چرا بتن سولفاته می‌شود؟ / راهنمای جامع دلایل سولفاته بتن

بتن در عین مقاوم بودن مصالح حساسی است که تحت تأثیر شرایط نامناسب محیطی امکان تخریب آن وجود دارد. سولفاته بتن یکی از همین شرایط مخرب در محیط‌های سخت است که قادر است تا کل ماهیت سازه بتنی را تهدید کرده و حتی به خرابی ساختمان بیانجامد.

حمله سولفات به بتن از مشکلات رایج در دنیای مهندسی عمران و سازه‌های بتنی است. این تهاجم آرام و پیوسته و کاملاً نامحسوس آغاز می‌شود، اما در شرایطی ناهمگون کل ساختار بتن را در بر می‌گیرد. از نگاه کلی حمله سولفات به بتن در اثر حرکت یون‌های سولفات در داخل بتن و برقراری ترکیب شیمیایی با آلومینات‌های داخل بتن ایجاد می‌شود. این ترکیب شیمیایی با عنوان سولفاته بتن می‌شناسیم که به ‌شدت حالت انقباضی دارد. حالتی که از درون به بخش‌های سطحی بتن فشار وارد کرده و منجر به ترکیدن ساختار متراکم بتن خواهد شد. قطعاً تخریب نهایی پس‌ از سولفاته بتن غیر قابل بازگشت است و باید تا قبل‌ از رخداد چنین تهاجم‌هایی از احتمال وقوع آن جلوگیری کنیم. در این مقاله از گروه مت سل موتور جستجوی تخصصی صنعت ساختمان به بررسی علت سولفاته بتن می‌پردازیم و این تهاجم آهسته اما خطرناک را از منظر فنی و عملیاتی بررسی می‌کنیم. اگر قصد خرید قطعه بتنی دارید همکاران ما در کنار شما هستند تا راهنمایتان کنند.

سولفاته بتن

سولفاته بتن چیست؟

سولفاته بتن نوعی تهدید شیمیایی بتن است که در اثر مواجه شدن بتن با نمک‌های قلیایی ایجاد می‌شود. سولفات‌های سدیم، کلسیم، منیزیم و... ترکیبات نمکی قلیایی هستند که به مقدار قابل ‌توجه در انواع خاک‌ها و آب‌ها حضور دارند. این نمک‌های قلیایی توان ایجاد واکنش‌های شیمیایی با آهک و یا آلومینات موجود در سیمان را دارند. ترکیب شیمیایی آنها با سیمان منجر به پیدایش ترکیبات مانند کلسیم سولفو آلومینات و یا سدیم سولفو آلومینات می‌شود که در نهایت علت سولفاته شدن بتن هستند.

ماده شیمیایی ایجاد شده (کلسیم سولفو آلومینات و...) ترکیبی کاملاً حجیم است و پس ‌از تشکیل ساختار شیمیایی آن از داخل به جداره‌های بتن فشار می‌آورد که در مدت زمانی کوتاه منجر به ترک خوردن و شکست سنگین بتن می‌شوند. دلیل سولفاته بتن در اصل هر نوع تهاجم نمکی بتن است. سولفات‌های نمکی به مقدار زیاد در آب‌های زیر زمینی و یا خاک وجود دارند و در تماس دائمی با سطوح بتن قادر به تخریب بافت بتن هستند. بیشترین احتمال حمله سولفات به بتن برای سازه‌های دریایی است. این سازه‌ها کاملاً تحت تأثیر آب نمکی دریا قرار گرفته و مستعد حملات شدید سولفاته شدن هستند.

اقدامات عملیاتی در تقابل با سولفاته بتن

برای تقابل با تهاجم سولفات به بتن با دو رویکرد کلی مواجه هستیم. این دو رویکرد پیش ‌بینی تهاجم و یا بازسازی بتن تخریب شده ‌است. در بحث پیش‌ بینی مهندسین لازم است تا از قبل پتانسیل تهاجم نمک‌های قلیایی در محیط ساخت سازه را بررسی نمایند و از بتن‌های نفوذناپذیر برای ساخت سازه استفاده کنند. اما در صورت رخداد خرابی و ایجاد مشکلات ناشی از حمله سولفات لازم است تا تدابیر جدی بازسازی سازه با استفاده از بتن‌های نفوذناپذیر انجام شود.

اگر هر نوع تخریب بافت بتن مثلاً ایجاد ترک‌های عمیق به‌ علت حمله سولفات ها به بتن تشخیص داده شود، مراحل ترمیم بتن با استفاده از متریال‌های مقاوم در مقابل سولفاته شدن انجام می‌شود. بتن نفوذناپذیر، نوعی بتن است که در آن از نسبت آب به سیمان پایین استفاده‌ شده است. در عین ‌حال بهره‌مندی از سیمان‌های مخصوص پرتلند و یا خاکستر سرباره در ساختن بتن ترمیمی برای جلوگیری از نفوذ سولفاته بتن تأثیرگذار است.

عوامل سولفاته شدن بتن

عوامل متعددی در سولفاته شدن بتن تأثیرگذار هستند. از نگاه عینی هر نوع تهاجم نمک‌های قلیایی به داخل بتن علت سولفاته شدن بتن است. این نمک‌ها نیز تقریباً در هر جایی و در هر نوع خاک و یا آب وجود دارند و می‌توانند به ‌راحتی در داخل بافت بتن نفوذ کنند. علت سولفاته بتن را می‌توانیم در جایی از ساختار نامناسب بتن جستجو کنیم. در واقع هر علتی که ضریب احتمال افزایش تهاجم سولفاته را بالا ببرد، در فهرست خطرناک ما قرار می‌گیرد. این عوامل به قرار زیر هستند:

نفوذپذیری بتن

برخورد با نمک‌های قلیایی اجتناب‌ ناپذیر است، اما می‌توانیم از نفوذ این نمک‌ها در بافت بتن جلوگیری کنیم. اولین و قاعدتاً اصلی‌ترین دلیل سولفاته شدن بتن توانایی نفوذ نمک‌های قلیایی در داخل بافت بتن است. بتن‌ها با تخلخل زیاد احتمال نفوذپذیری بالایی دارند و کاملاً مستعد سولفاته بتن هستند.

غالباً ایجاد حباب‌های هوا حین شکل‌گیری بتن مهمترین عامل نفوذپذیری آن است که در مرحله ساخت‌ سازه و با اعمال روش‌های مهندسی شده مانند ویبره زنی می‌توان تا حد قابل ‌توجه از حضور حباب‌های هوا بکاهیم. در عین ‌حال ایجاد ترک‌ها بر اثر فشار مضاعف به بتن و یا تغییر کاربردی از دیگر عوامل مؤثر در نفوذپذیر شدن بتن هستند. این ترک ها جدی ترین علت سولفاته شدن بتن هستند.

دلیل سولفاته بتن

مواجهه با یون‌های سولفاته

برخورد با یون‌های سولفاته از دیگر دلایل سولفاته شدن بتن است. وقتی عامل خطر وجود ندارد و یا خیلی کم است، قاعدتاً حادثه‌ای رخ نخواهد داد. به‌ این‌ ترتیب هر اندازه محیط شکل‌گیری بتن حاوی مقادیر بیشتری از یون‌های سولفات نمکی باشد، احتمال رخداد حملات شدید این یون‌ها در بتن نیز بیشتر است. در بسیاری از مکان‌ها با محیط‌ها مستعد حملات سولفاتی مواجه نیستیم. اما در بسیاری از اقلیم‌ها خصوصاً مناطق ساحلی گاهاً تحت تأثیر شرایط محیطی قرار داریم. در چنین شرایطی با استفاده از انواع تکنیک‌های کاور بتن می‌توانیم از تأثیر حمله سولفات به بتن بکاهیم.

وجود عوامل واکنش پذیر در سیمان

هر اندازه در ترکیب بتن از سیمان‌های حساس‌تر با تمایل واکنش‌ پذیری بالاتری استفاده شود، احتمال سولفاته شدن نیز بالاتر است. برخی از سیمان‌ها ذاتاً علاقه دارند تا با نمک‌های سولفاته واکنش شیمیایی داشته باشند و همین تمایل یک عامل جدی دلیل سولفاته بتن است. در این سیمان‌ها عوامل واکنش پذیر مانند C35 وجود دارد که با رقیق‌ترین محیط‌های نمکی نیز پیوندهای شدید شیمیایی ایجاد می‌کنند. بهره‌مندی از سیمان‌ها با واکنش‌ پذیری کم در جلوگیری از حمله سولفات به بتن کاملاً تأثیرگذار است.

راهکارهایی برای جلوگیری از حمله سولفات به بتن

پیشگیری همواره بهترین راهکار در مقابل عوامل مخرب مانند حمله سولفات به انواع بتن است. قاعدتاً نمی‌توانیم از حضور عناصر محیطی در اطراف سازه بتنی جلوگیری کنیم. شرایط آب‌وهوایی و یا مواجهه با خاک‌ها دارای نمک‌های سولفاتی الزامی فراتر از خواست ما هستند. اما می‌توانیم با ارائه راهکارهایی از احتمال تهاجم سولفاته بتن بکاهیم.

یک راه‌حل مؤثر ساخت بتن‌های مقاوم‌تر است. برای پیشگیری از تأثیر مخرب سولفات‌ها و افزایش دوام بتن توصیه شده‌ است که از سیمان‌های مقاوم‌تر که حساسیت کمتری برای واکنش پذیری با سولفات‌ها دارند، در مراحل شکل‌گیری بتن استفاده کنید. استفاده از سیمان‌های پرتلند تیپ ۲ و یا تیپ ۵ به ‌جای سیمان پرتلند تیپ ۱ ایده‌ی هوشمندانه‌ای است.

سیمان‌های پرتلند تیپ ۲ یا تیپ ۵ از درصد کمتری آلومینیت برخوردار هستند که احتمال واکنش‌پذیری با نمک‌های قلیایی را به مقدار قابل ‌توجهی کاهش می‌دهد.

راهکار دیگر بهره‌مندی از ترکیبات برای افزایش مقاومت بتن در مواجهه با تهاجم سولفات‌های نمکی است. مثلاً می‌توانیم از مصالح مانند خاکسترهای بادی، میکرو سیلیس‌ها و یا ترکیبات پوزولانی به ‌عنوان جایگزین سیمان و یا جایگزین درصدی از سیمان به‌ منظور افزایش مقاومت بتن در مقابل تهاجمات سولفات‌ها استفاده کنیم.

اهمیت مقاوم سازی بتن در تقابل با سولفات در چیست؟

شناسایی عوامل سولفاته بتن دشوار نیست و می‌توانیم در حین ساخت سازه شرایط آینده محیط و ماهیت عملیاتی سازه را پیش ‌بینی کنیم. به ‌هر حال هر مهندس آگاه از قبل نسبت ‌به شرایط محیطی و تهدیدهای اقلیمی منطقه آگاهی کافی دارد. لذا مهم است که بتن با ویژگی‌های مقاوم در مقابل شرایط محیطی مانند حملات سولفاته شدن را تهیه کرده باشیم.

حمله سولفات به بتن جریانی مخرب و حتی غیر قابل کنترل است که به ‌سرعت ماهیت فیزیکی سازه‌های بتنی را تهدید می‌کند. دامنه تخریب سولفاته گسترده است و مقدار تخریب ایجاد شده نیز معمولاً غیر قابل ترمیم است. لذا توصیه شده ‌است تا حد ممکن با در نظر داشتن تهدید سولفاته شدن بتن برای ساخت سازه‌های عمرانی اقدام کنید. بنابراین لازم است تا با بررسی شرایط اقلیمی نسبت ‌به اضافه شدن پوزولانی‌ها و یا مواد معدنی در ترکیبات بتن دست به کار شوید.

روش‌های جلوگیری از سولفاته شدن بتن

برای جلوگیری از سولفاته بتن دو راهکار پیشگیری و ترمیمی پیش روی ما است که در ادامه این مبحث از این روش‌ها صحبت می‌کنیم.

  • روش اول؛ اقدامات پیشگیرانه با استفاده از مصالح مناسب ساخت بتن:

در توضیحات مقدماتی همین مقاله از حساسیت سیمان‌ها در سولفاته شدن صحبت کردیم. در ادامه متذکر شدیم که سیمان‌های تیپ ۲ و ۵ به ‌علت بهره‌مندی کمتر از آلومینیت احتمال مواجه شدن با حملات سولفاته را کاهش می‌دهند. لذا استفاده از سیمان‌های ضد سولفات اولین اقدام پیشگیرانه است. در این سیمان‌ها شانس اثربخشی نمک‌های قلیایی بسیار ناچیز است و این نمک‌ها نمی‌توانند در بافت متراکم بتن بلورهای اترینگایت ایجاد کنند. به ‌این ‌ترتیب هیچ عامل انبساطی در اثر سولفاته شدن بتن وجود ندارد.

اما استفاده از سیمان تیپ ۵ خود به‌ تنهایی چالش‌هایی به‌ همراه دارد. زیرا این سیمان‌ها در مقابل یون کلر به‌ شدت واکنش پذیر هستند و شرایط خوردگی آرماتورها را تشدید می‌کنند. بنابراین توصیه شده ‌است تا در محیط‌هایی که هم‌زمان تحت تأثیر یون کلر و سولفات‌های نمکی هستند، از سیمان تیپ ۵ برای ساختن بتن استفاده نکنید. در چنین شرایطی بهره‌مندی از سیمان تیپ ۲ بهترین گزینه است.

  • روش دوم، اقدامات پیشگیرانه پس از ساخت بتن: اگر به هر دلیل بتن تهیه شده شرایط کافی مقاومت در برابر تهاجم‌های سولفاته شدن را ندارد و یا قرار است مقاوم سازی بیشتری را اعمال کنید، می‌توانید از تکنیک‌های آب‌بندی بتن برای جلوگیری از سولفاته بتن استفاده کنید. آب‌بندی بتن خود به دو روش انجام می‌شود.
  • آب‌بندی در مراحل اولیه بتن: در این روش قرار است حین ساخت بتن از ترکیب مصالح ضد آب در بتن استفاده کنیم. آب‌بندی اولیه بتن با افزودن ترکیبات مانند ژل میکرو سیلیس و یا مواد کاهنده آب و حتی ترکیبات از افزودنی‌های پوزولانی انجام می‌شود. با اضافه شدن این متریال‌ها به مصالح ساخت بتن قابلیت سازه در مواجهه با محیط‌های مرطوب افزایش پیدا می‌کند.
  • آب‌بندی ثانویه بتن: این نوع آب‌بندی در مراحل پس ‌از ساخت سازه‌های بتنی انجام می‌شود و نوعی کاور سازی سطوح بتنی با استفاده از انواع عایق‌های آب‌بند کننده است. در این روش از انواع پوشش‌ها مانند قیر، آسفالت، ایزوگام، چسب‌های ضد آب و مواد پلیمری برای آب‌بند کردن بتن استفاده می‌کنند.

اقدامات برای ترمیم بتن سولفاته شده

بتن سولفاته شده در معرض تخریب کامل نمک‌های سولفاتی قرار گرفته است. این بدان معنی است که یا اصلاً اقدام پیشگیرانه صورت نگرفته و یا این اقدامات در اثر گذشت زمان و یا شکستگی بتن و... تخریب شده‌اند. در هر صورت بتن سولفاته شده در معرض تخریب کلی است و باید برای ترمیم سریع و دقیق آن اقدام کنیم.

برای ترمیم بتن آسیب‌ دیده در ابتدا لازم است تا اقداماتی به جهت پیشگیری از تداوم تأثیر نمک‌های قلیایی انجام دهید. سپس با اطمینان از اینکه دیگر تحت تأثیر شرایط مخرب سولفاته نیستید، می‌توانید از روش‌های مؤثر ترمیم بتن و یا کاور سازی استفاده کنید.

لازم است تا در ابتدا تمامی منابع حملات سولفاته شدن را شناسایی کرده و پاک‌سازی کنید. پاک‌سازی عمیق بتن از نمک‌های قلیایی در این مرحله انجام می‌شود. منابع حملات سولفاته شدن نیز می‌تواند وجود حفره‌ها، شکاف‌ها، درزها و یا شکستگی‌های بتن باشد که پس‌ از پاکسازی باید برای ترمیم آنها با استفاده از سیمان پرتلند تیپ ۲ و یا تیپ ۵ در صورت عدم تهدید شرایط کلرید استفاده کنید.

حمله سولفات به بتن چه تأثیرات مخربی دارد؟

تهاجم نمکی با نفوذ سولفات‌های قلیایی در بافت بتن به تخریب‌های گسترده می‌انجامد که ممکن است به شکل‌های زیر ظاهر شوند:

  • واکنش شیمیایی هیدروکسید کلسیم و تبدیل آن به سولفات کلسیم که ماده‌ای انقباضی است و باعث تورم بتن می‌شود.
  • واکنش آلومینات‌ها به اترینگایت‌ها که بلورهایی حجیم شده هستند و باعث تخریب بتن می‌شوند.
  • واکنش شیمیایی تجزیه ترکیب C-S-H که باعث نرم شدن بافت بتن شده و منجر به کاهش مقاومت نهایی بتن خواهد شد.

توجه کنید که نوع حمله نمک‌های سولفات سدیم و سولفات کلسیم در بتن متفاوت است. اثر سولفاته بتن در اثر تهاجم سولفات کلسیم تقریباً ناچیز است و منجر به واکنش هیدروکسید به سولفات خواهد شد و تنها اثر آن انقباض و ترک خوردن بتن است. اما نمک‌های سولفات سدیم منجر به زنجیره واکنش‌های مخرب آلومینات نیز می‌شوند که تأثیری کاملاً مخرب در ساختار کلی بتن دارد. جالب است بدانید که نمک‌های سولفات منیزیم از هر دو نمک قبلی خطرناک‌تر است و عملاً تمامی واکنش‌های سولفاته شدن و یا تشکیل اترینگایت‌ها و تجزیه ترکیب C-S-H اتفاق می‌افتد. وجود نمک‌های سولفات منیزیم منجر به خمیری شدن بافت بتن خواهد شد.

مزایای استفاده از سیمان ضد سولفات

از نگاه کلی مقدار مقاومت بتن در برابر حملات سولفاته شدن کاملاً وابسته به مقدار حساسیت بتن در مقابل نمک‌های قلیایی است. به ‌منظور افزایش مقاومت بتن می‌توانیم از حضور مؤثر سیمان‌های ضد سولفات نیز استفاده کنیم. مزایا و ویژگی‌های این سیمان‌ها در تقابل با سولفاته بتن به قرار زیر است:

  • نفوذپذیری بسیار کم
  • کارایی بالا به دلیل جذب مؤثر هیدروکسید کلسیم
  • تشکیل بافت سطحی یکنواخت
  • ایجاد مقاومت شیمیایی بهتر در برابر حملات شیمیایی
  • قابلیت جلوگیری از خوردگی میلگردها در بتن
  • تولید کمتر گرمای هیدراتاسیون
  • افزایش سرعت گیرش بتن

سولفاته بتن؛ خطری جدی

سولفاته بتن به‌ تنهایی خطر جدی برای سازه‌های بتن مسلح است که می‌تواند ماهیت فیزیکی و عملیاتی سازه‌ها را تهدید کند. اما در نظر داشته باشید که تمامی نمک‌های سولفاته تنها به شکل محلول قادر به نفوذ در بتن و تأثیر مخرب سولفاته شدن دارند. لذا یک راهکار کاملاً مؤثر جلوگیری از سولفاته بتن و یا جلوگیری از هر نوع تهاجم نمکی، ممانعت از نفوذ آب و رطوبت است. کافی است سطح بتن از کاور مناسب پوشیده شده و یا در اطراف سازه محل مناسب جمع‌آوری و تخلیه آب وجود داشته باشد تا به راحتی از اثر آب در سازه‌های بتنی جلوگیری کنیم. بنابراین اگر در هر اقلیمی و در هر نوع شرایط سازه‌ای برای هر نوع تأثیر سولفاته بتن اقدام می‌کنید، در همان قدم نخست هوشمندانه برای حذف مناسب آب و رطوبت اقدام نمایید. اگر می‌خواهید بدانید که بتن خوبه چه ویژگی‌هایی دارد این مقاله را از دست ندهید

چرا بتن سولفاته می‌شود؟ / راهنمای جامع دلایل سولفاته بتن

بتن در عین مقاوم بودن مصالح حساسی است که تحت تأثیر شرایط نامناسب محیطی امکان تخریب آن وجود دارد. سولفاته بتن یکی از همین شرایط مخرب در محیط‌های سخت است که قادر است تا کل ماهیت سازه بتنی را تهدید کرده و حتی به خرابی ساختمان بیانجامد.

حمله سولفات به بتن از مشکلات رایج در دنیای مهندسی عمران و سازه‌های بتنی است. این تهاجم آرام و پیوسته و کاملاً نامحسوس آغاز می‌شود، اما در شرایطی ناهمگون کل ساختار بتن را در بر می‌گیرد. از نگاه کلی حمله سولفات به بتن در اثر حرکت یون‌های سولفات در داخل بتن و برقراری ترکیب شیمیایی با آلومینات‌های داخل بتن ایجاد می‌شود. این ترکیب شیمیایی با عنوان سولفاته بتن می‌شناسیم که به ‌شدت حالت انقباضی دارد. حالتی که از درون به بخش‌های سطحی بتن فشار وارد کرده و منجر به ترکیدن ساختار متراکم بتن خواهد شد. قطعاً تخریب نهایی پس‌ از سولفاته بتن غیر قابل بازگشت است و باید تا قبل‌ از رخداد چنین تهاجم‌هایی از احتمال وقوع آن جلوگیری کنیم. در این مقاله از گروه مت سل موتور جستجوی تخصصی صنعت ساختمان به بررسی علت سولفاته بتن می‌پردازیم و این تهاجم آهسته اما خطرناک را از منظر فنی و عملیاتی بررسی می‌کنیم. اگر قصد خرید قطعه بتنی دارید همکاران ما در کنار شما هستند تا راهنمایتان کنند.

سولفاته بتن

سولفاته بتن چیست؟

سولفاته بتن نوعی تهدید شیمیایی بتن است که در اثر مواجه شدن بتن با نمک‌های قلیایی ایجاد می‌شود. سولفات‌های سدیم، کلسیم، منیزیم و... ترکیبات نمکی قلیایی هستند که به مقدار قابل ‌توجه در انواع خاک‌ها و آب‌ها حضور دارند. این نمک‌های قلیایی توان ایجاد واکنش‌های شیمیایی با آهک و یا آلومینات موجود در سیمان را دارند. ترکیب شیمیایی آنها با سیمان منجر به پیدایش ترکیبات مانند کلسیم سولفو آلومینات و یا سدیم سولفو آلومینات می‌شود که در نهایت علت سولفاته شدن بتن هستند.

ماده شیمیایی ایجاد شده (کلسیم سولفو آلومینات و...) ترکیبی کاملاً حجیم است و پس ‌از تشکیل ساختار شیمیایی آن از داخل به جداره‌های بتن فشار می‌آورد که در مدت زمانی کوتاه منجر به ترک خوردن و شکست سنگین بتن می‌شوند. دلیل سولفاته بتن در اصل هر نوع تهاجم نمکی بتن است. سولفات‌های نمکی به مقدار زیاد در آب‌های زیر زمینی و یا خاک وجود دارند و در تماس دائمی با سطوح بتن قادر به تخریب بافت بتن هستند. بیشترین احتمال حمله سولفات به بتن برای سازه‌های دریایی است. این سازه‌ها کاملاً تحت تأثیر آب نمکی دریا قرار گرفته و مستعد حملات شدید سولفاته شدن هستند.

اقدامات عملیاتی در تقابل با سولفاته بتن

برای تقابل با تهاجم سولفات به بتن با دو رویکرد کلی مواجه هستیم. این دو رویکرد پیش ‌بینی تهاجم و یا بازسازی بتن تخریب شده ‌است. در بحث پیش‌ بینی مهندسین لازم است تا از قبل پتانسیل تهاجم نمک‌های قلیایی در محیط ساخت سازه را بررسی نمایند و از بتن‌های نفوذناپذیر برای ساخت سازه استفاده کنند. اما در صورت رخداد خرابی و ایجاد مشکلات ناشی از حمله سولفات لازم است تا تدابیر جدی بازسازی سازه با استفاده از بتن‌های نفوذناپذیر انجام شود.

اگر هر نوع تخریب بافت بتن مثلاً ایجاد ترک‌های عمیق به‌ علت حمله سولفات ها به بتن تشخیص داده شود، مراحل ترمیم بتن با استفاده از متریال‌های مقاوم در مقابل سولفاته شدن انجام می‌شود. بتن نفوذناپذیر، نوعی بتن است که در آن از نسبت آب به سیمان پایین استفاده‌ شده است. در عین ‌حال بهره‌مندی از سیمان‌های مخصوص پرتلند و یا خاکستر سرباره در ساختن بتن ترمیمی برای جلوگیری از نفوذ سولفاته بتن تأثیرگذار است.

عوامل سولفاته شدن بتن

عوامل متعددی در سولفاته شدن بتن تأثیرگذار هستند. از نگاه عینی هر نوع تهاجم نمک‌های قلیایی به داخل بتن علت سولفاته شدن بتن است. این نمک‌ها نیز تقریباً در هر جایی و در هر نوع خاک و یا آب وجود دارند و می‌توانند به ‌راحتی در داخل بافت بتن نفوذ کنند. علت سولفاته بتن را می‌توانیم در جایی از ساختار نامناسب بتن جستجو کنیم. در واقع هر علتی که ضریب احتمال افزایش تهاجم سولفاته را بالا ببرد، در فهرست خطرناک ما قرار می‌گیرد. این عوامل به قرار زیر هستند:

نفوذپذیری بتن

برخورد با نمک‌های قلیایی اجتناب‌ ناپذیر است، اما می‌توانیم از نفوذ این نمک‌ها در بافت بتن جلوگیری کنیم. اولین و قاعدتاً اصلی‌ترین دلیل سولفاته شدن بتن توانایی نفوذ نمک‌های قلیایی در داخل بافت بتن است. بتن‌ها با تخلخل زیاد احتمال نفوذپذیری بالایی دارند و کاملاً مستعد سولفاته بتن هستند.

غالباً ایجاد حباب‌های هوا حین شکل‌گیری بتن مهمترین عامل نفوذپذیری آن است که در مرحله ساخت‌ سازه و با اعمال روش‌های مهندسی شده مانند ویبره زنی می‌توان تا حد قابل ‌توجه از حضور حباب‌های هوا بکاهیم. در عین ‌حال ایجاد ترک‌ها بر اثر فشار مضاعف به بتن و یا تغییر کاربردی از دیگر عوامل مؤثر در نفوذپذیر شدن بتن هستند. این ترک ها جدی ترین علت سولفاته شدن بتن هستند.

دلیل سولفاته بتن

مواجهه با یون‌های سولفاته

برخورد با یون‌های سولفاته از دیگر دلایل سولفاته شدن بتن است. وقتی عامل خطر وجود ندارد و یا خیلی کم است، قاعدتاً حادثه‌ای رخ نخواهد داد. به‌ این‌ ترتیب هر اندازه محیط شکل‌گیری بتن حاوی مقادیر بیشتری از یون‌های سولفات نمکی باشد، احتمال رخداد حملات شدید این یون‌ها در بتن نیز بیشتر است. در بسیاری از مکان‌ها با محیط‌ها مستعد حملات سولفاتی مواجه نیستیم. اما در بسیاری از اقلیم‌ها خصوصاً مناطق ساحلی گاهاً تحت تأثیر شرایط محیطی قرار داریم. در چنین شرایطی با استفاده از انواع تکنیک‌های کاور بتن می‌توانیم از تأثیر حمله سولفات به بتن بکاهیم.

وجود عوامل واکنش پذیر در سیمان

هر اندازه در ترکیب بتن از سیمان‌های حساس‌تر با تمایل واکنش‌ پذیری بالاتری استفاده شود، احتمال سولفاته شدن نیز بالاتر است. برخی از سیمان‌ها ذاتاً علاقه دارند تا با نمک‌های سولفاته واکنش شیمیایی داشته باشند و همین تمایل یک عامل جدی دلیل سولفاته بتن است. در این سیمان‌ها عوامل واکنش پذیر مانند C35 وجود دارد که با رقیق‌ترین محیط‌های نمکی نیز پیوندهای شدید شیمیایی ایجاد می‌کنند. بهره‌مندی از سیمان‌ها با واکنش‌ پذیری کم در جلوگیری از حمله سولفات به بتن کاملاً تأثیرگذار است.

راهکارهایی برای جلوگیری از حمله سولفات به بتن

پیشگیری همواره بهترین راهکار در مقابل عوامل مخرب مانند حمله سولفات به انواع بتن است. قاعدتاً نمی‌توانیم از حضور عناصر محیطی در اطراف سازه بتنی جلوگیری کنیم. شرایط آب‌وهوایی و یا مواجهه با خاک‌ها دارای نمک‌های سولفاتی الزامی فراتر از خواست ما هستند. اما می‌توانیم با ارائه راهکارهایی از احتمال تهاجم سولفاته بتن بکاهیم.

یک راه‌حل مؤثر ساخت بتن‌های مقاوم‌تر است. برای پیشگیری از تأثیر مخرب سولفات‌ها و افزایش دوام بتن توصیه شده‌ است که از سیمان‌های مقاوم‌تر که حساسیت کمتری برای واکنش پذیری با سولفات‌ها دارند، در مراحل شکل‌گیری بتن استفاده کنید. استفاده از سیمان‌های پرتلند تیپ ۲ و یا تیپ ۵ به ‌جای سیمان پرتلند تیپ ۱ ایده‌ی هوشمندانه‌ای است.

سیمان‌های پرتلند تیپ ۲ یا تیپ ۵ از درصد کمتری آلومینیت برخوردار هستند که احتمال واکنش‌پذیری با نمک‌های قلیایی را به مقدار قابل ‌توجهی کاهش می‌دهد.

راهکار دیگر بهره‌مندی از ترکیبات برای افزایش مقاومت بتن در مواجهه با تهاجم سولفات‌های نمکی است. مثلاً می‌توانیم از مصالح مانند خاکسترهای بادی، میکرو سیلیس‌ها و یا ترکیبات پوزولانی به ‌عنوان جایگزین سیمان و یا جایگزین درصدی از سیمان به‌ منظور افزایش مقاومت بتن در مقابل تهاجمات سولفات‌ها استفاده کنیم.

اهمیت مقاوم سازی بتن در تقابل با سولفات در چیست؟

شناسایی عوامل سولفاته بتن دشوار نیست و می‌توانیم در حین ساخت سازه شرایط آینده محیط و ماهیت عملیاتی سازه را پیش ‌بینی کنیم. به ‌هر حال هر مهندس آگاه از قبل نسبت ‌به شرایط محیطی و تهدیدهای اقلیمی منطقه آگاهی کافی دارد. لذا مهم است که بتن با ویژگی‌های مقاوم در مقابل شرایط محیطی مانند حملات سولفاته شدن را تهیه کرده باشیم.

حمله سولفات به بتن جریانی مخرب و حتی غیر قابل کنترل است که به ‌سرعت ماهیت فیزیکی سازه‌های بتنی را تهدید می‌کند. دامنه تخریب سولفاته گسترده است و مقدار تخریب ایجاد شده نیز معمولاً غیر قابل ترمیم است. لذا توصیه شده ‌است تا حد ممکن با در نظر داشتن تهدید سولفاته شدن بتن برای ساخت سازه‌های عمرانی اقدام کنید. بنابراین لازم است تا با بررسی شرایط اقلیمی نسبت ‌به اضافه شدن پوزولانی‌ها و یا مواد معدنی در ترکیبات بتن دست به کار شوید.

روش‌های جلوگیری از سولفاته شدن بتن

برای جلوگیری از سولفاته بتن دو راهکار پیشگیری و ترمیمی پیش روی ما است که در ادامه این مبحث از این روش‌ها صحبت می‌کنیم.

  • روش اول؛ اقدامات پیشگیرانه با استفاده از مصالح مناسب ساخت بتن:

در توضیحات مقدماتی همین مقاله از حساسیت سیمان‌ها در سولفاته شدن صحبت کردیم. در ادامه متذکر شدیم که سیمان‌های تیپ ۲ و ۵ به ‌علت بهره‌مندی کمتر از آلومینیت احتمال مواجه شدن با حملات سولفاته را کاهش می‌دهند. لذا استفاده از سیمان‌های ضد سولفات اولین اقدام پیشگیرانه است. در این سیمان‌ها شانس اثربخشی نمک‌های قلیایی بسیار ناچیز است و این نمک‌ها نمی‌توانند در بافت متراکم بتن بلورهای اترینگایت ایجاد کنند. به ‌این ‌ترتیب هیچ عامل انبساطی در اثر سولفاته شدن بتن وجود ندارد.

اما استفاده از سیمان تیپ ۵ خود به‌ تنهایی چالش‌هایی به‌ همراه دارد. زیرا این سیمان‌ها در مقابل یون کلر به‌ شدت واکنش پذیر هستند و شرایط خوردگی آرماتورها را تشدید می‌کنند. بنابراین توصیه شده ‌است تا در محیط‌هایی که هم‌زمان تحت تأثیر یون کلر و سولفات‌های نمکی هستند، از سیمان تیپ ۵ برای ساختن بتن استفاده نکنید. در چنین شرایطی بهره‌مندی از سیمان تیپ ۲ بهترین گزینه است.

  • روش دوم، اقدامات پیشگیرانه پس از ساخت بتن: اگر به هر دلیل بتن تهیه شده شرایط کافی مقاومت در برابر تهاجم‌های سولفاته شدن را ندارد و یا قرار است مقاوم سازی بیشتری را اعمال کنید، می‌توانید از تکنیک‌های آب‌بندی بتن برای جلوگیری از سولفاته بتن استفاده کنید. آب‌بندی بتن خود به دو روش انجام می‌شود.
  • آب‌بندی در مراحل اولیه بتن: در این روش قرار است حین ساخت بتن از ترکیب مصالح ضد آب در بتن استفاده کنیم. آب‌بندی اولیه بتن با افزودن ترکیبات مانند ژل میکرو سیلیس و یا مواد کاهنده آب و حتی ترکیبات از افزودنی‌های پوزولانی انجام می‌شود. با اضافه شدن این متریال‌ها به مصالح ساخت بتن قابلیت سازه در مواجهه با محیط‌های مرطوب افزایش پیدا می‌کند.
  • آب‌بندی ثانویه بتن: این نوع آب‌بندی در مراحل پس ‌از ساخت سازه‌های بتنی انجام می‌شود و نوعی کاور سازی سطوح بتنی با استفاده از انواع عایق‌های آب‌بند کننده است. در این روش از انواع پوشش‌ها مانند قیر، آسفالت، ایزوگام، چسب‌های ضد آب و مواد پلیمری برای آب‌بند کردن بتن استفاده می‌کنند.

اقدامات برای ترمیم بتن سولفاته شده

بتن سولفاته شده در معرض تخریب کامل نمک‌های سولفاتی قرار گرفته است. این بدان معنی است که یا اصلاً اقدام پیشگیرانه صورت نگرفته و یا این اقدامات در اثر گذشت زمان و یا شکستگی بتن و... تخریب شده‌اند. در هر صورت بتن سولفاته شده در معرض تخریب کلی است و باید برای ترمیم سریع و دقیق آن اقدام کنیم.

برای ترمیم بتن آسیب‌ دیده در ابتدا لازم است تا اقداماتی به جهت پیشگیری از تداوم تأثیر نمک‌های قلیایی انجام دهید. سپس با اطمینان از اینکه دیگر تحت تأثیر شرایط مخرب سولفاته نیستید، می‌توانید از روش‌های مؤثر ترمیم بتن و یا کاور سازی استفاده کنید.

لازم است تا در ابتدا تمامی منابع حملات سولفاته شدن را شناسایی کرده و پاک‌سازی کنید. پاک‌سازی عمیق بتن از نمک‌های قلیایی در این مرحله انجام می‌شود. منابع حملات سولفاته شدن نیز می‌تواند وجود حفره‌ها، شکاف‌ها، درزها و یا شکستگی‌های بتن باشد که پس‌ از پاکسازی باید برای ترمیم آنها با استفاده از سیمان پرتلند تیپ ۲ و یا تیپ ۵ در صورت عدم تهدید شرایط کلرید استفاده کنید.

حمله سولفات به بتن چه تأثیرات مخربی دارد؟

تهاجم نمکی با نفوذ سولفات‌های قلیایی در بافت بتن به تخریب‌های گسترده می‌انجامد که ممکن است به شکل‌های زیر ظاهر شوند:

  • واکنش شیمیایی هیدروکسید کلسیم و تبدیل آن به سولفات کلسیم که ماده‌ای انقباضی است و باعث تورم بتن می‌شود.
  • واکنش آلومینات‌ها به اترینگایت‌ها که بلورهایی حجیم شده هستند و باعث تخریب بتن می‌شوند.
  • واکنش شیمیایی تجزیه ترکیب C-S-H که باعث نرم شدن بافت بتن شده و منجر به کاهش مقاومت نهایی بتن خواهد شد.

توجه کنید که نوع حمله نمک‌های سولفات سدیم و سولفات کلسیم در بتن متفاوت است. اثر سولفاته بتن در اثر تهاجم سولفات کلسیم تقریباً ناچیز است و منجر به واکنش هیدروکسید به سولفات خواهد شد و تنها اثر آن انقباض و ترک خوردن بتن است. اما نمک‌های سولفات سدیم منجر به زنجیره واکنش‌های مخرب آلومینات نیز می‌شوند که تأثیری کاملاً مخرب در ساختار کلی بتن دارد. جالب است بدانید که نمک‌های سولفات منیزیم از هر دو نمک قبلی خطرناک‌تر است و عملاً تمامی واکنش‌های سولفاته شدن و یا تشکیل اترینگایت‌ها و تجزیه ترکیب C-S-H اتفاق می‌افتد. وجود نمک‌های سولفات منیزیم منجر به خمیری شدن بافت بتن خواهد شد.

مزایای استفاده از سیمان ضد سولفات

از نگاه کلی مقدار مقاومت بتن در برابر حملات سولفاته شدن کاملاً وابسته به مقدار حساسیت بتن در مقابل نمک‌های قلیایی است. به ‌منظور افزایش مقاومت بتن می‌توانیم از حضور مؤثر سیمان‌های ضد سولفات نیز استفاده کنیم. مزایا و ویژگی‌های این سیمان‌ها در تقابل با سولفاته بتن به قرار زیر است:

  • نفوذپذیری بسیار کم
  • کارایی بالا به دلیل جذب مؤثر هیدروکسید کلسیم
  • تشکیل بافت سطحی یکنواخت
  • ایجاد مقاومت شیمیایی بهتر در برابر حملات شیمیایی
  • قابلیت جلوگیری از خوردگی میلگردها در بتن
  • تولید کمتر گرمای هیدراتاسیون
  • افزایش سرعت گیرش بتن

سولفاته بتن؛ خطری جدی

سولفاته بتن به‌ تنهایی خطر جدی برای سازه‌های بتن مسلح است که می‌تواند ماهیت فیزیکی و عملیاتی سازه‌ها را تهدید کند. اما در نظر داشته باشید که تمامی نمک‌های سولفاته تنها به شکل محلول قادر به نفوذ در بتن و تأثیر مخرب سولفاته شدن دارند. لذا یک راهکار کاملاً مؤثر جلوگیری از سولفاته بتن و یا جلوگیری از هر نوع تهاجم نمکی، ممانعت از نفوذ آب و رطوبت است. کافی است سطح بتن از کاور مناسب پوشیده شده و یا در اطراف سازه محل مناسب جمع‌آوری و تخلیه آب وجود داشته باشد تا به راحتی از اثر آب در سازه‌های بتنی جلوگیری کنیم. بنابراین اگر در هر اقلیمی و در هر نوع شرایط سازه‌ای برای هر نوع تأثیر سولفاته بتن اقدام می‌کنید، در همان قدم نخست هوشمندانه برای حذف مناسب آب و رطوبت اقدام نمایید. اگر می‌خواهید بدانید که بتن خوبه چه ویژگی‌هایی دارد این مقاله را از دست ندهید