توزیع مکانی حفرات در بتن ها

به نظر می رسد به طور کلی از آن چشم پوشی شده، اگر چه قبلا از آن نام برده شده است. برخی از خمیرهای سیمان در بسیاری از بتن های شبه اصلی، شامل وصله ها یا نواحی موضعی مشخصی می باشند که دارای تخلخل زیاد قابل مشاهده بوده و شامل دانه های درشت سیمان، در صورت وجود می باشند؛ این نواحی امیخته با نواحی دیگری هستند که به طور موضعی مملو از دانه های درشت سیمان بوده و تنها فضای حفره ای محدودی را از خود نشان می دهند. نمونه ای که در شکل 2-10 نشان داده شده، از یک بتن 28 روزه که با نسبت w:c برابر 45/0 در آزمایشگاه مخلوط شده، تهیه شده است. این نواحی (یا «وصله ها») با تخلخل موضعی به شدت متفاوت، توسط رایتر در ملات های آزمایشگاهی شناسایی شدند که برای الگوبرداری از ملات های مطالعه شده توسط وینسلو و همکاران، تهیه شده بودند، اما توسط آنها به صورت میکروسکوپی مورد بررسی قرار نگرفته بودند. نتایج MIP از این ملات ها که قبلا تفسیر شده بود، نفوذ و رد شدن از ITZها را برای ملات ها حاوی مقدار بالای ماسه، نشان داده بود.

شکل 2-10- نمونه ای از بخش های متخلخل و متراکم در یک بتن 28 روزه و با نسبت آب به سیمان 45/0

اندازه وصله های متخلخل، متغیر است ما معمولا عرض آنها برابر mµ200 می باشد؛ یعنی یک وصله تقریبا کروی با این ابعاد در بتن، شامل حجم خمیری معادل حدود m3µ 106×4 می باشد.
در بسیاری موارد، مرزهای میان وصله های متراکم و متخلخل مجاور یکدیگر، به طرز شگفت آوری مشخص و واضح می باشد.
شکل 2-11 چنین مرزی را در یک نمونه ملات هیدراته شده در آب آهک برای مدت زمان حدود 7 روز نشان می دهد. ملات نشان داده شده در واقع یکی از نمونه هایی است که در ابتدا توسط وینسلو و همکاران تهیه شده بود؛ بخشی از آن در سن 28 روزه برای آزمایش در MIP نمونه برداری شد و باقیمانده آن در آب آهک نگهداری گردید. در سال 2003، از این ملات مجددا نمونه برداری شد و در SEM مورد آزمایش قرار گرفت. مشاهده می شود که در عین حال که محصولات هیدراسیون در بلندمدت، ناحیه متراکم سمت راست را پر کرده اند و تنها چند حفره قابل مشاهده به جا مانده است، وصله متخلخل در سمت چپ برخلاف نگهداری بلندمدت در زیر آب، به طرز قابل توجهی بسیار متخلخل باقی مانده است.

شکل 2-11- مرز مشخص میان نواحی متخلخل و متراکم در ملات با نسبت آب به سیمان 45/0 هیدراته شده در آب آهک برای مدت تقریبی 7 سال. به پرشدگی اساسا کامل حفرات در خمیر متراکم در سمت راست مرز توجه نمایید.

نسبت وصله های متخلخل برای بتن هایی با نسبت های w:c بالاتر، به وضوح بیشتر می باشد. برای بتن های با نسبت های w:c حدود 4/0، یعنی کران پایین محدوده نسبت w:c در بتن های شبه اصلی، تعداد وصله های متخلخل نسبتا کم بوده و به طور کلی تمایل به جدایی از یکدیگر دارند. در مقابل، در بسیاری از بتن های با نسبت w:c بسیار بالا بررسی شده اند، نواحی متخلخل غالب بوده و تمایل به نفوذ را نشان می دهند؛ نواحی موضعی از خمیر متراکم، که از نظر ظاهری مشابه با نواحی متراکم در سمت راست شکل 2-11 می باشند؛ نیز یافت می شوند اما به نظر می رسد که آنها از یکدیگر جدا می باشند.
به ویژه در بتن های با نسبت w:c پایین تر، بسیاری از وصله های متخلخل همانند مثال نشان داده شده در شکل 2-10، از مرز دانه های ماسه تفکیک می شوند و البته برخی دیگر نیز به وضوح اینگونه نیستند. محدوده وصله های متخلخلی که از روی مرز دانه های ماسه تفکیک می شوند، حتی از بیشترین محدوده تخمینی ITZهای معمول نیز تجاوز می نمایند. باید توجه شود که اندازه چنین حفره های متخلخلی به اندازه بزرگی معمول فضاهای موجود بین بسیاری از دانه های ماسه در بتن ها می باشد.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
انواع ملات های ساختمانی شامل چه مواردی است؟
چسب بتن چیست

باید ذکر شود که اخیرا وانگ و بونفلد وجود وصله های متراکم و متخلخل را مورد سوال قرار داده و حضور آنها در SEM پس پراکنش را به یک محصول مصنوعی مربوط به نفوذ ناقص رزین اپوکسی مورد استفاده در SEM پس پراکنش، نسبت دادند. در عین حال که وجود وصله های متخلخل و متراکم مکمل یکدیگر در ابتدا در SEM پس پراکنش مشاهده شده است، اما این وصله ها به سادگی در آزمایش SEM الکترونی ثانویه از سطوح صیقل یافته و نیز در میکروسکوپی نوری فلوئورسنت مقاطع نازک، قابل مشاهده می باشند. به علاوه، چندین سال پیش، لندیس، ملاتی با روش اختلاط معمولی و w:c برابر 6/0 را با استفاده از یک ماسه بتنی ریزدانه (حداکثر اندازه در حدود mm4/0) تهیه نمود. بخشی از ملات به صورت استوانه ای به قطر mm4 قالب گیری شد و برای مدت حدود 30 روز با رطوبت عمل آوری گردید و سپس در مدت زمان مشابه در هوا خشک گردید. تکه کوچکی از آن شکسته و جدا شد و در آزمایشگاه ملی بروکهاون و در مرکز ملی نور سینکروترون، در معرض یک دسته پرتو سینکروترون قرار گرفت تا داده های مربوط به تصویر برداری پرتونگاری مقطعی محاسبه شده، به دست آید. این نتایج با کمال میل به صورت یک سری از تصاویر شامل تقریبا 500 تصویر متوالی پردازش شده هر یک به فاصله mµ2/1 در اختیار قرار گرفت. وضوح درون صفحه ای نیز برابر mµ2/1 پیکسل می باشد.

شکل 2-11، یکی از این قطعات را نشان می دهد. قسمت های بزرگتر و اغلب به رنگ خاکستری یکنواخت، دانه های ماسه می باشند. ذرات سفیدرنگ کوچکتر و مجزا از هم، به وضوح هسته های سیمانی هیدراته نشده باقیمانده هستند که توسط توده ذرات احاطه شده اند. مشاهده می شود که در گوشه چپ پایین تکه ملات (با علامت 'A')، وصله متراکمی شامل هسته های ذرات سیمان هیدراته نشده به صورت فشرده، وجود دارد. در قسمت بالا و اندکی به سمت راست این وصله که کاملا ا زآن متمایز می باشد، ناحیه ای از خمیر متخلخل با وضوح بیشتری که شامل هیچگونه سیمان غیر هیدراته نیست، قابل مشاهده می باشد. این تمایز در یک ساختار وصله متراکم/ وصله متخلخل در نمونه ملات لندیس، از اهمیت ویژه ای برخوردار است، چرا که این آزمایش شامل هیچگونه آماده سازی نمونه نبود و بنابراین وجود هرگونه محصول مصنوعی مربوط به آماده سازی نمونه، غیرممکن می باشد.

شکل 2-12- تصویر پرتونگاری محاسبه شده از صفحه ای از یک تصویر سه بعدی از ملاتی با نسبت آب به سیمان 45/0 خشک شده در هوا. ناحیه گوشه سمت چپ پایین ('A') یک بخش متراکم را تشکیل می دهد که با بخشی متخلخل ('B') از دانه ماسه بالای آن جدا شده است.

تاکنون شاید اولین تشخیص روشن انتشار یافته از وجود و اهمیت احتمالی چنین وصله های موضعی در بتن، توسط آیدورن ارائه شده باشد که براساس مشاهدات صورت گرفته در آزمایش های مقطع نازک فلوئورسنت از یک بتن دریایی در حال تخریب می باشد.
نسبت کلی w:c بتن در حدود 45/0 بود، اما آیدورن وصله های متخلخل و متراکم متمایزی را با نسبت های موضعی w:c بسیار متفاوت، مشاهده نمود که این مطلب از طریق شدت موضعی فلوئورسنت مشخص گردید. او برآورد نمود که وصله های متخلخل، نسبت های w:c موضعی متمایل به سمت 0/1 را از خود نشان داده اند؛ و در مقابل، وصله های متراکم نسبت های w:c موضعی تنها در حدود 20/0 را از خود نشان داده اند.
آیدرون توجه نمود که ساختار وصله ای، از «ریزوصله های» متخلخل و متراکمی ایجاد شده است که قبلا در بتن تازه وجود داشته اند. بررسی دقیق تصاویر SEM پس پراکنش از ملات های تازه آماده شده توسط کیلسن، که یکی از آنها در شکل 2-2 نشان داده شده است، ظاهرا این ایده را تایید می کند.

حفرات در بتن تازه

بررسی شکل 2-2، تجمع دانه های بزرگ سیمان در نواحی موضعی و یجاد نواحی دیگری با مقدار آب موضعی بیشتر را که تقریبا خالی از چنین دانه های سیمان هستند، نشان می دهد.
این بررسی ها، بر این امکان دلالت دارند که وصله های موضعی ممکن است به سادگی ناشی از عدم اختلاط کافی باشند. با این وجود، در تلاشی به منظور بررسی ویژه این فرضیه، به روشنی مشخص گردید که اختلاط طولانی مدت بتن تازه در یک مخلوط کن کارآمد، موجب از بین رفتن وصله های موضعی نمی گردد. به علاوه، تلاشی که اخیرا صورت گرفته نشان داده است که با کمال تعجب، پخش کامل بتن تازه بر اثر استفاده از مقدار بالای فوق روان کننده نیز، موجب از بین رفتن این وصله نشده است.
توضیحات و دلایل ممکن برای این یافته ها از نظر ظرفیت نفوذ بتن و جنبه های دوام، مطلبی است که همچنان باقی است و باید به آن پرداخته شود. آیدرون خرابی بتن دریایی را که خود آزمایش نموده است، به طور ویژه به ورود آسان یون های خارجی به داخل وصله های متخلخل نسبت می دهد. مقدار موجود وصله های متخلخل موضعی ومیزان اتصال آنها در ساختار سه بعدی بتن های معمولی، موضوعی است که قطعا در خور تحقیق و بررسی می باشد.

نویسنده : کلینیک بتن ایران