Slide48

حمله شیمیایی به بتن؛ علل، اثرات و راهکارهای پیشگیری

بتن به ندرت مورد حمله مواد شیمیایی جامد قرار می‌گیرد. برای ایجاد یک حمله قابل توجه به بتن، مواد شیمیایی مهاجم باید در حالت محلول و بیشتر از حداقل غلظت آستانه باشند تا واکنش‌های شیمیایی که خواص مهندسی بتن را کاهش می‌دهند انجام پذیرد. اگرچه بتن ممکن است در شرایط مختلف رویارویی که مواد شیمیایی مهاجم وجود دارد، عملکرد رضایت بخشی داشته باشد اما عمر بهره‌برادری بهترین بتن‌ها نیز در برخی از انواع محیط‌های شیمیایی به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد مگر اینکه اقدامات خاصی انجام شود.

نمونه حمله شیمیایی به بتن

درک این شرایط رویارویی امکان اتخاذ تدابیری جهت جلوگیری یا کند کردن روند خرابی را فراهم می‌آورد. نفوذپذیری کمتر، مانع از نفوذ مواد شیمیایی مهاجم می‌شود، خمیر با واکنش‌زایی کمتر می‌تواند در کاهش خرابی موثر باشد. اعضای بتنی در شرایط رویارویی با محلول‌های مهاجم که از یک سمت تحت فشار هیدرولیک می‌باشند ممکن است آسیب پذیرتر باشند، چرا که اختلاف فشار هیدرولیکی می‌تواند نفوذ محلول مهاجم به بتن را تسریع نماید. این مقاله در مورد شرایط برخورد مواد شیمیایی مهاجم، از جمله آب دریا، اسیدها، آب شیرین، کربناته شدن، مواد شیمیایی صنعتی مواد شیمیایی یخ‌زدا و سازه‌های محیطی بحث می‌کند.

آب دریا

آب دریا حاوی نمک‌های محلول است که به طور کلی برای بتن مهاجم و آسیب زننده به حساب می‌آیند. اجزای اصلی مواد شیمیایی با ترتیب تقریبی کاهش غلظت عبارتند از: کلراید، سدیم سولفات، منیزیم، کلسیم و پتاسیم. غلظت کل نمک‌ها در آب دریا متفاوت است و در آب و هوای گرمتر معمولا غلظت بیشتری دارند. در یک سازه بتنی مشخص، شدت رویارویی با آب دریا می‌تواند بسیار متفاوت باشد. به طور کلی، غوطه وری مداوم حالت رویارویی کم تهاجم‌تری می‌باشد. نواحی که جذب موئینه و تبخیر در آنها متداول است بیش ترین آمار حمله را دارند زیرا این فرآیندها موجب افزایش غلظت نمک می‌شوند. به عنوان نمونه‌هایی از چنین شرایط رویارویی می‌توان از مناطق ساحلی استحصال شده با شالوده‌هایی زیر سطح آب‌های زیرزمینی شور، مناطق جزر و مدی و مناطق پاششی نام برد.

نمونه‌ای حمله شیمایی ستون پل در اثر برخور با آب دریا

حمله اسیدی

به طور کلی، بتن حاوی سیمان پرتلند مقاومت خوبی در برابر اسیدها ندارد. اگرچه بتن می‌تواند در برابر برخی اسیدهای ضعیف، به ویژه چنانچه رویارویی با آنها هر از چندگاهی رخ دهد، دوام بیاورد.

محصولات حاصل از احتراق بسیاری از سوخت‌های فسیلی حاوی گازهایی هستند که می‌توانند با رطوبت ترکیب شده و اسید تشکیل دهند. فاضلابی که به اندازه کافی هوادهی نشده باشد، می‌تواند سولفوریک اسید تشکیل دهد. اسیدها ممکن است در رواناب برخی از معادن و در بعضی از آب‌های صنعتی وجود داشته باشند.

خاک‌های کود گیاهی، خاک‌های رسی و شیل‌های آلومی ممکن است شامل مواد معدنی حاوی سولفید مانند پیریت باشند که در اثر اکسیده شدن، سولفوریک اسید تولید می‌کنند. برخی از آب‌های معدنی ممکن است حاوی کربن‌دی‌اکسید و هیدروژن سولفید محلول با غلظت‌های زیاد باشند؛ چنین محلول‌هایی می‌توانند اسیدی باشند و برای بتن بسیار تهاجمی و آسيب زننده به حساب آیند. اسیدهای آلی ممکن است از سیلوهای مزرعه یا از تأسیسات تولید و فرآوری موادی مانند آبجوسازی، لبنیات، کارخانه‌های کنسروسازی و کارخانه‌های خمیر چوب حاصل گردند. خوراک دام و کودهای کشاورزی نیز ممکن است حاوی اسیدهایی باشد که سبب خوردگی بتن شود. این امر در مورد كف‌ها، حتی در جایی که یکپارچگی ساختاری مختل نگردد، می‌تواند نگران کننده باشد.

نمونه حمله اسیدی (سمت چپ قبل از آزمایش و سمت راست بعد از آزمایش)

آب شیرین

آب شیرین به محلول‌های آبی با pH تقریباً خنثی، قدرت یونی بسیار کم و مقدار جامدات محلول کم اطلاق می شود. آب‌های شیرین شامل آب باران آب موجود در اکثر نهرها، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها؛ و آب شهری کلر و فلوئور زده شده می‌باشد. آب‌های شیرین همچنین می‌توانند در تأسیسات صنعتی، تولیدی و سایر تأسیسات که در آن آب‌های مقطر تولید یا در فرآیندهای مختلف استفاده می‌گردد وجود داشته باشد.

رعد و برق در طبیعت، مقادیر کم نیترو، نیتریک، سولفورو و سولفوریک اسیدها را در آب‌های طبیعی تولید می‌کند که می‌تواند موجب تخریب سطحی بتن شود. این امر به ویژه در نواحی که مکرراً در معرض رعد و برق هستند، رخ می‌دهد برخی از آب‌های شیرین ممکن است به دلیل رویارویی با باران اسیدی تا حدودی اسیدی شوند یا ممکن است حاوی غلظت‌های کمی از سولفات‌ها، نیترات‌ها و سایر نمک‌ها باشند که در غلظت‌های زیادتر می‌توانند به بتن حمله کنند. در هر حال حمله شیمیایی قابل توجه توسط آب شیرین عملاً گزارش نشده است. ساخته شدن بزرگراه‌ها ،آبروها، لوله‌ها و ساختمان‌ها با انتظار کامل از عملکرد این سازه‌ها به نحوی که در چنین شرایط رویارویی در طول بهره‌برداری چندان تحت تأثیر قرار نخواهند گرفت شاهدی بر عدم خرابی قابل توجه بتن توسط آب شیرین می‌باشد.

کربناته شدن

کربناته شدن زمانی اتفاق می‌افتد که ترکیبات سیمانی هیدراته با کربن دی‌اکسید اتمسفر یا یون‌های کربنات موجود در محلول واکنش دهند. ساختار منافذ بتن تعیین‌کننده میزان و عمق کربناته شدن است. کربناته شدن از سطح در معرض بتن آغاز می‌شود و یک لایه بیرونی از ترکیبات حاوی کربنات را تشکیل می‌دهد که منجر به کاهش تخلخل سطح می‌گردد. کاهش تخلخل مستقیماً با تبدیل CH به کلسیم کربنات مرتبط است و در نتیجه، جامد در مقایسه با حجم اولیه CH در لایه بالایی افزایش می‌یابد. عمل آوری مرطوب طولانی‌مدت می‌تواند تأخیر در کربناته شدن را به دنبال داشته باشد. کربناته شدن بسته به سن بتن و محیط می‌تواند مفید یا مضر باشد. اگرچه این پدیده می‌تواند سبب بهبود مقاومت بتن و کاهش نفوذپذیری شود، اما همچنین ممکن است نرخ خوردگی آرماتورهای فولادی را افزایش دهد.

کربناته شدن بتن

مواد شیمیایی صنعتی

مواد شیمیایی صنعتی بسته به نوع یا دسته‌بندی ماده شیمیایی، غلظت آن، مدت زمان رویارویی و برهم‌کنش اجزای موجود در بتن، می‌توانند به روش‌های مختلف به بتن حمله کنند. فرآیندهای صنعتی معمولاً منجر به شرایط رویارویی از حالت تصادفی تا دائمی و پیوسته می‌شوند و حتی در مواقعی که عوامل فرآیند صنعتی همچون دماهای زیاد، رطوبت زیاد و لرزش تجهیزات شرایط را تشدید می‌کنند، موجب حالت شدید رویارویی می‌گردند.

مواد شیمیایی صنعتی ممکن است شامل اسیدها، بازها، قلیایی‌ها، مواد خورنده، اکسیدکننده‌ها، مواد قابل احتراق، مواد قابل اشتعال، مواد منفجره، مواد برودتی و سایر شرایط خاص فرآیند یا ترکیبی از این شرایط باشند. بتن در محیط‌های صنعتی ممکن است در شرایط رویارویی مستقیم یا غیرمستقیم با مواد شیمیایی باشد و یا شرایط رویارویی مرتبط با سایش و فرسایش را تجربه نماید. رویارویی مستقیم در سازه‌هایی همانند سازه‌های خنک‌کننده آب و سازه‌های حفاظتی اولیه رخ می‌دهد. سایش و فرسایش باید در سازه‌هایی که در معرض مواد متحرک هستند در نظر گرفته شود. شالوده‌ها، تجهیزات، تکیه‌گاه‌ها و قاب‌های سازه‌ای ممکن است با مواد شیمیایی تماس مستقیم داشته باشند، اما عمدتاً در معرض رویارویی غیرمستقیم با مواد شیمیایی هستند.

مواد شیمیایی یخ زدا و ضد یخ

استفاده از مواد شیمیایی یخ زدا سابقه طولانی در کمک به حفظ شرایط ایمن رانندگی در زمستان دارد. این اقدام بصورت کلی شامل دو استراتژی مختلف است: یخ‌زدایی و استفاده از مواد ضدیخ و یخ‌زدایی با حذف یخ پس از تجمع در روسازی اشاره دارد. در حالی که مواد ضدیخ به استفاده قبلی از مواد شیمیایی برای پیشگیری از چسبیدن یخ به روسازی اشاره می‌نماید از نظر تاریخی، اکثر مشکلات دوام مربوط به یخ زداها بیشتر از آنکه به حمله شیمیایی مرتبط باشند ناشی از فرآیندهای فیزیکی است که پوسته شدن را تشدید می‌کنند. ولی ممکن است یخ زداها با خرابی‌های قابل توجه ناشی از سازوکارهای مختلف حمله شیمیایی همراه باشند.

سازه‌های زیست محیطی

سازه‌های زیست محیطی به گونه‌ای طراحی گشته‌اند که حاوی مایعات و گازها باشند. سازه‌های زیست محیطی شامل تصفیه خانه‌های آب؛ تصفیه خانه‌های فاضلاب خانگی و صنعتی؛ مخازن ذخیره بسته و روباز؛ ایستگاه‌های پمپ آب و فاضلاب؛ آبروها، فاضلاب روها، آدم روها و اتاقک های ارتباطی؛ و سازه‌های نگهدارنده مواد خطرناک، هنگامی که غلظت مواد شیمیایی موجود کافی باشد می‌توانند به بتن حمله نمایند. مواد شیمیایی موجود ممکن است مربوط به مواد شیمیایی فرآیندی حجمی بوده یا آندسته از موادی باشند که در مایع یا گاز موجود در سازه‌های محیطی وجود دارند. این نوع حمله می‌تواند در دماهای بالاتر تهاجمی تر باشد.

برچسب‌ها: بدون برچسب

دیدگاه شما چیست؟

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد، فیلدهای الزامی علامت گذاری شده اند.