نانو ضدآب کننده بتن

بتن 

بتن (به فرانسوی: Béton)، از ریشه لاتین (به لاتین: Bitume) در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می‌شود.

بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان و نیز پوزولان‌ها، سرباره کوره‌ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم‌کننده‌های مختلف استفاده شود. با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژی‌های فراوان در قرن اخیر، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظه‌ای داشته‌است، به نحوی که امروزه شاهد کاربرد انواع مختلف بتن با مصالح مختلف هستیم که هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست. در حال حاضر انواع مختلفی از سیمانها که شامل پوزولانها، سولفورها، پلیمرها، الیافهای مختلف و افزودنیهای متفاوتی هستند، تولید می‌شوند.

بتن از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. ویژگی اصلی بتن ارزان بودن و در دسترس بودن مواد اولیه آن است. همچنین می‌توان خاطر نشان کرد که تولید انواع بتن با استفاده از حرارت، بخار، اتوکلاو، تخلیه هوا، فشار هیدرولیکی ویبره و قالب انجام می‌گیرد. بتن به‌طور کلی محصولی است که از مخلوط آب با سیمان آبی و سنگدانه‌های مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به حاصل می‌شود و دارای ویژگیهای خاص است. بتن اینک با گذشت بیش از ۱۷۰ سال از پیدایش سیمان پرتلند به صورت کنونی توسط یک بنّای لیدزی، دستخوش تحولات و پیشرفتهای شگرفی شده‌است. در دسترس بودن مصالح آن، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت و سازهای فراوان سازه‌های بتنی چون ساختمان‌ها، سازه‌ها، سدها، پل‌ها، تونل‌ها و راه‌ها، این ماده را بسیار پر مصرف نموده‌است. اینک حدود سه تا چهار دهه است که کاربرد این ماده در شرایط خاص مورد استقبال کاربران آن قرار گرفته‌است.

امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی مشخص شده‌است که صرف توجه به مقاومت به عنوان یک معیار برای طرح بتن برای محیط های مختلف و کاربردهای مختلف نمی‌تواند جوابگوی مشکلاتی باشد که در درازمدت در سازه‌های بتنی ایجاد می‌گردد. چند سالی است که مسئله دوام بتن در محیط‌های مختلف مورد توجه قرار گرفته‌است.

مشاهده خرابی‌هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن‌ها در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشورهای در حال توسعه، افکار و اذهان را به سمت طرح بتن‌هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده‌است.

افزودنی‌های بتن (Admixtures)

ماده افزودنی یا (Admixtures) ماده‌ای است به غیر از سیمان پرتلند، سنگدانه، و آب، که به صورت گرد یا مایع، به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده بتن و برای اصلاح خواص بتن، کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط به آن افزوده می‌شود.

مواد افزودنی به دو گروه مواد افزودنی‌های شیمیایی و مواد افزودنی‌های معدنی تقسیم می‌شوند.

انواع معمول مواد افزودنی بتن به شرح زیر است.

• شتاب‌دهنده سرعت هیدراتاسیون بتن (سخت شدن).
• کاهش دهنده سرعت گیرش بتن.
• افزودنی‌های حباب زا باعث ایجاد حباب‌های با هندسه کروی و بسیار ریز درون بتن می‌شوند. افزودنی‌های حباب زا عمداً برای ایجاد و تثبیت حباب‌های میکروسکوپی هوا در بتن استفاده می‌شود.
• روان‌ساز بتن که به منظور کاهش دهنده مقدار آب بتن استفاده می‌گردد.
• مواد افزودنی که شامل رنگدانه‌ها که می‌تواند برای تغییر رنگ بتن و زیبایی استفاده گردد.
• ضدیخ بتن
• چسب بتن
• سخت‌کننده بتن

کاربرد دیرگیرکننده در مواد افزودنی بتن:

کار مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن به تأخیر انداختن گیرش بتن است. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن در بتن ریزی‌های حجیم یا شرایط گرم آب و هوایی استفاده می‌شود. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای جلوگیری از ترک‌های انقباضی ناشی از گیرش در بتن‌ریزی‌های پشت سر هم مناسب می‌باشد. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای حمل بتن در فاصله‌های زیاد استفاده می‌شود.

از جمله از مواد افزودنی بتن می‌توان از ژل میکرو سیلیس میکروسیلیکا ژل سیلیکافیوم نام برد همچنین گروت انواع روان‌کننده‌ها فایبر نیز از انواع افزودنی بتن می‌باشند.

معمولاً به جای استفاده از یک سیمان بخصوص، این امکان وجود دارد که بعضی از خواص سیمانهای معمولی مورد استفاده را به وسیله ترکیب کردن آن با یک افزودنی تغییر داد. قابل توجه اینکه نباید عبارات «مواد ترکیبی» و «مواد افزودنی» با معانی مترادف به کار روند، زیرا مواد ترکیبی موادی هستند که در مرحله تولید به سیمان اضافه می‌شوند در حالی که مواد افزودنی در مرحله مخلوط کردن به بتن اضافه می‌شوند.

افزودنی‌های شیمیایی اساساً عبارتند از:تقلیل دهنده‌های آب، کندگیر کننده‌ها و تسریع کننده‌های گیرش که در آیین‌نامه ASTM به ترتیب تحت عنوان‌های تیپ‌های C,B،A طبقه‌بندی شده‌اند. دسته‌بندی افزودنی‌ها در استاندارد BS نیز مشابه می‌باشد. در ضمن افزودنی‌های دیگری نیز وجود دارند که هدف اصلی از کاربرد آنها محافظت بتن از اثرات زیان آور یخ زدگی و ذوب یخ است.

تسریع کننده‌های بتن

افزودنی‌هایی هستند که سخت شدگی بتن را تسریع می‌کنند و مقاومت اولیه بتن را بالا می‌برند. چند نمونه از تسریع‌کننده‌ها عبارتند از: کربنات سدیم، کلرورآلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم، نمک‌های آهن و کلرور کلسیم.

کندگیر کننده‌های بتن

افزودنی‌هایی هستند که زمان گیرش بتن را به تأخیر می‌اندازند. این مواد در هوای خیلی گرم که زمان گیرش معمولی بتن کوتاه می‌شود و همچنین برای جلوگیری از ایجاد ترک‌های ناشی از گیرش در بتن ریزی‌های متوالی مفید می‌باشند.

به عنوان چند نمونه از کندگیر کننده‌ها می‌توان از شکر، مشتقات هیدروکربنی، نمک‌های محلول روی و براتهای محلول نام برد.

به عنوان مثال اگر با یک کنترل دقیق ۰٫۰۵ وزن سیمان شکر به بتن اضافه کنیم، حدود چهار ساعت گیرش آن را به تأخیر می‌اندازد. مصرف ۰٫۲ تا یک درصد وزن سیمان از گیرش سیمان جلوگیری به عمل می‌آورد.

تقلیل دهنده‌های آب بتن

این افزودنی‌ها به سه منظور به

• رسیدن به مقاومتی بالاتر به وسیله کاهش نسبت آب به سیمان
• رسیدن به کارایی مشخص با کاهش مقدار سیمان مصرفی و نتیجتاً کاهش حرارت هیدراتاسیون در توده بتن.
• سادگی بتن ریزی به وسیله افزایش کارایی در قالبهایی با آرماتور انبوه و موقعیت‌های غیرقابل دسترسی

افزودنی‌های تقلیل دهنده آب تحت عنوان تیپ A دسته‌بندی می‌شوند؛ لیکن اگر افزودنی‌ها همزمان با کاهش نیاز به آب باعث تأخیر در گیرش نیز بشوند تحت عنوان تیپ D طبقه‌بندی می‌شوند. اگر این‌ها باعث تسریع در گیرش شوند تیپ E نامیده می‌شوند.

فوق روان‌کننده‌های بتن

این مواد از قوی‌ترین انواع تقلیل دهنده‌های آب هستند که در آمریکا به عنوان روان‌کننده قوی و درASTM به عنوان تیپ F نامگذاری شده‌اند. افزودنی‌هایی نیز هستند که در ضمن تقلیل شدید آب باعث مقداری تأخیر در گیرش نیز می‌شوند و به عنوان تیپ G طبقه‌بندی شده‌اند.

دو نمونه از روان‌کننده‌های قوی: ملامین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده یا نفتالین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده می‌باشند. اساساً استفاده از اسیدهای سولفاته شده باعث تسریع عمل پراکنش می‌شود. چون در سطح ذرات سیمان جذب شده و به آنها بار منفی می‌دهند و این باعث دفع ذرات از یکدیگر می‌شود. این فرایند کارایی را در یک نسبت آب به سیمان مشخص افزایش می‌دهد.

فناوری نانو در بتن

تاکنون مطالعات زیادی در زمینه بهبود کیفیت بتن انجام شده‌است که اکثر آنها تغییر در ترکیب بتن (که به آن طرح اختلاط بتن گفته می‌شود) را بررسی کرده‌اند، با این حال استفاده از افزودنی‌ها و همچنین جایگزین کردن مصالح متداول مورد استفاده در بتن با مصالح جدید همیشه مورد توجه بوده‌است. یکسری از مواد جدید که توانسته‌اند خواص مکانیکی و فیزیکی بتن را ارتقا دهند، نانو موادها هستند. نانو موادها با توجه به خصوصیات‌شان در سطوح بسیار ریز می‌توانند دنیای بتن را کاملاً متحول کنند.

نانو ضدآب کننده بتن نانو کسری

مواد نفوذگر نانو کسری بر پایه مواد سیمانی و مواد شیمیایی واکنش پذیر است. این مواد با ایجاد واکنش شیمیایی، بتن را از عمق آببندی می نمایند.

تأثیر آب بندی ناشی از دو واکنش ساده است واکنش شیمیایی و واکنش فیزیکی. بتن طبیعت شیمیایی دارد. زمانیکه ذرات سیمان هیدراته می شوند واکنش بین آب و سیمان منجر به سخت شدن بتن و تشکیل توده صلب می شود. همچنین این واکنش محصولات فرعی تولید می نماید که  بصورت آهک آزاد 5/3 % وزنی بتن را شامل می شوند در منافذ موجود هستند و در حالت سکون در بتن می مانند.

آب بندی نانو کسری دسته دیگری از مواد شیمیایی را به مخلوط بتن  می افزاید. زمانیکه مواد نفوذگر نانو کسری در تماس با بتن قرار می گیرند عوامل فعال آنها شروع به نفوذ در منافذ مویین بتن می نمایند و فرآیند انتشار شیمیایی اتفاق می افتد. تئوری پشت انتشار، مهاجرت محلول با دانسیته بالاتر به سمت محلول با دانسیته پائین تر تا زمان تعدیل است. بنابراین زمانی که بتن پیش از اعمال  سیستم آب بندی با آب اشباع است یک محلول با دانسیته شیمیایی پائین صورت گرفته و آب بندی بر بتن اعمال می شود محلول با دانسیته شیمیایی بالا در سطح تشکیل می شود و فرایند انتشار شیمیایی را راه اندازی می کند. مواد شیمیایی آب بندی نانو کسری باید به سمت آب ( محلول با دانسیته پائین ) مهاجرت نمایند تا محلول تعدیل شود.

مواد شیمیایی آب بندی نانو کسری در بتن پخش می شوند و در دسترس محصول جانبی هیدراسیون بتن قرار گرفته و به واکنش شیمیایی اجازه وقوع می دهند. وقتی این دو گروه مواد شیمیایی ـ محصول جانبی هیدراسیون سیمان و مواد نانو کسری ـ در حضور رطوبت در کنار هم قرار می گیرند واکنش شیمیایی اتفاق می افتد. در اثر این واکنش میلیون ها ماده نامحلول تشکیل شده و لوله های مویین، ترکها و منافذ را مسدود می کنند. تشکیل این ساختار تنها در حضور رطوبت اتفاق می افتد و لذا در منافذ، مجراهای موئینه و ترکهای حاصل از جمع شدگی تشکیل می شود. با ورود آب، آببندی شکل می گیرد و سوراخها، منافذ و ترکها را آببند می کند. مواد نفوذگر نانو کسری بصورت یکپارچه با بتن درآمده و بتن را جزئی از سیستم آببندی می کنند. ساختار تشکیل شده و با ادامه انتقال مواد شیمیایی به آب، این رشته بلندتر می شود. واکنش تا اتمام مواد شیمیایی یا اتمام آب ادامه می یابد.

مواد نانو کسری به صور مختلف قابل مصرف هستند. فرم مایع آن به عنوان افزودنی آببند کننده بتن استفاده شده و به مخلوط بتن در حین پروسه بچینگ پلانت و یا به تراک میکسر مجهز در سایت افزوده می شود.  بصورت پاشش بر سطوح بتنی افقی تازه و یا بصورت مخلوط با آب به عنوان پوشش بر سطوح بتنی قدیمی و جدید ( اعم از افقی و یا عمودی ) قابل مصرف است.

بدلیل مقاومت بالای این سیستم ها در برابر فشار هیدرواستاتیک مثبت و منفی، سیستم آب بندی نفوذگر نانو کسری، مطمئن ترین سیستم در آببندی و محافظت مخازن آب، تصفیه خانه های فاضلاب، تونلها، منهولها و چاله شیرها (valve pits)، سازه های زیرزمینی، دیوارهای حائل و … می باشد.

تکنولوژی نانو کسری دوام و کارائی سازه های بتنی را افزایش داده و هزینه های تعمیرات را کاهش می دهد و از بتن در برابر تأثیر عوامل شیمیایی خورنده محافظت می نماید.

خواص آب بندی حاصل از مواد نفوذگر نانو کسری دائمی می باشد. بدلیل اینکه تشکیل مواد واکنشی در داخل بتن صورت می گیرد و در سطح وجود ندارد امکان سوراخ شدن و تخریب آن مانند غشاها و سیستم های آب بندی سطحی و لایه ای منتفی است. لذا حتی در صورت برداشته شدن لایه، سیستم آب بندی مختل نمی شود.

آببندی نانو کسری کاملا با بتن سازگار بوده، چسبندگی عالی به بتن ایجاد می نماید مقاومت بتن را در برابر سیکل های ذوب و یخ افزایش می دهد و به جهت کاهش انتشار یون کلراید، میلگردهای فولادی  را در برابر خوردگی محافظت می نماید.

علی رغم اینکه سیستم های نفوذگر نانو کسری نفوذ آب از طریق منافذ مویین را مسدود می کنند به بتن اجازه تنفس داده و به کیورینگ و کسب مقاومت بتن کمک می نمایند.

آب بندی نانو کسری نسبت به مواد شیمیایی در محدوده PH بین 11 – 3 در تماس مداوم و بین 12 – 2 در تماسهای دوره ای مقاوم است. رطوبت و اکسیژن تأثیر منفی بر این گروه محصولات ندارند.

  ممانعت از تخریب بتن با استفاده از نانو ضدآب کننده سیمان و بتن

با استفاده از مواد نفوذگر نانو کسری می توان از بتن در برابر آسیب های بسیاری محافظت نمود و بر عوامل مخرب زیادی غلبه نمود. از جمله مواردی که می توان از این تکنولوژی در مقابله با عوامل مخرب استفاده نمود عبارتند از:

آب مازاد اختلاط:

استفاده آب بیش از حد مجاز در ساخت بتن منجر به آسیب های جدی چون کاهش مقاومت فشاری، افزایش ترکهای ناشی از جمع شدگی، افزایش میزان تخلخل و ضعف آب بندی، کاهش مقاومت در برابر سایش و فرسایش، و کاهش دوام می شود.

آب مازاد اختلاط که بیش از آب مورد نیاز برای فرایند هیدراسیون است منافذ و مسیرهای موئینه در بتن باقی می گذارد که نهایتا مسیر ورود آب و مواد شیمیایی به بتن خواهند بود. نفوذ آب و مواد شیمیایی خورنده چون کلرایدها، سولفاتها و دی اکسید کربن منجر به تخریب بتن به مرور زمان می شوند.

سیستم نفوذگر نانو کسری با تشکیل مواد واکنشی نامحلول سوراخ ها و منافذ را مسدود کرده و ترکها را طی فرایند خود ترمیم شوندگی پر می کند. مواد واکنشی در کلیه مسیرهای آب تشکیل می شوند: داخل ترکها، منافذ مویین و … به جای کاهش تخلخل بتن، با استفاده از کاهنده های آب، روان کننده ها و فوق روان کننده ها، تشکیل مواد واکنشی متعهد پرکردن و مسدود کردن تخلخل ها در بتن شده و به عنوان جزء دائمی و جدائی ناپذیر و یکپارچه با سازه در می آیند. مواد واکنشی با ایجاد ساختار شبکه ای (Cross-linked) و متراکم (Dense) در توده بتن آن را نفوذ ناپذیر می نمایند.

کاور بتنی ناکافی : قرار گرفتن میلگردهای تقویت کننده فلزی در فاصله نزدیک از سطح خارجی بتن منجر به ترک خوردگی، تخریب در اثر سیکل های ذوب و یخ، و خوردگی میلگردها می شود. زمانیکه کاور بتنی روی میلگردها به حد کافی نباشد شبکه های فولادی  در معرض خوردگی و زنگ زدگی قرار می گیرند. از آنجا که سرعت انبساط و انقباض فلز تحت تأثیر تغییرات دمایی، با بتن متمایز است. انبساط فلز باعث ایجاد نیروهای داخلی در بتن می شود. زمانیکه این نیروها از مقاومت کششی بتن بیشتر می شوند بتن ترک می خورد.

همچنین در بتن های نفوذپذیر با کاور ناکافی، آب و مواد شیمیایی خورنده به راحتی به بتن نفوذ کرده و به شبکه میلگردها دسترسی می یابد.

وقتی فلز در معرض محیط خورنده قرار می گیرد خوردگی اتفاق می افتد و ترک خوردگی یکی از عواقب آن  است. سیستم آب بندی نانو کسری می تواند تأثیر منفی کاور ناکافی را تا حد زیادی  خنثی نماید. این سیستم نسبت به مواد شیمیایی در محدوده PH بین 11 – 3 در تماس مداوم و بین 12 – 2 در تماس های دوره ای مقاوم است. این سیستم در برابر نفوذ آب و مواد شیمیایی بداخل بتن مقاومت کرده و دسترسی آنها را به میلگردهای تقویت کننده محدود می نماید. همچنین در صورت مصرف این سیستم، ترکهای موئین، ترمیم شده و مسیر عبور آب و فاکتورهای مخرب مسدود می گردد.

عیوب ساخت : مشکلات نازک کاری و عملیات تکمیلی، کرموشدگی، نقایص مربوط به قالب بندی  در این دسته قرار می گیرند.

کرموشدگی ها ( Honeycombs ) نواحی از بتن هستند که منافذ و سوراخ هایی در آنها باقی مانده است. زمانیکه خمیر سیمان نتواند فواصل اطراف سنگدانه های درشت را پر کند این معضل اتفاق می افتد.

خوردگی میلگردهای فولادی : بتن سخت شده از مقاومت فشاری خوبی برخوردار است اما مقاومت کششی ضعیفی دارد. استفاده از میلگردهای تقویت کننده در بتن، امکان افزایش ظرفیت باربری سازه ها را مهیا می نماید.

عمر مفید سازه بتنی تقویت شده، ارتباط مستقیم با سرعت خوردگی میلگردهای فلزی دارد.

زمانیکه میلگرد فلزی در معرض المانهای خورنده قرار می گیرد دچار خوردگی می شود. بتن شدیداً قلیایی است. این قلیائیت منجر به تشکیل لایه تأثیرناپذیر ( Passive ) بر سطح فلز می شود که آن را در برابر خوردگی محافظت می کند. این لایه تنها در PH بالای 5/12 دوام می یابد و با کاهش PH از بین می رود. این کاهش  PHدر اثر ورود آب و المانهای مهاجم بداخل منافذ و ترکهای بتن اتفاق می افتد. با تخریب لایه پسیو، خوردگی اتفاق افتاده و اکسید آهن شکل می گیرد. محصولات خوردگی حجمی بالاتر از فلز اولیه دارند و نتیجتاً به فضای بیشتری نیازمند هستند. این امر منجر به ایجاد فشارهای داخلی بیش از مقاومت کششی بتن شده و ایجاد ترک می کند. ترکهای بیشتر و جداشدگی لایه ها، خوردگی را تسریع کرده و شرایط را وخیم تر می نمایند.

مهمترین دلایل خوردگی میلگردها عبارتند از : وجود ترک در بتن و نفوذ یون کلراید، دی اکسید کربن، سولفات، همچنین سیکل های یخ و ذوب، واکنش قلیایی سنگدانه ها و قرار گرفتن در معرض اسیدها.

در نتیجه پاشش نمکهای یخ زدایی ـ کلریدکلسیم و کلرید سدیم ـ و همچنین در صورت وجود کلراید در سنگدانه های طبیعی یا آب اختلاط یا قرار گرفتن در محیط دریایی و یا استفاده از افزودنی های تسریع کننده هیدراسیون حاوی کلراید، بتن در معرض حمله کلرایدها قرار می گیرد.

دی اکسید کربن در هوا وجود داشته و از طریق منافذ حاوی هوا ( Air – Filled pores ) به داخل بتن نفوذ می کند. دی اکسید کربن با هیدروکسید کلسیم واکنش داده و PH عادی بتن را کاهش می دهد. طی این فرایند کربناسیون اتفاق می افتد که لایه های سطحی بتن را نرم می کند.

هر دو یونهای کلراید و دی اکسید کربن از طریق منافذ بتن نفوذ می کنند. لذا محدود نمودن و مسدود کردن منافذ راه منطقی جهت ممانعت از بروز این معضلات خواهد بود.

با استفاده از تکنولوژی کریستالی، کریستالها در منافذ و لوله های مویین تشکیل می شوند و تخلخل بتن را کاهش می دهند. این آب بندی دائمی راه های ورود یونهای کلراید و CO2 را مسدود می نماید.

از آنجا که انتشار CO2  از طریق منافذ حاوی هوا، و انتشار یونهای کلراید از طریق منافذ حاوی آب ( Water – filled ) صورت  می گیرد لذا مسدود شدن منافذ، فرایند انتشار را متوقف می کند.

مواد نفوذگر نانو کسری تأثیر گازهای NO2 , SO2 , CO , CO2  را که منجر به کربناسیون می شوند محدود می نماید.

سازه های بتنی که با سیستم کریستالی محافظت شده اند از انتشار کلرایدها ممانعت می نمایند. این امر موجب محافظت میلگردهای تقویت کننده فولادی  و ممانعت از تخریب های ناشی از آن است. همچنین این سیستم ها خود فاقد کلراید هستند و به عنوان منبع تأمین کلراید عمل نمی کنند.

سیکل های یخ و ذوب : زمانی که آب حبس شده در بتن منجمد می شود تا حدود %15 انبساط حجمی می یابد. این انبساط فشارهای داخلی در بتن ایجاد می کند. زمانیکه این نیروهای داخلی از مقاومت کششی بتن بیشتر می شود شکست و ترک اتفاق می افتد.

تخریب ناشی از سیکل های یخ و ذوب زمانی اتفاق می افتد که بتن در حالت اشباع قرار دارد. این امر ارتباط مستقیم با تخلخل بتن دارد. لذا کاهش جذب آب در بتن می تواند بتن را در برابر سیکل های ذوب و یخ محافظت نماید.

سیستم نفوذگر نانو کسری، آب بندی یکپارچه دائمی تأمین می نماید که منافذ بتن را مسدود کرده و جذب آب را از هر دو جهت مثبت و منفی محدود می کند. وقتی بتن جذب آب نداشته باشد به حالت اشباع در نیامده و تخریب ناشی از سیکل های یخ و ذوب نیز در آن اتفاق نمی افتد.

واکنش قلیایی سنگدانه ها : سنگدانه های حاوی سیلیکا و مواد سیلیسی، به جهت محتوی سیلیکای بالا با یونهای قلیایی در سیمان پرتلند ـ هیدروکسیدهای کلسیم، سدیم و پتاسیم ـ وارد واکنش می شوند.

بسته به محتوی قلیایی سیمان ، PH حدود 5/13 – 5/12 خواهد بود. سنگهای اسیدی در این محیط شدیداً   قلیایی استوار  نمی مانند. در طی زمان نسبتاً طولانی، در اطراف سنگدانه های واکنش پذیر ژلی تشکیل می شود که در حضور آب و رطوبت، متحمل انبساط شدید می شود. انبساط و ترک خوردگی در اطراف قطعات سنگدانه اتفاق می افتد.

محدود کردن یا به تأخیر انداختن واکنش قلیایی سنگدانه ها به طریقی با استفاده از تکنولوژی نانو کسری میسر است. نگهداشتن بتن در محیط خشک منجر به کاهش سرعت انبساط ژل می شود. از آنجا که شرط لازم برای انبساط ژل حضور رطوبت است حذف رطوبت با مسدود نمودن منافذ بتن، از انبساط ژل و آسیب های ناشی از آن ممانعت می نماید. آب بندی نانو کسری، بتن را در برابر واکنش های قلیایی سنگدانه ها محافظت می نماید.

ترک خوردگی : ترک در اثر عوامل مختلفی ایجاد می شود. دو نوع اصلی ترک عبارتند از ترکهای سازه ای ( Structural )  و ترکهای غیرسازه ای  ( Non – structural ). ترکهای سازه ای با بارهای زنده و مرده حادث می شوند.

ترکهای غیرسازه ای در اثر جمع شدگی و انقباض بتن در حین کیورینگ، گرادیانهای دمایی و انبساط و انقباض حرارتی بوجود می آیند.

ترکهای غیر سازه ای توانایی سازه را در تحمل بار تحت تأثیر قرار نمی دهند و معمولاً چندان عمیق نمی شوند. اما می توانند منجر به سایر تخریب های بتن شوند.

کلیه بتن های ساخته شده با سیمان، در طی فرایند هیدراسیون و کیورینگ مقداری جمع شدگی ( Shrinkage ) را تجربه می کنند. این انقباض منجر به بروز ترکهای جمع شدگی ( Shrinkage cracks ) موئین در انواع مختلف می شود. همچنین زمانیکه بتن تازه در معرض تبخیر شدید آب قرار می گیرد بتن دچار ترک می شود.

مواد نفوذگر نانو کسری بروز و رشد این ترکها را محدود می نمایند.

این مواد با تشکیل نانو مواد واکنشی در ترکها، آنها را مسدود نموده و از جریان آب به داخل آنها ممانعت می نمایند. خاصیت خود ترمیم شوندگی مواد نانو کسری، ترکهای حاصل از جمع شدگی تا عرض 4/0 میلیمتر را ترمیم می نماید.

عوامل فرسودگی بتن و تاثیر نانو ضدآب کننده بتن نانو کسری در جلوگیری از آن

علل مختلفی که باعث فرسودگی و تخریب سازه های بتنی می شود همراه با علائم هشدار دهنده دیگری که کار تعمیرات را الزامی می دارند، در نخستین بخش مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند:

نفوذ نمکها (INGRESS OF SALTS)

نمکهای ته نشین شده که حاصل تبخیر و یا جریان آبهای دارای املاح می باشند و همچنین نمکهایی که توسط باد در خلل و فرج و ترکها جمع می شوند، هنگام کریستالیزه شدن می توانند فشار مخربی به سازه ها وارد کنند که این عمل علاوه بر تسریع و تشدید زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها به واسطه وجود نمکهاست. تر وخشک شدن متناوب نیز می تواند تمرکز نمکها را شدت بخشد زیرا آب دارای املاح، پس از تبخیر، املاح خود را به جا می گذارد.

اشتباهات طراحی (SPECIFICATION ERRORS)

به کارگیری استانداردهای نامناسب و مشخصات فنی غلط در رابطه با انتخاب مواد، روشهای اجرایی و عملکرد خود سازه، می تواند به خرابی بتن منجر شود. به عنوان مثال استفاده از استانداردهای اروپایی و آمریکایی جهت اجرای پروژه هایی در مناطق خلیج فارس، جایی که آب و هوا و مواد و مصالح ساختمانی و مهارت افراد متفاوت با همه این عوامل در شمال اروپا و آمریکاست، باعث می شود تا دوام و پایایی سازه های بتنی در مناطق یاد شده کاهش یافته و در بهره برداری از سازه نیز با مسائل بسیار جدی مواجه گردیم.

اشتباهات اجرایی (CON STRUCTION ERRORS)

کم کاریها، اشتباهات و نقصهایی که به هنگام اجرای پروژه ها رخ می دهد، ممکن است باعث گردد تا آسیبهایی چون پدیدهء لانه زنبوری، حفره های آب انداختگی، جداشدگی، ترکهای جمع شدگی، فضاهای خالی اضافی یا بتن آلوده شده، به وجود آید که همگی آنها به مشکلات جدی می انجامند.

این گونه نقصها و اشکالات را می توان زاییدهء کارآئی، درجهء فشردگی، سیستم عمل آوری، آب مخلوط آلوده، سنگدانه های آلوده و استفاده غلط از افزودنیها به صورت فردی و یا گروهی دانست.

حملات کلریدی (CHLORIDE ATTACK)

وجود کلرید آزاد در بتن می تواند به لایهء حفاظتی غیر فعالی که در اطراف آرماتورها قرار دارد، آسیب وارد نموده و آن را از بین ببرد.

خوردگی کلریدی آرماتورهایی که درون بتن قرار دارند، یک عمل الکتروشیمیایی است که بنا به خاصیتش، جهت انجام این فرآیند، غلظت مورد نیاز یون کلرید، نواحی آندی و کاتدی، وجود الکترولیت و رسیدن اکسیژن به مناطق کاتدی در سل (CELL)خوردگی را فراهم می کند.

گفته می شود که خوردگی کلریدی وقتی حاصل می شود که مقدار کلرید موجود در بتن بیش از ۶/۰ کیلوگرم در هر متر مکعب بتن باشد. ولی این مقدار به کیفیت بتن نیز بستگی دارد.

خوردگی آبله رویی حاصل از کلرید می تواند موضعی و عمیق باشد که این عمل در صورت وجود یک سطح بسیار کوچک آندی و یک سطح بسیار وسیع کاتدی به وقوع می پیوندد که خوردگی آن نیز با شدت بسیار صورت می گیرد. از جمله مشخصات (FEATURES ) خوردگی کلریدی، می توان موارد زیر را نام برد:

الف) هنگامی که کلرید در مراحل میانی ترکیبات (عمل و عکس العمل) شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته ولی در انتها کلرید مصرف نشده باشد.

ب) هنگامی که تشکیل همزمان اسید هیدروکلریک، درجه PH مناطق خورده شده را پایین بیاورد. وجود کلریدها هم می تواند به علت استفاده از افزودنیهای کلرید باشد و هم می تواند ناشی از نفوذیابی کلرید از هوای اطراف باشد.

فرض بر این است که مقدار نفوذ یونهای کلریدی تابعیت از قانون نفوذ FICK دارد. ولی علاوه بر انتشار (DIFFUSION) به نفوذ (PENETRATION) کلرید احتمال دارد به خاطر مکش موئینه (CAPILLARY SUCTION) نیز انجام پذیرد.

حملات سولفاتی (SULPHATE ATTACK)

محلول نمکهای سولفاتی از قبیل سولفاتهای سدیم و منیزیم به دو طریق می توانند بتن را مورد حمله و تخریب قرار دهند. در طریق اول یون سولفات ممکن است آلومینات سیمان را مورد حمله قرار داده و ضمن ترکیب، نمکهای دوتایی از قبیل:THAUMASITE و ETTRINGITEتولید نماید که در آب محلول می باشند. وجود این گونه نمکها در حضور هیدروکسید کلسیم، طبیعت کلوئیدی(COLLOIDAL) داشته که می تواند منبسط شده و با ازدیاد حجم، تخریب بتن را باعث گردد. طریق دومی که محلولهای سولفاتی قادر به آسیب رسانی به بتن هستند عبارتست از: تبدیل هیدروکسید کلسیم به نمکهای محلول در آب مانند گچ (GYPSUM) و میرابلیت MIRABILITE که باعث تجزیه و نرم شدن سطوح بتن می شود و عمل LEACHING یا خلل و فرج دار شدن بتن به واسطه یک مایع حلال، به وقوع می پیوند.

حریق (FIRE)

سه عامل اصلی وجود دارد که می توانند مقاومت بتن را در مقابل حرارت بالا تعیین کنند. این عوامل عبارتند از:

الف) توانایی بتن در مقابله با گرما و همچنین عمل آب بندی، بدون اینکه ترک، ریختگی و نزول مقاومت حاصل گردد.

ب) رسانایی بتن (CONDUCTIVITY)

ج) ظرفیت گرمایی بتن(HEAT CAPACITY)

باید توجه داشت دو مکانیزم کاملاً متضاد انبساط (EXPANSION) و جمع شدگی مسؤول خرابی بتن در مقابل حرارت می باشند. در حالی که سیمان خالص به محض قرار گرفتن در مجاورت حرارتهای بالا، انبساط حجم پیدا می کند، بتن در همین شرایط یعنی در معرض حرارتهای (دمای) بالا، تمایل به جمع شدگی و انقباض نشان می دهد. چون حرارت باعث از دست دادن آب بتن می گردد، نهایتاً اینکه مقدار انقباض در نتیجه عمل خشک شدن از مقدار انبساط فراتر رفته و باعث می شود جمع شدگی حاصل شود و به دنبال آن ترک خوردگی و ریختگی بتن به وجود می آید .به علاوه در درجه حرارت ۴۰۰ درجه سانتی گراد، هیدروکسید کلسیم آزاد بتن که در سیمان پر تلند هیدراته شده موجود است، آب خود را از دست داده و تشکیل اکسید کلسیم می دهد. سپس خنک شدن مجدد و در معرض رطوبت قرار گرفتن باعث می شود، تا از نو عمل هیدراته شدن حاصل شود که این عمل به علت انبساط حجمی موجب بروز تنشهای مخرب می گردد. هچنین انبساط و انقباض نا هماهنگ و متمایز (DIFFERENTIAL EXPANSION AND CONTRACTION)مواد تشکیل دهنده بتن مسلح مانند آرماتور، شن، ماسه و … می توانند در ازدیاد تنشهای تخریبی نقش مؤثری داشته باشند.

عمل یخ زدگی (FROST ACTION)

برای بتنهای خیس، عمل یخ زدگی یک عامل تخریب می باشد، چون آب به هنگام یخ زدن ازدیاد حجم پیدا کرده و باعث تولید تنشهای مخرب درونی شده و لذا بتن ترک می خورد. ترکها و درزهائیی که نتیجه یخ زدگی و ذوب متناوب می باشند، باعث می گردند سطح بتن به صورت پولکی درآمده و بر اثر فرسایش، خرابی عمق بیشتری یابد بنابراین عمل یخ ز دگی بتن و میزان تخریب حاصله، بستگی به درجه تخلخل و نفوذپذیری بتن دارد که این موضوع علاوه بر تأثیر ترکها و درزهاست.

نمکهای ذوب یخ (DE-ICING SALTS)

اگر برای ذوب نمودن یخ بتن، از نمکهای ذوب یخ استفاده شود، علاوه بر خرابیهای حاصله از یخ زدگی، ممکن است همین نمکها نیز باعث خرابی سطحی بتن گردند. چون باور آن است که خرابیهای حاصل از نمکهای ذوب یخ، در نتیجه یک عمل فیزیکی به وقوع می پیوندد، غلظت نمکها، موجود بودن آبی که قابلیت یخ زدگی داشته باشد و در کل فشارهای هیدرولیکی و غشایی (OSMOTIC) نقش بسیار مهمی در دامنه و وسعت خرابیها ایفا می کنند.

عکس العمل قلیایی سنگدانه ها (ALKALI-AGGREGATE REACTION)

در این قسمت می توان از واکنشهای “قلیایی- سیلیکا” و “قلیایی- کربناتها” نام برد. عکس العمل قلیایی – سیلیکا(ALKALI-SILICA) عبارتست از: ژلی که از عکس العمل بین هیدروکسید پتاسیم و سیلیکای واکنش پذیر موجود در سنگدانه حاصل می شود. بر اثر جذب آب، این ژل انبساط پیدا کرده و با ایجاد تنشهایی منجر به تشکیل ترکهای درونی در بتن می شود. واکنش قلیایی –کربنات، بین قلیاهای موجود در سیمان و گروه مشخصی از سنگهای آهکی (DOLOMITIC) که در شرایط مرطوب قرار می گیرند، به وقوع می پیوندد. در اینجا نیز انبساط حاصله باعث می شود تا ترکهایی ایجاد شود یا در مقاطع باریک خمیدگیهایی به وجود آید.

کربناسیون (CARBONATION)

گاه لایه حفاظتی که در مجاورت آرماتور داخل بتن موجود است، در صورت کاهش PH بتن اطراف، به کلی آسیب دیده و از بین می رود. بنابراین نفوذ دی اکسید کربن از هوا، عکس العملی را با بتن آلکالین ایجاد می نماید که حاصل آن کربنات خواهد بود و در نتیجه درجه PH بتن کاهش می یابد. همچنان که این عمل از سطح بتن شروع شده و به داخل بتن پیشروی می نماید؛ آرماتور بتن تحت تأثیر این عمل دچار خوردگی می گردد. علاوه بر خوردگی، دی اکسید کربن و بعضی اسیدهای موجود در آب دریا می توانند هیدروکسید کلسیم را در خود حل کرده و باعث فرسایش سطح بتن گردند.

علل دیگر (OTHER CAUSES)

علل بسیار دیگری نیز باعث آسیب دیدگی و خرابی بتن می شوند که در سالهای اخیر شناسایی شده اند. بعضی از این عوامل دارای مشخصات خاصی بوده و کاربرد بسیار موضعی دارند. مانند تأثیر مخرب چربیها بر کف بتن کشتارگاهها، مواد اولیه در کارخانه ها و کارگاههای تولیدی، آسیب حاصله از عوارض مخرب فاضلابها و مورد استفاده قرار دادن سازه هایی که برای منظورها و مقاصد دیگری ساخته شده باشند، نه آنچه که مورد بهره برداری است. مانند تبدیل ساختمان معمولی به سردخانه، محل شستشو، انباری، آشپزخانه، کتابخانه و غیره. با این همه اکثر آنها را می توان در گروههای ذیل طبقه بندی نمود:

الف) ضربات و بارههای وارده (ناگهانی و غیره) در صورتی که موقع طراحی سازه برای این گونه بارگذاریها پیش بینیهای لازم صورت نگرفته باشد.

ب) اثرات جوی و محیطی

پ) اثرات نامطلوب مواد شیمیایی مخرب