تاثیر قرار گیری حفره ها در بتن

در خمیرهای سیمانی آزمایشگاهی آب بند (با در بتن های حفاظت شده در برابر اثرات شسته شدن یا خشک شدن)، خروج سولفات از محلول حفره ای باز هم نشانگر حداکثر میزان غلظت هیدروکسید قلیایی نمی باشد. در عوض، با ادامه یافتن هیدراسیون، مقدار محدودی از آب حلال به تدریج تقلیل یافته و غلظت هیدروکسید قلیایی از حجم باقیمانده محلول حفره ای، افزایش می یابد.

غلظت نهایی یون های هیدروکسید موجود در محلول حفره ای در ملات ها و خمیرهای آب بند با یک نسبت w:c مشخص، دارای رابطه تنگاتنگی با محتوای قلیایی سیمان مورد استفاده می باشد. چند سال پیش، کلینیک بتن ایران مجموعه ای از تحلیل ها را از منابع مختلف برای محلول های به دست آمده از ملات ها و خمیرهای با نسبت w:c برابر 50/0 جمع آوری نموده و به چاپ رساند. کلیه این مواد در دمای اتاق برای دوره معمول 28 روز، هیدراته شدند و ترکیبات شیمیایی کلیه سیمان ها مورد استفاده در چاپ های اصلی گزارش گردید. نمودار غلظت یون OH- گزارش شده در برابر مقدار مواد قلیایی سیمان مورد استفاده، رسم گردیده و یک رابطه خطی بسیار خوب خصوصا با در نظر گرفتن اختلاف منابع داده ای، به دست آمد. مشخص شد که غلظت 28 روزه یون OH- (برحسب mol/l) در هر مورد، 7/0 برابر درصد Na2O معادل سیمان می باشد. بنابراین در بتن های شبه اصلی، خصوصا در سیمان های با خاصیت قلیایی بالا، ایجاد غلظت های هیدروکسید قلیایی نزدیک یا حتی بیشتر از mol/l 1 انتظار می رود، یعنی مقادیر pH در حد 14 می باشد.

محاسبه و مشخص گردید که به طور کلی حدود %80 مواد قلیایی موجود در سیمان های مختلف، در محلول های حفره ای نمونه های آب بند 28 روزه یافت می شوند. احتمالا بخشی از مواد قلیایی در مواد معدنی کلینکر که هنوز هیدراته نشده اند باقی مانده و مقداری از هیدروکسید قلیایی که در محلول بوده است، توسط اجزاء جامد خمیر سیمان، در درجه اول C-S-H، جذب شده است.

قرار گیری حفره ها در بتن

بررسی های دقیق تر این پدیده ها توسط کلینیک بتن ایران در بخش مقالات در وب سایت رسمی مهندسین مشاور مهرازان پایدار ارائه شده است. ایجاد غلظت های قلیایی در محلول های حفره ای سیمان های در حال هیدراته شدن به صورت محاسبه سرعت های آزاد سازی اجزاء قلیایی از سیمان ها و محاسبه ضرایب چسبندگی یون ها به محصولات هیدراسیون، توسط بروورز و وان مدلسازی شده است. روتستین و همکاران، ایجاد محلول های حفره را برحسب شاخص های اشباع یعنی درجه زیر اشباع یا فوق اشباع بودن از لحاظ ذرات جامد محاسبه شده موجود در هر مرحله براساس معادلات تعادل هیدراسیون، بررسی نموده اند که این معادلات اولین بار توسط تیلور به دست آمده است.

محلول های حفره ای غلیظ هیدروکسید قلیایی دارای هدایت الکتریکی بالایی می باشند. چنانکه بعدا بحث خواهد شد، روش های الکتریکی ارزیابی نفوذپذیری در خمیر سیمان، تحت تاثیر این مقادیر هدایت الکتریکی محلول حفره ای قرار دارند. سنیدر و همکاران، روشی را برای محاسبه هدایت الکتریکی این محلول های حفره ای از روی غلظت های مشخص هیدروکسید سدیم و پتاسیم پیشنهاد کرده اند. این روش مفید است چرا که عموما می توان محلول حفره ای کافی را از نمونه های آب بند برای انجام تحلیل شیمیایی به دست آورد، در حالی که الزاما مقدار کافی برای اندازه گیری هدایت الکتریکی قابل حصول نمی باشد.

چنانکه قبلا ذکر شد، بسیاری از بتن های جدید علاوه بر سیمان پرتلند مورد استفاده، اجزاء جامد مضاعف مختلفی را در بر دارند. اثر این مواد افزودنی عموما و نه همیشه کاهش غلظت های هیدروکسید قلیایی می باشد.

اغلب خاکسترهای بادی با کلسیم پایین تمایل به کاهش غلظت های هیدروکسید قلیایی محلول حفره ای دارند؛ با این وجود، روند معکوسی در مورد اغلب خاکسترهای بادی با کلسیم بسیار بالا یا خاکسترهای بادی حامل مقادیر قابل ملاحظه ای از قلیای موجود، مشاهده می شود. خلاصه ای از این اثرات توسط شهاتا و همکاران ارائه شده است.

اثر میکروسیلیس بر غلظت هیدروکسید قلیایی محلول های حفره ای نیز پیچیده می باشد. وجود میکروسیلیس منجر به افزایش جزئی غلظت های هیدروکسید سدیم در سنین اولیه می شود، اما پس از چند ساعت، اجام واکنش های بیشتر موجب کاهش غلظت های هیدروکسید قلیایی تا سطوح بسیار پایین تری می گردد. مشابه این سطوح کاهش یافته هیدروکسید قلیایی، توسط بسیاری از نویسندگان مثلا کاوامورا و همکاران مشاهده شده است. با این وجود، این اثر ممکن است پایدار نباشد. دوشسن و بروبه و نیز شهاتا و توماس دریافتند که پس از چند هفته نگهداری آب بند (بسته و نفوذناپذیر)، غلظت های هیدروکسید قلیایی مجددا شروع به افزایش می نمایند و افزایش های ثانویه مشاهده شده، اساسی می باشند. این افزایش ثانویه در غلظت هیدروکسید قلیایی از نظر دوام بلند مدت ممکن است نتایج غیرمنتظره ای به دنبال داشته باشد. این اثر هنگامی که هر دو ماده میکروسیلیس و خاکستر به طور همزمان استفاده شدند، مشخص نشد.

وجود سرباره، مقدار هیدروکسید قلیایی را به شدت کاهش می دهد که این اثر به ویژه مهم می باشد، چرا که نسبت سرباره ای که معمولا اضافه می شود، اساسی می باشد. وجود سنگ آهک آسیاب شده احتمالا بجز اثرات ناشی از رقیق شدگی سیمان، تاثیر چندانی نخواهد داشت.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
تفاوت شن و ماسه

تا حدی شگفت آور آن است که وجود مواد افزودنی ویژه حاوی فلز قلیایی سولفونات نفتالین خنثی شده با سدیم ممکن است به میزان قابل ملاحظه ای بر مقدار هیدروکسید قلیایی موجود در محلول حفره ای بیفزاید.

غلظت های هیدروکسید قلیایی و تغییرات آنها به صورت فوق، نشان دهنده محیط های نگهداری آب بند می باشند، یعنی محیط هایی که دارای تبادل آب و مواد محلول با محیط خارجی نمی باشند. در محیط های دنیای واقعی، محلول های حفره ای بتن می توانند متحمل تغییرات عمده ای در میزان آب، میزان اجزاء محلول و یا هر دو گردند.

بتن ها ممکن است در اثر قرارگیری در زیر آب یا بارش های مداوم، دچار آب شستگی گردند. حفرات موجود در چنین بتن هایی اگر قبلا کاملا اشباع نشده باشند، بر اثر آب اشباع می شوند و قرارگیری بلند مدت در محیط های مرطوب می تواند به کاهش عمده هیدروکسید قلیایی بر اثر شسته شدن از محلول حفره ای، منجر گردد.

یک اثر مشابه آب شستگی افلب در اثر مراقبت غیردقیق نمونه های کوچک در معرض شرایط اتاق مه در آزمایشگاه قابل مشاهده می باشد؛ بر اثر تماس پوست با هیدروکسید قلیایی تراوش یافته، احساس نامطلوب لزج و صابونی ایجاد می شود.

برخلاف انتظار، مشخص شده است که خشک شدن جزئی بلندمدت در مقادیر نسبتا پایین رطوبت نسبی RH، خصوصا هنگامی که با کمی کربناسیون همراه شود، عمده هیدروکسید قلیایی محلول حفره ای در سیمان هیدراته را تثبیت نموده و غلظت موثر موجود در محلول های حفره ای را کاهش می دهد. پس از این تثبیت در اثر شرایط محیطی، حل مجدد هیدروکسید قلیایی و بازگرداندن غلظت محلول حفره ای به مقدار اولیه آن در یک فرآیند اشباع مجدد بعدی، بسیار دشوار می باشد. این پدیده ممکن است لااقل تا حدی اثرات بسیار مفید خشک شدن در کاهش اثرات جاری ASR را توضیح دهد.

برخی بتن ها در محل، در معرض نمک (NaCl) قرار دارند که این شرایط ناشی از کاربرد نمک ها جهت یخ زدایی یا تماس با آب دریا یا پاشیدن نمک می باشد. مقداری از کلرید سدیم موجود در چنین محلول های نمک ممکن است به داخل محلول های حفره ای لایه های خارجی بتن نفوذ کرده و به صورت هیدروکسید سدیم اضافی در آنها ظاهر شود. تبدیل کلرید سدیم به هیدروکسید سدیم معمولا بر اثر به هم پیوستن یون های کلرید به صورت نمک فریدل اتفاق می افتد. در عین حال که افزایش غلظت یون هیدروکسید در جهت حفاظت از فولاد مفید می باشد، هرگونه ورود یون های آزاد کلریدی دارای اثر نامطلوب می باشد. این امر ممکن است چنانکه در مرجع 23 بیان شده است، منجر به خوردگی حفره ای گردد.

اثر دیگری که کمتر به آن توجه می شود ولی از اهمیت یکسانی برخوردار است، اثر کلرید حل شده در افزایش اثرات مخرب ASR می باشد.

نویسنده : کلینیک بتن ایران