سرطان بتن Concrete Cancer

بيماري مهلک سرطان بتن Concrete Cancer چيست؟!
عليرغم اينکه مدت نسبتا؛ زيادي از پيدايش بتن نمي گذرد ( حدود ۱۲۵ سال ) شناخت علل فساد در پروسه ي تحقيقات ميداني و جلوگيري از بروز آن ‏‏، مقاومت زياد ، استحکام و شکل پذيري بتن استفاده از اين ماتريال را با استقبال روز افزوني مواجه ساخته است . با توجه به گستردگي استفاده از بتن نتايج بهره وري از آن همواره رضايت بخش نبوده و در پاره اي از موارد مسائل و مشکلاتي بوجود آورده است . در سازه هاي بتوني اين پرسش مطرح است که آيا بتن با ترکيبات

اوليه ي خويش به تنهايي توانسته است در شرايط زماني و مکاني مختلف عملکرد بهينه اي داشته باشد ؟ متأسفانه بررسي ها و تحقيقات انجام شده در اين زمينه ، پاسخ منفي را بدست مي دهد . مقاله ي حاضر بر اساس تحقيقات ميداني انجام شده در زمينه ي شناخت علل فساد بتن در ا به همراه دارد ، اسباب نگراني سازه هاي مهمي چون مجتمع بندري شهيد رجائي ، سد ميناب ، خط انتقال آب ميناب – بندر عباس و دهها پروژه ي ديگر را فراهم ساخته است . شناخت علل فساد بتن در پروسه ي تحقيقات ميداني و جلوگيري از بروز آن در قالب طرح مديريت حفاظت بتن ، جمع بندي و ارائه گرديده است . لذا لازم است که قبل از ورود به بحث اصلي به تبيين اصطلاحات ويژه اي بپردازيم که کرارا؛ از آن استفاده خواهد شد . امروزه با عاريه گرفتن اصطلاح خوردگي از بخش متالوژي عنوان ؛ خوردگي بتن ؛ ابداع شده است . در حالي که واژه خوردگي تعريف روشني از چگونگي بروز فعل و انفعالاتي که تخريب زودرس بتن را بهمراه داردئ به دست نمي دهد . ازدياد حجم فولاد درون سازه بتوني بر اثر واکنش هاي شيميايي / الکتروشيميايي ، سبب افزايش فشار درون بتن گرديده که نهايتا“ فرايند تخريب بتن را بهمراه دارد . در اين مقطع ترميم بتن مطلقا“ امکان پذير نبوده و يا انجام آن با هزينه هاي گزافي همراه است . شباهت اين فرايند در بتن با بيماري مهلک سرطان عنوان سرطان بتن ( Concrete Cancer ) را مطرح نموده است . اما از ؟آنجا که فرايند تخريب بتونهاي غير مسلح به گونه ديگري است ، واژه فساد بتن را براي تبيين امري که تخريب بتونهاي مسلح و غير مسلح را بهمراه دارد مناسب تر يافته ايم .

۱- مديريت حفاظت بتن
مديريت حفاظت بتن در بر گيرنده تمامي موارد فني و اجرائي در حد جزئيات است که طرح ، اجرا و بهره برداري از سازه هاي بتني را در بر مي گيرد . کشاورزان با استفاده از واژگان

کاشت ، داشت و برداشت تعريف جامعي رال در امر کشاورزي ارائه نموده اند . چنانچه ما نيز چنين تعريفي را براي امور عمراني کشور داشته باشيم از به هدر رفتن ميلياردها رالن سرمايه هاي ملاي جلوگيري کرده ايم .
۱-۱- اجزاي تشکيل دهنده مديريت حفاظت بتن
مي توان اجزاي تشکيل دهنده مديريت حفاظت بتن را به طريق زير فهرست بندي کرد :
الف – تأمين سرمايه
ب- تأمنين دانش فني و نيروي انساني متخصص
پ- شناخت مصالح و مواد اوليه
ج- شناخت عوامل فساد بتن
چ – شناخت اقليم و عوامل محيطي
ح- تهيه مصالح و مواد مناسب و نگهداري آنها در شرايط خوب و استاندارد
د- تحقيقات:
تحقيقات خود شامل دو جزء است که بهينه سازي و جايگزيني مواد جديد مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و پيدا کردن روشهاي جديد مبارزه با فساد بتن را شامل مي شود .
ر- طرح اختلاط بتن
ل- توليد، اجرا و عمل آوري
ن- نگهداري
مديريت حفاظت بتن با هدف تقليل ضايعات و جلوگيري از بروز واکنشهاي منفي درون سازه هاي بتوني دستورالعمل هايي را در بر دارد که مي توان نوعا“ آن را به سازه هاي ديگر اعم از فلزي ، خاکي و …….. تعميم داد .
الف – تأمين سرمايه :
تأمين سرمايه کافي به منظور انجام دقيق امر طراحي و اجرا و بهره برداري از سازه در اولويت قرار دارد . عدم امکان تأمين بخشي از سرمايه يعني عدمن تحقق بخشي از اهداف پروژه .
ب- تأمين دانش فني و نيروي انساني متخصص
تأمين دانش فني و نيروي انساني متخصص به عنوان دو بخشي که بطور متقابل يکديگر را پوشش مني دهند مطرح است و عدم تأمين و يا حذف بخشي از آن سلامت سازه اي را زير سؤال خواهد برد .
پ- شناخت مصالح و مواد اوليه
شناخت مصالح و مواد اوليه مصرفي در بتن تعاريف و استانداردهاي خاص خود را دارند و با در نظر گرفتن اين استانداردها بايستي نسبت به تهيه و بکارگيري آن در امر احداث سازه هاي بتوني اقدام نمود . ناديده گرفتن و قصور در اجراي استانداردها و دستورالعمل هاي فني يعني به خطر انداختن استحکام ، دوام و بقاي سازه اي .

ج- شناخت عوامل فساد بتن
شناخت عوامل فساد بتن که تا کنون شناسائي و طبقه بندي گرديده اند عبارتند از :
۱- نمکها ؛ ۲- اسيدها ؛ ۳- گازهايي نظير گاز کربنيک ؛ ۴- پوشش نا کافي بتن بر روي فولاد ؛ ۵- کيفيت پايين عمل آوري بتن ؛ ۶- بار اضافي ؛ ۷- آب و رطوبت ؛ ۸- فرآيند يخبندان ؛ ۹- خوردگي ميکروبي ( SRB ) ؛ ۱۰- باکتري هاي اکسيد کننده گوگرد .
چ – شناخت اقليم و عوامل محيطي
بحث کلرورها و سولفاتها در سطح کشور همراه ساير عوامل فساد بتن را تحت الشعاع قرار داده و عوامل ديگري که به فساد منجر مي شود مورد غفلت قرار گرفت

ه است ( نمونه حاضر آن سازه هاي بتوني گوناگون در سطح تهران بزرگ ) و اگر به بند “ ج “ که گاز کربنيک را به عنوان يکي از عوامل فساد بتن مطرح ساخته است نظري بيندازيم ديگر هيچگاه سازه بتوني اکسپوز را در سطح شهري که مالامال از گازهاي مونو و دي اکسيد کربن است احداث نخواهيم کرد .
بررسي هاي علمي نشان مي دهد که گاز کربنيک موجود در هوا سبب کربناتيزه شدن بتن و کاهش مقاومت آن مي گردد . به طوري که يک عامل نفوذي بعمق۲۰ ميلي متر مي تواند تا ميزان ۳۵ نيوتن بر ميلي متر مربع مقاومت بتن را طي ۳۰ سال کاهش دهد .
نمک آب درياهاي آزاد آب خليج فارس که البته ميزان اين املاح در نواحلي ساحلي به علت تبخير بيشتر دو چندان مي گردد و اين ارقام بيانگر آن است که حاشيه خليج فارس سازه بتوني ما به طور همزمان مورد هجوم دو عامل مخرب سولفات و کلر قرار مي گيرد .
ح- تهيه مصالح و مواد مناسب و نگهداري آنها در شرايط خوب و استاندارد
آئين نامه هاي مجاز بتن در کشورهاي مخحتلف و از جمله آئين نامه بتن ايران تهيه مصالح مرغوب و انبار نمودنآن در شرايط مطلوب را توصيه نموده است . تحقيق در امر فساد بتن در مجتمع بندري شهيد رجايي بندر عباس نشان داد که هيچ يک از مصالح مصرفي در بتن برابر توصيه هاي آئين نامه اي تهيه و مصرف نگرديده است . تهيه و دپوي شن و ماسه در محيط باز و در مجاورت ماسه هاي روان آغشته به يون کلر و سولفات ، نشستن شبنم حاوي کلروسولفات و انبار نمودن پاکتهاي سيمان تا ۱۷ کيسه بر روي هم ، ( استاندارد ۷ کيسه ) استفاده از آب حاصله از دستگاههاي آب شيرين کن با خاصيت قليليي بسيار بالا ، استفاده از بتن خشک ، عدم اجراي بتن با چگالي مناسب از بارزترين علل فساد بتن در مچتمع بندري شهيد رجائي بندر عباس بوده اند . تهيه مصالح مرغوب از مسافتهاي دور را نبايد به دليل افزايش هزينه به تهيه مصالح نا مرغوب از مسافت نزديک ترجيح داد .
د- تحقيقات :
چون عمدتا“ تحقيقات ميداني انجام شده در حاشيه خليج فارس صورت گرفته است و مضافا“ اين که اين خليج به علت عمق کم و گستردگي زياد و عدم سيرکولاسيون کافي آب به علت عرض کم دهانه آن و همچنين تجربه زياد ، بصورت اکوسيستم خاصي عمل مي کند علاوه بر ميزان بسيار زياد املاح در ميلي ليتر دماي ۳۴-۳۳ درجه شرايطي استثنايي را پديد آورده که طرح اختلاط بتن ويژه اي را طلب مي نمايد و تا کنون متأسفانه هيچ يک از آئين نامه هاي داخلي و خارجي بتن به آن

نپرداخته اند . تحقيقات در شرايط آزمايشگاهي در بر گيرنده پاسخ هاي صحيح و دقيق نبوده است و ضرورت دارد کهخ اين تحقيقات را به سمت و سوي تحقيقات محيطي بسط داد . بديهي است که امر تحقيقات بايد در دو زمينه بهسازي و جايگزيني مواد جديد و مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و ت=از سويي پيدا کردن روشهاي جديد مبارزه با فساد بتن از سوي ديگر انجام گيرد .
ر – طرح اختلاط بتن
طرح صحيح صورت مسأله بر اساس شناخت دقيق اقليم ، مکان ، مکصالح و نوع سازه ، امکان تهيه طرح مطلوب بتن را بدست مي دهد . طرح اختلاط بتن به مانند هر گونه طراحي ديگر بايس

تي به صورت موردي و منفرد انجام گيرد و از استفاده عمومي طرح اختلاط واحد بتن اکيدا“ اجتناب شود . اختلاط بتن بايستي با درصد و طيف مناسبي از عناصر ريزدانه و درشت دانه انجام گيرد و حذف بخشي از اين موارد به مخاطره انداختن سازه بتوني ، محسوب مي شود .
ل – توليد، اجرا و عمل آوري
اجرا و عمل آوري بتن از مهمترين مباحث مربوط به بتن مي باشد که مکمل طرح اختلاط بتن بوده و اجراي صحيح و دقيق آن امکان اتصال بتن با چگالي زياد را بدست مي دهد که به علت فشردگي زياد اجزاي بتن راه نفوذ عوامل را به درون بتن سد نموده و استحکام و دوام سازه اي را تضمين مي نمايد .
ن- نگهداري
نگهداري سازه هاي بتوني از مهمترين بحثهاي مديريت حفاظت بتن مي باشد که بکارگيري آن در تمامي دوران بهره برداري توصيه گشته و امروزه در تمامي کشورهاي پيشرفته به طور جدي مورد توجه قرار گرفته است .
نتيجه گيري :
با توجه به پهناوري کشور و شرايط مختلف اقليمي و محيطي ، تهيه و تنظيم آئين نامه هاي منطقه اي بتن و فولاد امري ضروري است و بهره برداري بي دردسر از سازه ها ايجاب مي کند که به امر طراحي ، اجرا و بهره برداري سازه اي توجه ويژه اي مبذول شود ، از اين رو در جهت تکميل طرح مديريت حفاظت بتن طرحي را تحت عنوان شناسنامه سازه اي تهيه و ارائه نموده ايم که اميدواريم پس از کسب نظر اساتيد ، دانشمندان و صاحبنظران به عنوان امري واجب و ضروري در راه حفظ و نگهداري سرمايه هاي ملي و کليه سازه ها ( اعم تاز بتوني ، خاکي ، فلزي و … ) مورد استفاده قرار گيرد .

واکنش قليايي – سيليسي در بتن (ASR )
پديده واکنش قليايي – سيليسي براثر واکنش بين هيدروکسيد قليا در سيمان و مواد معدني سيليسي موجود در سنگدانه ها رخ مي دهد که در نتيجه ژل سيليکاتي قليايي حاصل مي گردد واکنش قليايي – سيليسي اغلب بعد از ۵ الي ۱۵ سال ظاهر مي شود؛ اين واکنش يکي از عوامل مخرب بتن مي باشد که از داخل بتن شروع مي گردد و بدين لحاظ کنترل و يا جلوگيري از وقوع آن مشکل و حتي در بسياري از موارد غير ممکن است .در اکثر موارد ، اين پديده پس از شروع تا تخريب کامل سازه ، به طور مستمر ادامه پيدا مي کند .بررسي خسارات ناشي از واکنش قليايي – سيليسي بر روي سازه هاي بتني ، دليل اطلاق واژه « سرطان بتن » به اين پديده را روشن مي سازد.
به منظور کاهش واکنش قليايي – سيليسي آئين نامه ها و سازمان هاي متعددي از جمله،AASHTO ، ASTM ، انجمن سيمان پرتلند ، انجمن بتن امريکا(ACI) ، مرکز تحقيقات بين المللي سنگدانه و … روش هايي را شناسايي و ارايه نموده اند . به طور کلي براي کاهش واکنش قليايي – سيليسي ، استفاده از سيمان با قلياي پايين براي کاهش واکنش به تنهايي کافي نمي باشد بلکه مي بايست بخشي از سيمان را با خاکستر بادي يا سرباره کوره آهنگدازي و يا ترکيبي از هر دو جايگزين نمود . علاوه برآن استفاده از دوده سيليس ( ميکرو سيليس ) موجب کاهش واکنش قليايي – سيليسي مي گردد. همچنين به منظور مقابله با سنگدانه هاي واکنش زا ، مي توان نمک هاي ليتيوم را به مخلوط بتن اضافه نمود. در هر حال استفاده از خاکستر بادي و يا سرباره کوره آهن گدازي به دلايل اقتصادي و فني ، مناسب تر مي باشند.استفاده از خاکستر بادي و يا سرباره کوره آهن گدازي در کاهش بتن ، علاوه بر کاهش واکنش قليايي – سيليسي مزايايي نظيرکاهش هزينه ساخت بتن ،کاهش دماي هيدراسيون ،نفوذپذيري ، افزايش دوام ، کاهش توليد گاز CO 2 و … را به دنبال خواهد داشت.

 

خلاصة پروژه‌هاي مركز تحقيقات تكنولوژي و دوام بتن
بررسي اثر پوزولانها در كنترل واكنش قليايي سنگدانه‌ها (AAR) در سد استور
سنگدانه‌هاي بكار رفته در بتن سدها مي‌توانند در اثر واكنش با قليايي‌هاي سيمان توليد ژل انبساط‌پذيري نموده و نهايتاً با ايجاد ترك در بتن خرابي غيرقابل ترميمي را ايجاد نمايند. براي جلوگيري از اين پديده لازم است سنگدانه‌هاي مصرفي در بتن سدها تحت آزمايشهاي مختلف قرار گرفته و با تجزيه و تحليل نتايج امكان واكنش‌پذيري آنها را مشخص نمود. در پروژه اخير سنگدانه‌هاي انتخابي براي ساخت بتن در سد استور مورد بررسي قرار مي‌گيرند. آزمايشهاي تسريع‌شده نشان مي‌دهد كه اين سنگدانه‌ها فعال بوده و مي‌توانند خرابي در بتن به وجود آورند. براي بررسي و كنترل اين واكنش از ۳ پوزولان مختلف كشور استفاده شده و آزمايشهاي درازمدت تا يكسال بر روي بتن‌هاي ساخته‌شده با اين سنگدانه‌ها و پوزولانها صورت مي‌پذيرد. نتايج درازمدت مي‌ت

واند پاسخگوي نقش پوزولانها در كنترل اين پديده در بتن سد فوق باشد.

بررسي دوام سدهاي بتني كشور از نظر واكنش قليايي
واكنش قليايي سنگدانه‌ها (AAR) يا سرطان بتن پديده‌ايست كه در برخي از سدهاي بتني در جهان رخ داده است. در اين پديده سنگدانه‌هاي واكنش‌زاي سيليسي و كربناتي با قلياييهاي سيمان واكنش داده و ژل با انبساط زيادي توليد مي‌كنند كه منجر به ترك و خرابي بتن سدها مي‌شود. اين پديده در رطوبت زياد كه در سدها و سازه‌هاي هيدروليكي موجود است تشديد مي‌گردد.

در پروژه اخير سه سد نسبتاً قديمي مورد ارزيابي قرار مي‌گيرند تا روشن شود آيا پديده فوق احتمال وقوع دارد يا خير. روش تحقيق با ارزيابي نظري از بتن بدنه سدها آغاز مي‌گردد و سپس با برداشت نمونه‌هاي بتن آزمايشهاي مختلف پتروگرافي و تعيين انبساط بر روي آنها صورت مي‌پذيرد. با اين تحقيق روشن خواهد شد كه اگر سنگدانه‌ها درحدي فعال بوده‌اند تا چه حد امكان پيشرفت فعل و انفعال و بروز تركها اتفاق خواهد افتاد.