حمله سولفات به بتن یکی از رایج ترین مواردی است که بتن مسلح را تحت تأثیر قرار می دهد، تا جایی که منجر به ترک خوردگی و خرد شدن می شود. سولفاته شدن بتن در اثر حمله سولفات ها و نفوذ و انتقال سولفات ها از طریق سیستم منافذ بتن رخ می دهد که پس از اختلاط با آلومینات ها باعث تورم و افزایش حجم بتن می گردد. این افزایش حجم به حدی تنش های فشاری ایجاد می کند که باعث ترک خوردن، خرد شدن و در برخی موارد پوسته شدن بتن می شود. برای جلوگیری از سولفاته شدن بتن استفاده از سیمان پرتلند نوع ۲ و ۵ به جای سیمان پرتلند نوع ۱ بسیار تاثیرگذار است. حمله سولفات به بتن یکی از عواملی است که باعث کاهش دوام بتن و کاهش عمر سازه در طولانی مدت می شود.
سولفاته شدن بتن به چه معناست؟
سولفاته شدن بتن در اثر حمله سولفات ها به داخل بتن ایجاد می شود. سولفات‌ها نوعی نمک هستند که معمولاً در آب‌های زیرزمینی و خاک یافت می‌شوند و هنگامی که با بتن تماس پیدا می‌کنند به آلومینات‌ها نفوذ کرده و بتن را متورم می‌کنند. افزایش حجم بتن در اثر نفوذ سولفات ها باعث ایجاد تنش های فشاری می شود و شدت آنها به حدی است که منجر به ایجاد ترک در بتن، خرد شدن و در مواردی پودر شدن می شود. علاوه بر ساختمان ها، بسیاری از ساختمان های صنعتی و مجاور دریا نیز به دلیل این پدیده مقاومت خود را از دست می دهند و برای جبران اثرات مخرب بتن سولفاتی بر این ساختمان ها اقداماتی از جمله مقاوم سازی سکو های دریایی و ساختمان های صنعتی در دستور کار قرار دارد.
حملات سولفاتی می توانند خود را به روش های مختلفی نشان دهند. گاهی اوقات می توان بتن سولفاته شده را با استفاده از ترمیم پوششی یا مواد گیرشی در بتن، ترمیم کرد. اضافه شدن چرخه های بیشتر، تر و خشک شدن روند تخریب سولفات را تسریع می کند. از طریق این مداخلات و تغییرات چرخه می توان تغییراتی در سرعت آسیب ایجاد کرد. فرآیندهایی مانند از بین بردن یا پاکسازی منبع انتشار سولفات‌ها نیز می تواند کمک زیادی کند. در غیر این صورت در صورت عدم امکان این روش ها باید بتن آسیب دیده را با استفاده از سیمان نوع دوم و پنجم و خاکستر سرباره نوع F حذف و با بتن جایگزین کرد.
4 عامل موثر بر حمله سولفات
عوامل اصلی موثر بر حمله سولفات عبارتند از:
1. نوع سیمان و محتوای آن
مهمترین فازهای کانی شناسی سیمان که بر شدت حمله سولفات اثرگذار است C3A، نسبت C3S/C2S و C4AF هستند.
2. اضافه‌کردن خاکستر بادی
افزودن یک افزودنی پوزولانی مانند خاکستر بادی باعث کاهش محتوای C3A سیمان می شود.
3. غلظت سولفات
حمله سولفات زمانی افزایش می یابد که غلظت محلول سولفات تا حد معینی افزایش یابد.
4. یون کلرید
یون کلرید یکی از عوامل موثر در حمله سولفات است. عوامل دیگر عبارتند از:
- سطح ایستابی و تغییرات فصلی آن
- جریان آب زیرزمینی و تخلخل خاک
- شکل سازه
- کیفیت بتن
روش های جلوگیری از حمله سولفات ها به بتن
استفاده از سیمان پرآلومین (آلومیناتی)
در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی، این نوع سیمان دارای هیدروکسید کلسیم کمتری در ترکیب خود است و با حدود 40 درصد آلومینا، ساختاری مقاوم در برابر حمله سولفات ایجاد می کند. البته شایان ذکر است که مقاومت این نوع سیمان در برابر اثرات سولفات ها در دمای بسیار بالا با سیمان پرتلند معمولی تفاوتی ندارد.
استفاده از بتن خوب
چگالی خوب و نسبت w/c پایین از جمله خصوصیات بتن است. همه این عوامل و عوامل دیگر در ایجاد بتن متراکم با نفوذپذیری کم نقش دارند. هنگامی که سولفات در بتن حل می شود نفوذپذیری کم باعث کاهش نفوذ سولفات می شود. لذا، حمله سولفات کاهش می یابد.
استفاده از پوزولانا
استفاده از پوزولانا به عنوان مخلوط سیمان با جایگزینی بخشی از سیمان با پوزولانا یا استفاده از آن به عنوان افزودنی می تواند حمله سولفات را کاهش دهد. استفاده از پوزولان در بتن باعث کاهش مصرف سیمان، کاهش سرعت و میزان تولید حرارت سیمان، بهبود بازدهی بتن، افزایش مقاومت بتن و افزایش قابلیت اطمینان بتن به دلیل کاهش نفوذپذیری می شود.
استفاده از روش عمل آوری با بخار آب تحت فشار زیاد
راه دیگر برای جلوگیری از بتن سولفاته استفاده از بخار فشار قوی برای عمل آوری بتن است. این به این دلیل است که چنین عملیاتی هیدرات آلومینات کلسیم (C3AH6) را به فاز کمتر واکنشی تبدیل می کند. از آنجایی که سولفات ها با C3AH6 واکنش می دهند، کاهش واکنش پذیری آن به کاهش حمله سولفات کمک می کند. زمانی که این روش عمل آوری اتخاذ شود، سیلیس با بتن ترکیب می شود. این سیلیس باعث کاهش Ca(OH)2 می شود.
ویژگی های سیمان ضد سولفات چیه؟
سیمان مورد استفاده برای تولید بتن مقاوم و جلوگیری از بتن سولفاته در آینده حاوی مواد خاصی است که مقاومت بالایی در برابر یون های سولفات ایجاد می کند. ویژگی های سیمان ضد سولفات عبارت است از:
- نفوذپذیری کم
- بازدهی بالا به دلیل جذب هیدروکسید کلسیم
- بافت سطحی یکنواخت
- مقاومت شیمیایی بالا در مقابل حملات شیمیایی
- قابلیت جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن
- گرمای هیدراتاسیون پایین
- گیرش طولانی تر بتن در مدت زمان پایین
تاثیر یون سولفات در بتن
به طور کلی سولفات ها فقط به صورت محلول می توانند بر کیفیت بتن تأثیر گذار باشند. لذا یکی از راه های مناسب برای جلوگیری از حمله سولفات به بتن، کاهش میزان آب موجود در محیط است. به این ترتیب می توان یک شیب در اطراف سازه ایجاد کرد و آنرا با قیرگونی ایزوله کرد. علاوه بر این، برای جلوگیری از نفوذ آب به پی، می توان در اطراف فونداسیون قلوه سنگ ریخت. مورد دیگر در مورد شرایط اثر سولفات بر کیفیت بتن مربوط به خشک شدن و مرطوب شدن متناوب است که می تواند واکنش سولفات را افزایش دهد. به طور کلی کاهش میزان آب می تواند تاثیر مثبتی بر کیفیت بتن و افزایش مقاومت آن داشته باشد. علاوه بر این، بسیاری از مواد مخرب اثرات خود را به صورت محلول هایی ایجاد می کنند که با کاهش مقدار آب می توان از آن جلوگیری کرد. علاوه بر عوامل محیطی و غلظت یون ها، شدت اثر سولفات بر تشکیل بتن سولفاته ارتباط مستقیمی با نفوذپذیری بتن دارد.
کلام آخر
حمله سولفات به بتن یک فرآیند پیچیده می باشد که که شامل حمله فیزیکی نمک به علت کریستال شدن و حمله شیمیایی سولفات از خاک، آب های زیرزمینی یا آب دریا است. حمله سولفات می تواند باعث انبساط، ترک خوردن، ضعیف شدن و ترک خوردن بتن شود؛ این نوع حمله به 2 نوع داخلی و خارجی طبقه بندی می‌شود. برای جلوگیری از حمله سولفات، اجزای بتن باید عاری از سولفور باشد و محیط اطراف باید از نظر وجود سولفور شود.
