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

تغییرات میان بتن ها و بتن شبه اصلی

بتن های پیشرفته از نظر مشخصات مربوط به جنبه های مورد نظر در این مقاله وب سایت کلینیک بتن ایران، بسیار متنوع می باشند. در آغاز می توان گفت که بتن های طراحی شده برای کاربردهای مختلف، در حال حاضر با نسبت های w:c بسیار مختلفی تولید می شوند. نویسنده دارای تجربه شخصی بسیاری در بررسی و آزمودن بتن هایی می باشد که با نسبت های w:c برابر 8/0، 9/0 یا حتی بالاتر ریخته شده اند. از سوی دیگر، بتن های با عملکرد بالای جدید با نسبت های موثر آب به مواد سیمانی پایین تا حد 25/0 با موفقیت تولید می شوند. تغییرات خواص داخلی بتن از این تغییرات گسترده در نسبت w:c ناشی می شود.

ساختار شیمیایی سیمان پرتلند مورد استفاده در بتن، یک عامل وابسته دیگر می باشد؛ زیرا سیمان ها از نظر مشخصات شیمیایی دارای تغییرات قابل ملاحظه ای می باشند که این امر بر ساختار شیمیایی محلول حفره ای در حال ایجاد و تا حد کمتر بر ساختار خمیر تاثیرگذار می باشد. مقدار مشخصی از ترکیبات فرعی قلیایی (اغلب سولفات های پتاسیم یا سولفات های کلسیم پتاسیم) در یک سیمان مشخص، بر ساختار شیمیایی محلول حفره ای بتن به شدت اثر می گذارد.

یک ویزگی عجیب ساختار شیمیایی سیمان آن است که تفاوت های بسیار اندک در مقادیر تحلیل CaO، تفاوت های عمده ای را در نسبت های اجزاء سیلیکات کلسیم C3S و –C2Sβ ایجاد می نماید. 

سهم نسبی دو سیلیکات کلسیم اثر قابل ملاحظه ای بر ریزساختار خمیر اعمال می نماید. به طور مشابه، نسبت های فازهای شامل آلومینیم C3A و فریت (به شکل اسمی 'C4AF') در سیمان، بر سرعت و میزان تولید اترینگایت اثر می گذارند.

در اغلب کشورها، اضافه نمودن نسبت های کم اما بعضا قابل ملاحظه ای از اجزاء سیمانی غیر پرتلند (مانند سنگ آهک یا خاکستر بادی) در مشخصات سیمان پرتلند، مجاز می باشد. به علاوه، ضوابطی نیز معمولا برای سیمان های حاوی نسبت های بزرگ اجزاء سیمانی غیر پرتلند، در نظر گرفته می شود. این مواد افزودنی یقینا بر مشخصات داخلی چسباننده های تولید شده اثر می گذارند، چنانکه تولید کنندگان بتن وجود چنین موادی مانند میکروسیلیس، خاکستر بادی، سرباره، متاکائولین و مواد مشابه را مورد توجه قرار می دهند.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
سیمان چیست

تغییرات بین بتن ها و بتن شبه اصلی

مواد افزودنی شیمیایی، منشا ایجاد تغییرات بیشتری در بتن هستند. در عین حال که اغلب مواد افزودنی شیمیایی به منظور انجام کار خاص در بتن طراحی می شوند، گاهی اثرات مستقیم یا غیر مستقیم آنها بر ساختار شیمیایی محلول حفره ای و ریز ساختارها ممکن است قابل ملاحظه باشد.

اهمیت روزافزون بتن های پیش ساخته عمل آوری شده با بخار نیز تغییرات بیشتری را موجب می شود عمل آوری با بخار در دماهای متوسط، ایجاد هر دو مورد محلول های حفره ای و ریزساختارها را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد.

گروه نسبتا جدیدی از بتن خود تراکم (SCC) نیز در حال توسعه می باشد. ترکیبی از اصلاح کننده های لزجت، پخش کننده ها و پرکننده های معدنی که در این بتن ها وجود دارد، اثرات عمده ای بر محلول های حفره ای و ساختارهای خمیری دارند که بسیاری از این اثرات در حال بررسی و شناخت می باشند.

شمار زیاد اثرات مختلفی که ممکن است از این تغییرات پدید آیند، چه به صورت جداگانه و چه به صورت ترکیبی، امکان بحث پیرامون تمامی آنها را حتی در صورت وجود اطلاعات و داده ها، ناممکن می سازد. با این وجود، در بسیاری موارد، با انحراف و تغییر از الگوی معمولی که برای بتن «معمولی» وجود دارد، این اثرات قابل مشاهده می باشد. بنابراین، کلینیک بتن ایران در مقالات حاضر تنها با اشاره موردی به برخی از اثرات ایجاد شده توسط برخی از شمار زیاد تغییرات ممکن، به طور کلی بحث را به بتن های از نوع معمولی یا مرسوم، محدود ساخته است. برای اختصار، چنین بتن هایی با عنوان «بتن های شبه اصلی» نامیده می شوند که تعریف واژه «archetype» در واژه نامه عبارت است از «الگو یا مدل اصلی که چیزی از روی آن ساخته می شود».

معنی بتن های شبه اصلی عبارت است از بتن های مرسوم با سیمان پرتلند که به طور مناسب در محل یا در آزمایشگاه مخلوط و متراکم شده اند و دارای نسبت آب به سیمان 4/0 تا 6/0 بوده و از سیمان پرتلند «معمولی» با مصالح سنگی مرسوم ساخته شده اند. این بتن ها هیچگونه عمل آوری با بخار جهت هیدراته شدن را نداشته و دارای هیچگونه اجزاء تکمیلی دیگر نبوده و تنها شامل مقادیر کمینه اجزاء تکمیلی یا مقادیر متوسط مواد شیمیایی افزودنی مرسوم می باشند.

نویسنده : کلینیک بتن ایران

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

بررسی استفاده از ترکیب بتن در تاریخ جهان

هدف از این پژوهش در وب سایت کلینیک بتن ایران، گردآوری مجموعه ای از اطلاعات و بررسی ها در ارتباط با عناوین جاری مربوط به دوام بتن و ترکیبات سیمانی می باشد. ممکن است این پرسش منطقی مطرح گردد که امروزه که بتن و مصالح مرتبط با آن با موفقیت چشمگیری در پروژه های ساخت و ساز مهم مورد استفاده قرار گرفته است. در حقیقت، چندین سازه باستانی بتنی مانند پانتئون در روم، و سازه های بنایی با درزهای ملاتی مانند پل دره ای پونت دوگارد در نزدیکی نیم در جنوب فرانسه (شکل 1-1)، با کیفیت بسیار خوب تا به امروز باقی مانده اند. این مثال ها و نمونه های دیگری از کار ساخت و ساز رومی ها حاوی سیمان های هیدرولیکی ساخته شده از آهک و خاک آتشفشانی (یا آلومینوسیلیکات های شیشه ای مشابه که در مجموع تحت عنوان پوزولان ها نامیده می شوند، زیرا پوزولی در نزدیکی ناپلز، منبع طبیعی این مصالح بوده است)، حتی در موارد قرارگیری در معرض محیط های خورنده مرطوب، دوام قابل توجهی را از خود نشان داده اند. یک تصویر فوق العاده تهیه شده توسط دیوی که نشان دهنده بخشی از یک موج شکن رومی می باشد که در نزدیکی ناپلز به مدت دو هزاره (شکل 1-2) در معرض آب دریا بوده است، نشان می دهد که ملات درزهای متصل کننده بلوک های سنگی تا به امروز، بسیار بهتر از خود بلوک های سنگی که شدیدا خورده شده اند، دوام آورده و مقاومت نموده اند.

شکل 1-1- پونت دوگارد، بخشی از پل دره ای 50 کیلومتری ساخته شده توسط رومیان در قرن اول میلادی در نزدیکی «نایم» در جنوب فرانسه با درزهای ملاتی حاوی سیمان پوزولانی

شکل 1-2- یک موج شکن رومی ساخته شده در زمان «اپوس رتیکولاتوم»، با درزهای ملاتی حاوی یک سیمان پوزولانی

در عین حال که احتمالا رومی ها تا اواخر قرن سوم پیش از میلاد، راهکار تولید سیمان های هیدرولیکی پوزولانی بادوام را کشف کرده بودند، اما به نظر می رسد که خواص و ویژگی های ترکیبی این مصالح تا حدود 250 سال پیش تا حد زیادی ناشناخته بود تا اینکه جان اسمیتون (شکل 1-3)، اولین شخص انگلیسی که خود را مهندس عمران نامید، بررسی های سیستماتیکی را درباره رفتار ملات های حاوی آهک و پوزولان های حاصل از منابع مختلف، انجام داد. این کار، با هدف کاربردی انتخاب یک ترکیب بادوام از سیمان پوزولانی برای استفاده در ساخت ادیستون لایتهوس (59-1356) صورت گرفت و منجر به یافته های مهمی گردید که سرانجام منتشر گشت (اسمیتون، 1971) و مسیر را برای برخی پیشرفت ها در توسعه چسباننده های سیمان هیدرولیکی در طول نیم قرن بعدی و پس از آن، هموار نمود. برجسته ترین این پیشرفت ها، اختراع «سیمان پرتلند» بود که از طریق حرارت دادن مخلوط های مواد حاوی کلسیم (آهکی) و خاک رس (رسی) در دماهای بالای مناسب، تولید می شد. یک سیمان ترکیبی از این نوع در سال 1824، درست یک قرن پس از تولد اسمیتون، توسط یکی دیگر از ساکنان قبلی لیدز یعنی ژوزف اسپدین به ثبت رسید که نقش او (مانند اسمیتون) توسط لوحی آبی بر روی یکی ساختمان های شهر به یادگار گذاشته شده است (شکل 1-4).

شکل 1-3- یک لوح منقوش بر روی ساختمانی در لیدز به یادبود جان اسمیتون (1792-1724)

شکل 1-4- یک لوح منقوش بر روی ساختمانی در لیدز به یادبود جوزف اسپیدن (1855-1778)

مدرک مناسبی از دوام محصول تولید شده توسط اسپیدن در شکل 1-5 ارائه شده است که مجسمه ای ساخته شده از ملات مربوط به «کودکی ساموئل نبی» را نشان می دهد که تصور می شود در حدود سال 1850 توسط فرزند بزرگتر ژوزف یعنی جیمز اسپیدن ساخته شده باشد. این مجسمه در سال 1974 در فضای آزاد در باغ یورک شایر برادرزاده بزرگ ژوزف اسپیدن قرار داده شد. این مجسمه بدون تردید برای مدت بیش از یک قرن در معرض تغییرات آب و هوایی قرار داشته و بر روی آن پوششی از خزه و گلسنگ مشاهده شده است. جزئیات بیشتری از منشا این مجسمه در نوشته ای از بارفوت (1975) ارائه شده است که توسط مقاله ای طولانی از همین نویسنده کامل شده و درآن به داستان مربوط به ژوزف اسپیدن و دو پسرش، جیمز و ویلیام، که هر دو در توسه اولیه صنعت سیمان نقض داشته اند، پرداخته شده است (بارفوت، 1974).

شکل 1-5- «کودکی پیامبر ساموئل»، تندیسی ملاتی که گفته می شود توسط جیمز اسپیدن در حدود سال 1850 ساخته شده است.

امروزه تصور می شود که نسخهاولیه «سیمان پرتلند» اسپیدن مربوط به سال 1824 در دماهای بسیار پایین تر از حدی آتش می گرفته که بتواند امکان ایجاد شیشه ای شدن موثر میان اجزاء تشکیل دهنده را فراهم نماید و به این ترتیب، تولید سیمان های با حجم بالا و کیفیت مناسب نیازمند پیشرفت های بیشتر فناوری بوده است (یلزارد، 1998). با این وجود تا اواخر قرن نوزدهم، سیمان های پرتلند با مشخصات ترکیبات مواد مشابه انواع مواد امروزی، به میزان گسترده ای موجود بوده است و این امر موجب استفاده گسترده بتن برای توسعه بسیاری از پروژه های زیرساختی مهم دوران ویکتوریا در انگلستان شده است. دوباره این نکته آشکارا قابل ذکر است که از روی تعداد سازه های این دوران که تا امروز باقی مانده اند می توان دریافت کهدوام بتن سیمان پرتلند تا حد قابل توجهی خوب می باشد که به عنوان نمونه ای با شرایط بسیار خوب می توان از پل راه آهن گلنفینا نام برد که در سال 1897 توسط رابرت مک آلپین به عنوان بخشی از مسیر ویلیم به مالانیگ از بزرگراه وست هایلند در اسکاتلند ساخته شده است (شکل 1-6).

شکل 1-6- پل دره ای گلنفینا، یک پل راه آهن بتنی با 21 طاق که در سال 1897 در وست هایلند اسکاتلند ساخته شده است

در مقایسه با مثال نشان داده شده در شکل 1-6 باید تصدیق نمود که براساس گزارشات نشریات معاصر، برخی از سازه های جدید ما به طرز نسبتا نامطلوب تری دچار سالخوردگی شده اند که ممکن است اینگونه نتیجه گیری شود که صنعت ساخت و ساز در دوره های اخیر نتوانسته است با مهارت کاملی از هنر تولید محصولات بادوام و ماندگار از مواد سیمانی بهره جوید. اما در مجموع، چنین نتیجه گیری تا حدی غیرمنصفانه است، چرا که اغلب چنین محصولاتی در قرن بیشتم در واقع نشانه هایی از تخریب زودهنگام را از خود نشان نداده اند با وجود آنکه در هیچ یک از زمان های گذشته در تاریخ، صنعت مجبور نبوده است با چنین سرعتی خود را با فشارهای تغییرات ناشی از انواع مختلف عوامل، سازگار نماید. یک رویداد دیگر در دوره های اخیر آن است که فعالیت با تکیه بر موجود بودن نیروی کار و مصالح محلی مناسب، با بکارگیری روش های اصولی بر پایه صنعت، تنها ی چند دهه اخیر در بسیاری از نقاط جهان بسرعت دچار تغییر شده است. این موضوع نه تنها منجر به تغییرات عمده ای در خواص و مشخصات ترکیبی بسیاری از اجزاء خانواده ای از مصالح که بتن و ترکیبات سیمانی نامیده می شود شده است، بلکه محدوده روش های تولید آنها را نیز دگرگون ساخته و در نتیجه دامنه کاربرد آنها را به میزان وسیعی گسترش داده است. سرعت تولید سیمان در جهان با سرعت قابل توجهی در حال رشد است به گونه ای که تا سال 2003 در حدود 9/1 میلیون تن بوده است که نشان دهنده متوسط تقریبی استفاده سالانه بتن به میزان m3 1 برای هر نفر می باشد. به این ترتیب تعجبی ندارد که وقتی کار اشتباهی صورت گیرد، مقیاس این اشتباه می تواند به اندازه ای بزرگ باشد که منجر به ایجاد عناوین برجسته ای در رسانه ها و نشریات گردد. از آنجا که فشارهایی که منجر به ایجاد نوآوری هایی در طول قرن گذشته شده اند اکنون بسیار بحرانی تر می باشند، انتظار می رود در قرن 21 چالش های به مراتب بیشتری پیش روی افرادی که در فعالیت های مربوط به بتن و ترکیبات سیمانی درگیر هستند، قرار گیرد. نیاز به محصولات بادوام و پایدار در ساخت و ساز که عملکرد مورد انتظار را برآورده نموده و برای دوره های بسیار طولانی و با کمترین میزان تعمیر و نگهداری پیش از نیاز به ترمیم اساسی در شرایط بهره برداری باقی بمانند، منجر به ایجاد تغییرات متعددی در قعالیت های جاری خواهد شد. این امر ناگزیر پرسش هایی در رابطه با موضوعات دوام را مطرح خواهد نمود، چرا که بدون تجربه قبلی کافی درباره عملکرد بلند مدت، ادامه توجیه روش تجویز شده «تاییدی فرضی» به منظور تعیین دوام که یک مشخصه آیین نامه ها و استانداردهای مرسوم می باشد، بسیار دشوار خواهد بود.

استفاده از ترکیب بتن در تاریج دنیا

بنابراین، هدف ارزشمند اکثر پژوهش های صورت گرفته در رابطه با دوام طی 20 سال گذشته یا بیشتر، فراهم نمودن تئوری های زیرساختی لازم برای ایجاد مدل های کمی پدیده های تخریب (فروپاشی) بوده که ممکن است به نوبه خود به روش های جدید طراحی دوام برای سازه ها و اجزای قرار گرفته در معرض عوامل محیطی بسیان شده برای دوره های بهره برداری هدف مشخصی، منجر گردد. برای آنکه این روش های طراحی جدید مورد پذیرش عام واقع شوند، باید توسط اصول علمی تایید گردند که امکان انجام انتخاب مصالح را به جای تجویز، براساس آزمون عملکرد در اختیار قرار می دهند، و البته آزمون های عملکرد مورد نظر باید بتوانند معیارهای مناسب سهولت، قابلیت اطمینان و دقت را برآورده نمایند. واضح است که این راهکار به عنوان ابزاری برای ایجاد امکان مقایسه منصفانه بین مصالح رقابتی، مزایای بسیاری را در بر داشته و می تواند نوآوری فنی با نیاز روزافزون را تسریع نماید.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
مبانی طرح اختلاط بتن

در عین حال که پیشرفت های قابل ملاحظه ای در زمینه های بیان شده در بالا با کمک سازمان های جهانی همچون RILEM که دارای نقشی تاثیرگذار می باشند صورت گرفته است، باید خاطرنشان گردد که مسیر پیش رو چندان آسان و هموار نیست که دلایل متعدد آن در سایر مقالات کلینیک بتن ایران به آنها اشاره خواهد شد. بدون تردید یکی از مشکلات اصلی که همچنان باقی است، عدم قطعیت مربوط مشخصات کلیدی مواد (مصالح) بر پایه سیمان می باشد که شکل گیری و پیوستگی حفرات با محدوده های اندازه های مختلف در این مواد را تحت تاثیر قرار می دهد. این مشخصات نیز به نوبه خود بر مقاومت مصالح در برابر فرآیندهای انتقال جرم که به صورت های مختلف در انواع مختلف پدیده های تخریب وجود دارند، تاثیرگذار خواهند بود. این موضوع از زمان انتشار تحقیقات کلاسیک انجام شده در آزمایشگاه های «انجمن سیمان پرتلند» در بیش از نیم قرن پیش، یکی از زمینه های بسیار بحث برانگیز در میان پژوهشگران بوده است (پاورز و برون یارد، 1948). به همین ترتیب و علیرغم توسعه قابل توجه یک روش مناسب و ماندگار برای استخراج نمونه هایی از فاز مایع مربوط به سیمان ها و مصالح مشابه سخت شده در اوایل دهه 1970 (لانگوئت و همکاران، 1973)، دشواری جداسازی کامل مشخصات ترکیباتی فاز محلول آبی که در حفرات زیرسطحی انواع گوناگون بتن در معرض شرایط محیطی مختلف باقی مانده اند، به اثبات رسیده است. این امر همچنین مانع عمده ای را در برابر درک بسیاری از مهم ترین پدیده های تخریب که این مصالح را تحت تاثیر قرار می دهند، به وجود آورده است.

سعی می شود در سایر مقالات وب سایت رسمی کلینیک بتن ایران، تاریخچه ای از ساختار حفره ای و شیمی محلول حفره ای مصالح برپایه سیمان ارائه می گردد تا زمینه ای برای فصل های بعدی فراهم گردد که در آنها به حالت های خاص اصلی تخریب که بتن و ترکیبات سیمانی ممکن است در معرض آنها قرار گیرند، پرداخته می شود.

نویسنده : کلینیک بتن ایران

اندازه گیری پارامترهای مربوط به ظرفیت نفوذ در بتن و راهکارها

مفهوم کلی ظرفیت نفوذ و اهمیت آن از نظر دوام بتن، قبلا معرفی شده است. در این بخش، برخی از چندین روش اندازه گیری مورد استفاده به منظور تعیین کمی جنبه های مختلف ظرفیت نفوذ در بتن ها، به طور مختصر مورد بررسی قرار می گیرد.

این روش های مختلف، توانایی یک بتن مشخص در انتقال آب مایع، بخار آب، جریان الکتریکی با یون ها را در درجه نخست از طریق حفرات موجود در چسباننده بتن، مشخص می سازند. روشن است که این توانایی به اندازه حفرات و نیز به درجه ارتباط موثر حفرات بزرگتر، بستگی دارد. درجه بالایی از ارتباط میان حفرات بزرگتر اغلب با عنوان «تراوایی» در مراجع عنوان می شود، و از بین رفتن تدریجی آن بر اثر پیشرفت هیدراسیون منجر به ایجاد «ناتراوایی» می گردد. اغلب اینگونه بیان می شود که در ناتراوایی، حفرات بزرگ تر به طور موثری مجزا می شوند به گونه ای که تنها ارتباط باقیمانده میان آنها از طریق «حفرات ژلی» می باشد. نویسنده حاضر با توجه به بحث قبلی خود در ارتباط با مفهوم حفرات ژلی، این ایده را بسیار غیر متحمل می داند. ایده باریک شدن پیش رونده «درزهای محدود شده» چنانکه در شکل 2-8 نشان داده شده است، بسیار منطقی تر به نظر می رسد.

اندازه گیری ظرفیت نفوذ از طریق نفوذپذیری آب

مقیاس کلاسیک ظرفیت نفوذ در بتن، نفوذپذیری است، یعنی مقیاس نرخ انتقال جرمی آب تحت یک حد فشار مشخص، پس از برقرار شدن جریان حالت پایدار (دائمی)، این مفهوم ساده است اما اندازه گیری آزمایشگاهی برای اغلب بتن ها دشوار می باشد. اختلاف مقادیر به دست آمده در اندازه گیری های مکرر، اغلب قابل ملاحظه بوده و پراکندگی کلی نتایج متاسفانه بسیار بالا است. مدوده معمول این مقادیر برای بتن های شبه اصلی بالغ از مرتبه 12-10 تا 14-10 می باشد که مقادیر کمتر برای بتن هایی با ترکیبات سیمانی مکمل، به دست آمده است.

مقادیر نفوذپذیری چنانکه انتظار می رود، عموما با افزایش هیدراسیون، کاهش می یابند. همچنین گزارش شده است که این مقادیر در مدت یک آزمایش بخصوص، کاهش هایی را با گذشت زمان نشان می دهند که این امر تا حدی شگفت آور می باشد.

اندازه گیری ظرفیت نفوذ از طریق هدایت الکتریکی DC

چندین مورد از روش های مختلف سنجش ظرفیت نفوذ شمل توانایی نمونه های بتنی در عبور جریان مستقیم می باشد. از میان این روش ها، روش اندازه گیری «نفوذپذیری کلرید» تاکنون پرکاربردترین آنها بوده و عموما برای محققان و کارشناسان بتن در آمریکای شمالی و دیگر نقاط، آشنا می باشد. روش استاندارد ASTM C1202-97، مقدار کلی عبور جریان (برحسب کلمب) در مدت شش ساعت از نقطه ای به ضخامت mm50 از بتن اشباع در حالت تماس با محلول های الکترود NaCl و NaOH را در اختیار می گذارد؛ در حالتی که ولتاژ در کل آزمایش برابر 60 ولت DC باقی بماند محدوده مقادیر مربوط به بتن های شبه اصلی (اندازه گیری شده در زمان 28 روز مشخص شده در استاندارد) بین حدود 6000 کلمب و 1500 کلمب می باشد که اغلب به نسبت w:c بستگی دارد.

همانند نفوذپذیری آب، مقادیر کلمب اندازه گیری شده برای بتن های با نسبت های w:c کمتر، کوچکتر بوده و این مقادیر برای بتن های شامل ترکیبات سیمانی مکل، باز هم کوچکتر می باشد. بتن هایی که به طور تناوبی به موازات پیشرفت هیدراسیون آزمایش می شوند، کاهش های پیش رونده ای را در مقادیر کلمب اندازه گیری شده نشان می دهند.

این روش سریع و نسبتا تکرارپذیر می باشد، ما ولتاژ بالای استفاده شده، اثرات حرارتی را در بتن های نفوذپذیرتر ایجاد می کند که منجر به پیچیدگی هایی می گردد. این روش در اصل به منظور تهیه ابزاری برای درجه بندی میزان کارآیی راهکارهای مختلف طراحی شده جهت طولانی نمودن عمر کاری بتن های عرشه پل در برابر خوردگی فولاد، ایجاد گردید و مشخصا برای اندازه گیری هدایت الکتریکی یا انتشار یون کلرید طراحی نشده است.

روش های اندازه گیری الکتریکی اساسی بیشتری برای ظرفیت نفوذ در بتن ها طی 25 سال گذشته ایجاد شده است. کار اولیه ویتینگتون و همکاران، مبنایی را برای درک اصول هدایت الکتریکی در بتن فراهم نمود. این کار نشان داد که هدایت الکتریکی به صورت نسبتا کاملی به هدایت چسباننده خمیر سیمان بستگی دارد و چنانکه انتظار می رفت، مشخص شد که هدایت الکتریکی برای بتن های با نسبت بالاتر w:c، بیشر می باشد و به تدریج که چسباننده بر اثر ادامه هیدراسیون نفوذناپذیرتر می گردد، هدایت الکتریکی با زمان کاهش می یابد.

بعدها کریستنسن و همکاران اصول مربوط به هدایت جریان در فاز چسباننده خمیر سیمان را خلاصه نمودند. مشخص شد که هدایت «حجمی» خمیر عموما چندین برابر کوچکتر از هدایت محلول حفره ای هیدروکسید قلیایی موجود در آن می باشد. روابط حاکم به صورت محصول توام سه عامل بیان شدند: قابلیت هدایت محلول حفره ای؛ کسر حجمی موثر «حفرات مویینه» حامل جریان؛ و «عامل β» که شاخص معکوس انحنای این کانال های حامل جریان می باشد. در حالی که قابلیت هدایت محلول حفره ای بیان شده ممکن است به اندازه جزئی با ادامه هیدراسیون افزایش یابد، اما این اثر با کاهش حجم موثر حفراتی که یون های حامل جریان از انها عبور می کنند و خصوصا با افزایش انحنای مسیر جریان (کاهش β) خنثی می گردد. نتیجه خالص آن است که هدایت الکتریکی به طور مداوم با هیدراسیون کاهش می یابد که همانند کاهش نشان داده شده در روش های دیگر اندازه گیری ظرفیت نفوذ می باشد.

بنابراین، هدایت DC می تواند به عنوان یک شاخص آسان ظرفیت نفوذ یک بتن به کار می رود، خصوصا اگر قابلیت رسانایی محلول حفره ای آن قابل تعیین یا تخمین باشد.

این ایده ها اخیرا توسط نوکن و هوتون به منظور شکل دادن روشی برای اندازه گیری عادی ظرفیت نفوذ از طریق اندازه گیری قابلیت هدایت DC، با هدف ایجاد پایه ای برای مشخصات دوام بتن، به کار گرفته شده است. در روش آنها، از دستگاه و شکل نمونه مطابق با ASTM C1202-97 استفاده می شود اما جزئیات اندازه گیری تا حد زیادی از روش ASTM متفاوت می باشد. برای اجتناب از اثرات حرارتی، ولتاژ تا 15 ولت و زمان اندازه گیری تا 15 دقیقه کاهش یافت و برای ایجاد تماس الکتریکی، ز M NaOH3/0 در هر دو وجه استفاده شد. مقادیر هدایت الکتریکی حجمی اندازه گیری شده با این روش برای بتن های شبه اصلی، بین تقریبا ms/cm800 برای بتن های نفوذپذیر تا حدود ms/cm100 برای بتن نفوذناپذیر، قرار گرفت. این مقادیر برای بتن های حاوی میکروسیلیس و خاکستر بادی، پایین تر بود.

محلول های حفره ای بتن توسط نوکن و هوتون توصیف شده و مود تحلیل قرار گرفتند و قابلیت هدایت محلول ها توسط روش اسیندر و همکاران محاسبه شد. مشخص شد که در عین حال که قابلیت هدایت محلول حفره ای چندین برابر بیشتر از قابلیت هدایت حجمی می باشد، اما با نرمال نمودن مقادیر اخیر (یعنی با تقسیم آنها بر قابلیت هدایت محلول)، تنها همبستگی کمی بهتری برای نفوذپذیری آب و دیگر روش های اندازه گیری ظرفیت نفوذ نسبت مقادیر خام قابلیت هدایت حجمی، به دست آمد.

روش های اندازه گیری ظرفیت نفوذ در بتن

اندازه گیری ظرفیت نفوذ از طریق مقاومت ظاهری (امپدانس) مختلط AC

بیشتر تمرکز تحقیقات بر روی اندازه گیری های خواص الکتریکی بتن ها (یا به طور عام، خمیرهای سیمان) شامل توسعه و تفسیر روش های طیف سنجی مقاومت ظاهری مختلط (ASIC) AC بوده است. این پیشرفت ها توسط کریستنسین و همکاران خلاصه شده است. چنین روش هایی، بررسی های بسیار دقیق تری از هدایت الکتریکی خمیرهای سیمان را امکان پذیر ساخته و عوامل مختلف مرتبطی مانند رفتار و خواص عایق های الکتریکی مربوط به انتشار یون ها را مشخص می نمایند. راهکارهای اخیر در این موضوع و ارتباط آن با پارامترهای حفره ای در بتن، توسط مک کارتر و همکاران و نیز بیودواین و مارچند ارائه گردیده است.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید

عوامل تاثیر گذار بر مقاومت بتن و آزمون های بتن

اندازه گیری ظرفیت نفوذ از طریق انتقال خار آب

روش های اندازه گیری انتقال بخار آب در داخل بتن به طور مختصر در مقدمه مغهوم ظرفیت نفوذ، ذکر گردید و ماهیت غیرعادی انتقال بخار آب در داخل نمونه های نسبتا خشک، در شکل 2-8 نشان داده شد. یک روش آزمایش استاندارد ASTM برای عبور بخار آب از مصالح (ASTM E96-00) روشی را برای اندازه گیری نرخ عبور بخار آب از ضخامت واحد مصالح از طریق ایجاد تفاوت فشار بین دو سطح مصالح، مشخص می نماید. این روش به طور ویژه برای بتن طراحی نشده است و درجه اشباع خود نمونه را مورد توجه قرار نمی دهد و این به طور مشخص، عامل کنترل کننده ای برای بتن نسبتا خشک می باشد.

یک مشخصه فنی ISO تا حدی مشابه اما انعطاف پذیرتر، به طور کلی برای مصالح ساختمانی طراحی گردید. این روش، امکان اندازه گیری های انتقال بخار آب تحت چندین شرایط مرزی متفاوت را به وجود آورده و بیشتر مشخص می کند که نمونه دارای شرایط RH %50 می باشد.

نیلسون با استفاده از نوع دیگری از روش های ISO، ضرایب انتشار بخار آب در بلندمدت را برای بتن های بسیار بالغ اندازه گیری کرده است، اما این کار تنها بین شرایط مرزی RH %65 و RH %100 انجام شده است. ضرایب انتشار رطوبت، وابستگی مورد انتظار به نسبت w:c را نشان دادند. چنانکه انتظار می رفت، مشخص شد که ضرایب انتشار رطوبت برای بتن های حاوی میکروسیلیس بسیار پایین تر و این ضرایب برای بتن های شامل میکروسیلیس و خاکستر بادی، به طور ویژه پایین بودند.

مطالعات تا حدی مشابه توسط جوس و رینهاردت انجام گرفت، اما در این مورد، مطالعه بر روی اثرات افزایش دما متمرکز گردید. مشخص شد که در دماهای بالاتر، ضرایب انتشار به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می یابند. جوس و رینهاردت در تحلیل های خود، سهم و اثر مجزای ناشی از انتشار در داخل حفرات پر نشده و ناشی از انتقال مایع در داخل «نقاط مسدود» پر شده مانند آنچه در شکل 2-8 نشان داده شده، در ضرایب انتشار مشاهده شده را شناسایی نمودند، اما نتوانستند جریان کلی را به اجزاء جداگانه ای تفکیک نمایند. این مشکل اصلی است که باید حل شود.

اندازه گیری ظرفیت نفوذ از طریق انتشار یون ها

جنبه مهم (و در عین حال بسیار پیچیده) دیگری از ظرفیت نفوذ در بتن، شامل اندازه گیری مقادیر انتشار یون هاست.

ضرایب انتشار یون های ویژه، عمدتا یون های Cl-، برای سال های بسیاری در درجه اول در ارتباط با برآورد زمانی که یک پوشش بتن می تواند فولاد مسلح سازی را در برابر حمله کلرید حفظ نماید، مورد مطالعه قرار گرفته است . مقادیر معمول بیان شده برای ضرایب انتشار مشخص یون Cl- در بتن های شبه اصلی در حدود 12-10×2 تا حدود m2/s 12-10×10 می باشند.

چنانکه ممکن است انتظار رود، ضرایب انتشار برای بتن های با نسبت w:c کمتر، پایین تر بوده و برای بتن های با مقادیر زیاد خاکستر بادی، میکروسیلیس و سرباره، باز هم مقادیر کمتری به دست می آید.

چنانکه توسط دلاگراو و همکاران اشاره دشه است، مقادیر مشخص به دست آمده برای ضریب انتشار یون، تا حد بسیار زیادی به روش بخصوص اندازه گیری و روال محاسبه که مورد استفاده قرار می گیرد، بستگی دارد. با این وجود، هر یک از روش های بررسی شده توسط این نویسندگان، نسبت به تفاوت های موجود در ریزساختار بتن حساس می باشد و توصیه شد که هر یک از آنها را می توان به عنوان یک روش اندازه گیری ظرفیت نفوذ به مفهوم به کار رفته در این مقالات کلینیک بتن ایران، مورد استفاده قرار داد.

اما این نویسندگان اشاره نمودند که یون ها به طور مستقل منتشر نمی شوند؛ یعنی اندرکنش های میان انواع مختلف یون هایی که به طور همزمان منتشر می شوند و نیز در ریزساختارها، اتفاق می افتد. چنانکه ممکن است انتظار برود، اندرکنش ها در ریزساختارها، در نسبت های پایین w:c و نیز هنگامی که ترکیباتی مانند میکروسیلیس وجود داشته باشد، شدیدتر می باشد.

تلاش های بسیاری به منظور توصیف ریاضیاتی مهاجرت یون ها به عنوان بخشی از فرایندهای کلی تر انتقال یونی، در حال انجام می باشد. یک روش کلی برای انجام این کار برای کلیه یون ها، براساس نتایج آزمایش مهاجرت یون ها، اخیرا توسط سامسون و همکاران ارائه شده است.

رویکردهای اتی

چنانکه در مقالات ذکر شد، در این مقالات  عمدا بحث را به یافته هایی براساس شواهد آزمایشگاهی بجای مدلسازی، محدود ساخته است. مبنای حداقل برخی از مدل های موجود از نظر ارائه مشخصات و ویژگی های به دست آمده در بتن، تا حد زیادی غیر واقع بینانه می باشد. 

با این وجود، رویکرد آتی، یک توسعه رو به جلو برای مدل های واقع بینانه تر براساس درک عمیق تری از ریزساختارهای واقعی در بتن بوده و می تواند مشخص نماید که در واقع مشخصات ریزساختار چگونه فرایندهای انتقال موجود در نفوذ آب، یون ها و غیره را کنترل می کنند. پیشرفت های هر چه بیشتر رایانه ای نیز احتمالا در تسهیل این توسعه، مفید خواهد بود.

رویکرد آتی دیگری که ممکن است مورد توجه قرار گیرد، عبارت ست از به تصویر کشیدن ساختار سه بعدی واقعی خمیر سیمان –شامل حفرات- در بتن ها، از طریق روش های پرتونگاری مقطعی محاسباتی باکیفیت و بزرگنمایی بالا و به صورت کاملا واضح. چنانکه قبلا مشخص گردید، تصاویر پرتونگاری مقطعی محاسباتی در حال حاضر در اندازه های واکسل نزدیک به mµ1 و در محدوده های دینامیکی کافی به منظور تشخیص دانه های سیمان و حداقل حفرات درشت تر، قابل تولید می باشند. پیشرفت های ممکن در زمینه وضوح و کیفیت (و محدوده دینامیکی) برای پرتونگاری مقطعی محاسباتی، می تواند اطلاعات سه بعدی را با همان سطح جزئیات موجود در SEM پس پراکنش موجود، در اختیار ما قرار دهد. در عین حال، پیشرفت های صورت گرفته در دستگاه های SEM نیز یقینا می تواند مطالعه جزئیات حفرات و دیگر مشخصات ریزساختاری به صورت دو بعدی را تسهیل نماید. بخصوص جای امیدواری است که ترکیب پرتونگاری مقطعی محاسباتی، قابلیت SEM با وضوح بالاتر و مدلسازی واقع بینانه، بتواند جزئیاتی را که کنترل کننده نفوذ در بتن های واقعی هستند، آشکار نماید.

نویسنده : کلینیک بتن ایران