مقاومت سایشی بتن به عنوان توانایی یک سطح برای مقاومت در برابر سایش در اثر ضربه، مالش و اصطکاک تعریف میشود. سایش کفها، روسازیها، پیادهروها، دالهای پارکینگ و … کاربردهای ویژه مانند تراورس راهآهن میتواند ناشی از استفاده کاربردی معمولی یا تردد با پای پیاده یا وسایل نقلیه باشد. باد، آب، یخ یا ذرات موجود در آب نیز میتوانند سطوح بتنی را بسایند. مواردی وجود دارد که سایش از نظر سازهای نگرانی چندانی ندارد اما ممکن است مشکل گرد و غبار وجود داشته باشد که میتواند قابل اعتراض باشد.
آزمایش بتن برای مقاومت در برابر سایش
تحقیقات برای توسعه آزمایشهای آزمایشگاهی معتبر در زمینه سایش بتن از اوایل دهه ۱۹۰۰ آغاز شده است، اما تاکنون روش واحدی که پاسخگوی همه شرایط باشد ارائه نشده است. سایش بتن حوزههای گوناگونی مانند کفها و دالها، پیادهروها، سطوح صنعتی و سازههای هیدرولیکی را در بر میگیرد که هر کدام سازوکار فرسایش و الزامات آزمایشگاهی خاص خود را دارند. استانداردهایی مانند ASTM C779/C779M،ASTM C944/C944M و ASTM C1138 برای ارزیابی مقاومت سایشی انواع سطوح بتنی طراحی شدهاند و بسته به کاربرد، روشهای مختلفی مانند صفحات گردان، چرخهای ساینده، ساچمهپاشی یا گلولههای فولادی را بهکار میگیرند.
تکرارپذیری نتایج، وضعیت سطح بتن، کیفیت سنگدانهها و انتخاب نمونههای معرف از عوامل کلیدی در صحت آزمایشهای سایش هستند. انتخاب درست محلهای آزمایش میدانی و تولید نمونههای یکنواخت آزمایشگاهی اهمیت زیادی در ارائه نتایج قابل اعتماد دارد. بهطور خاص، سایش و فرسایش سازههای هیدرولیکی و تراورسهای راهآهن به دلیل شرایط خاص رطوبت، فشار و وجود ذرات ساینده، نیازمند روشهای آزمایش ویژهای هستند که در استانداردهایی مانند ASTM C1747 و تستهای AREMA تعریف شدهاند.
بهطور کلی، استفاده از یک یا ترکیبی از این آزمایشها به مهندسان کمک میکند تا دوام بتن را در برابر انواع سایش شبیهسازی کرده و عملکرد آتی سازه را پیشبینی کنند. انطباق شرایط آزمایش با شرایط بهرهبرداری واقعی، مانند اندازه نمونه و وضعیت سطح، برای ارزیابی دقیق مقاومت سایشی ضروری است.
عوامل موثر برمقاومت سایشی بتن
مقاومت سایشی بتن پدیدهای تدریجی است که ابتدا با سایش لایه سطحی خمیر سیمان آغاز میشود. مقاومت سایشی سطح خمیر به مقاومت فشاری وابسته است، اما با پیشرفت سایش و نمایان شدن سنگدانهها، نقش سختی سنگدانهها و پیوند بین خمیر و سنگدانه پررنگتر میشود. آزمایشها نشان دادهاند که سختترین فاز بتن بیشترین تأثیر را بر مقاومت سایشی دارد و پس از آن مقاومت فشاری اهمیت مییابد. در بتنهای فوق توانمند (UHPC)، حجم بالای ذرات سیمانی هیدراتهنشده به دلیل نسبت آب به سیمان پایین، دلیل اصلی عملکرد بهتر نسبت به بتنهای توانمند (HPC) است.
برای بهبود مقاومت سایشی سطح، استفاده از نسبت آب به سیمان کم، پرداخت مناسب، عملآوری کافی و پرهیز از جداشدگی و آبانداختگی ضروری است. علاوه بر این، افزودن مواد مکمل سیمانی مانند دوده سیلیسی، سرباره یا خاکستر بادی، کیفیت سنگدانهها و استفاده از سنگدانههای سخت یا فلزی میتواند نقش مؤثری داشته باشد. در کاربردهایی مانند کفهای صنعتی، استفاده از بستر دو لایه با روکشهای مقاوم در برابر سایش و ضربه نیز توصیه میشود. در نهایت، عملآوری دقیق و اجرای صحیح پرداخت سطح، برای دستیابی به بیشترین مقاومت و سختی ناحیه فوقانی بتن اهمیت زیادی دارد؛ زیرا این بخش مستقیماً در معرض بارگذاری و تردد قرار دارد و عملکرد آن تعیینکننده دوام روسازی یا دال بتنی است.
مورادی برای افزایش مقاومت سطوح بتنی در برابر سایش
- کفهایی با بسترهای دولایه
- سنگدانههای بتن ویژه
- روشهای پرداخت مناسب
- آب زدائی با مکش
- خشکه پاشها و روکشهای ویژه
- روشهاي عمل آوري مناسب
مقاومت در برابر لغزش در روسازیها
مقاومت در برابر لغزش روسازیهای بتنی به بافت سطحی آنها بستگی دارد که بهطور کلی شامل دو نوع بافت است: بافت درشت که در زمان ساخت بهواسطه بینظمیهای سطحی ایجاد میشود و بافت ریز که به نوع و سختی سنگدانههای ریز مرتبط است. در سرعتهای کمتر از حدود ۸۰ کیلومتر در ساعت، بافت ریز اهمیت بیشتری دارد، اما در سرعتهای بالاتر، بافت درشت برای جلوگیری از آبپیمایش زیر لاستیکها حیاتی است. بهطور طبیعی، تردد چرخهای لاستیکی باعث سایش خمیر سطحی شده و بافت درشت را از بین میبرد، بنابراین کیفیت خمیر سطحی و نوع سنگدانهها بر دوام مقاومت لغزشی تأثیر دارد.
سنگدانههای ریز دارای مواد معدنی سیلیکاتی در اندازه ذرات بزرگتر به حفظ بافت ریز و مقاومت لغزشی در سرعتهای کم کمک میکنند. در مقابل، برخی سنگها مانند آهک، دولومیت یا سرپانتین با بافت بسیار ریز، در اثر تردد سریع صیقلی میشوند و مقاومت لغزشی را کاهش میدهند. اگر سنگدانه درشت از نوع سخت و مقاوم مانند سیلیس یا سرباره متخلخل باشد، نمایان شدن آن در اثر سایش میتواند مقاومت لغزشی را دوباره افزایش دهد.
بهطور معمول، برای افزایش بافت درشت سطحی، شیارزنی یا ارهزنی در بتن قبل یا بعد از سختشدن انجام میشود تا کانالهایی برای خروج آب ایجاد گردد. این شیارها باید در برابر سایش و یخزدگی مقاوم باشند. استفاده از بتن باکیفیت، پرداخت و عملآوری صحیح و در برخی موارد طراحی روسازیهای دو لایه با لایه بالایی مقاوم در برابر سایش و سنگدانههای ارزانتر در لایه زیرین میتواند عملکرد لغزشی و اقتصادی روسازی را بهبود بخشد.
خرابي ناشي از سايش در روند آزمايش چرخهاي ساينده
فرسایش بتن خارج شدن پیشرونده جرم از سطح بتن در اثر حمله شیمیایی سایش یا خلاء زایی میباشد. (برای اطلاعات بیشتر میتوانید به مقاله انتقال جرم در بتن مراجعه کنید).
فرسایش در اثر حمله شیمیایی زمانی رخ میدهد که اجزای خمیر یا سنگدانه بتن شسته یا حل شوند. به دلیل افزایش نرخ حذف مواد و حفظ pH کم در نزدیکی سطح بتن نرخ تخریب میتواند با جریان مایع به طور قابل توجهی افزایش یابد. فرسایش زمانی اتفاق میافتد که مواد جامد معلق در آب به سطح ضربه میزند یا سائیده میشود و منجر به از بین رفتن مواد میگردد.