیش بینی هستند .
بر همین اساس نتایج نشان می دهند که در سازه های حقیقی میان دو فاکتور تمرکز خمیر جامد کلسیم و میزان سختی ارتباطی وجود دارد و این رابطه کاملا پایدار و ثابت است وهمینطور مشاهده شد که میزان سختی قابل پیش بینی است در صورتیکه تمرکز کلسیم در ملات یا سیمان مشخص باشد. هرچند منحنیهای مشابهی در مورد نتایج آزمایشهای تبادل یون درشرایط آزمایشگاه و همچنین در مورد سازه های اصلی دیده می شوند

اما نتایج آزمایش در شرایط آزمایشگاه از تنوع یکنواخت تری برخوردار است و هرچند تفاوتهایی میان ملات ، سیمان و خمیر مورد آزمایش مشاهده می شود اما ارتباط یافت شده در بررسیها آنها را از نظرکاربردی مشابه نشان می دهد. بر این اساس هدف یافتن ارتباط اولیه و ریشه ای میان میزان تمرکز خمیر جامد کلسیم و میزان سختی مطابق اطلاعات داده شده و تبادل یونهای رزین در آزمایشگاه با تنایج حاصل از سازه های اصلی می باشد.

هرچند شرایط مخلوط را می توان نادیده گرفت و بدین ترتیب میزان سختی را در طیف ±۵۰ % بر اساس این تناسب پیش بینی نمود. همانطور که از مقایسه نمونه ها بدست آمده است قبل و بعد از تجزیه ای که به دلیل نشت مواد اتفاق می افتد هیچگونه تغییری در ارتباط میان تخلخل و سختی رخ نمی دهد و اگر هم چنین چیزی مشاهده شود به دلیل تشابه تغییرات سختی و ارتباط آن با قدرت خلل پذیری می باشد و به هر حال برای این سری از نتایج نمونه ها و ؛آزمایشهای جداگانه ای لازم است .