کاربرد نانو مکمل بتن برای جلوگیری از خوردگی بتن امروزه امری واجب و ضروری است.

خوردگی بتن و روش های محافظتی

در کنار روش های متداول برای جلوگیری از نفوذ پذیری و خوردگی بتن و آب بند نمودن آن، روش هایی چون استفاده از سیمان های پوزولان طبیعی و مصنوعی، میکرو سیلیس، حفاظت کاتدی، پوشش آرماتورها با رزین اپوکسی، استفاده از ورق های محافظ آلیاژی، آرماتورهای آلیاژی و کامپوزیت و ورقه ای، کاربرد ژئو سنتتیک ها استفاده از پوشش بتنی محافظ و بتن پلیمری، یکی از روش های مقرون به صرفه و مؤثر استفاده از پوشش های صنعتی است، در این نوشتار به بررسی تأثیر برخی از پوشش ها یا مکمل های بتن در کاهش نفوذ برخی از یون های مضر چون

خوردگی بتن و روش های محافظتی

در کنار روش های متداول برای جلوگیری از نفوذ پذیری و خوردگی بتن و آب بند نمودن آن، روش هایی چون استفاده از سیمان های پوزولان طبیعی و مصنوعی، میکرو سیلیس، حفاظت کاتدی، پوشش آرماتورها با رزین اپوکسی، استفاده از ورق های محافظ آلیاژی، آرماتورهای آلیاژی و کامپوزیت و ورقه ای، کاربرد ژئو سنتتیک ها استفاده از پوشش بتنی محافظ و بتن پلیمری، یکی از روش های مقرون به صرفه و مؤثر استفاده از پوشش های صنعتی است، در این نوشتار به بررسی تأثیر برخی از پوشش ها یا مکمل های بتن در کاهش نفوذ برخی از یون های مضر چون کلر و سولفات می پردازیم.

مقدمه

خوردگی باعث کاهش سطح مقطع مفید میلگرد شده، ناپیوستگی‏‌های مقطعی در میلگرد ایجاد کرده و در نتیجه مقاومت کششی و مقاومت فشاری میلگرد و چسبندگی میلگرد به بتن را کاهش می‏‌دهد. در اثر خوردگی میلگرد، اضافه حجمی تا چند برابر حجم اولیه فولاد ایجاد می‏‌شود. تنش‏‌های ناشی از نیرو‏های مولکولی حاصل از این اضافه حجم منجر به ترک‏ خوردگی بتن، افزایش نرخ نفوذ عوامل خورنده، تسریع خوردگی و نهایتاً تخریب کامل سازه بتنی می‏‌شود. بتن در محیط های خورنده حاوی یون کلر و سولفات به مرور زمان خورده شده و خلل وفرج در آن زیاد می گردد و تصور عمومی بر این است که به دلیل مقاومت بالای آن نیازی به پوشش محافظ ندارد ولی بایستی اذعان داشت که بتن با خواص قلیایی ذاتی در محیط اسیدی به شدت آسیب می بیند و بتن به دلیل شکننده بودن تحت تنش ها و ضربات مکانیکی در طی مدت زمان طولانی ترک خورده و خرد می شود و زنگ زدگی و خوردگی آرماتورهای بتن در شرایط خورنده محیط به سطوح بتن گسترش می یابد و در میان روش های فوق الذکر، استفاده از مواد نوین و روش های صنعتی کار آمد می باشد. زمان شروع خوردگی، شدت خوردگی و سن تخریب بتن ناشی از خوردگی میلگردها بستگی به عوامل مختلفی از قبیل:

• نفوذ پذیری بتن در برابر یون کلر (به ویژه‌ بتن سطحی در منطقه پوشش روی میلگردها)
• ضخامت بتن روی میلگردها
• وجود درزها و ترک‌ها در پوشش بتن روی میلگردها
• نوع میلگردها و شرایط سطحی آن
• پوشش سطحی روی بتن
• پوشش حفاظتی روی میلگردها
• شرایط محیطی (دما، اکسیژن، رطوبت، میزان یون کلر، وزش باد، تری و خشکی مکرر)
• وجود یون کلر در بتن اولیه و مصالح مصرفی

1. عوامل مؤثر درآسیب بتن مسلح درمحیط های خورنده :
   • استفاده نادرست ازسازه ( بارگذاری بیش ازحد، ضربه، خستگی )
   • سایش و فرسایش ( کف ها، زیرسازی ها، موج گیری ها)
   • اثرات محیطی ( حرارت، رطوبت، کربناسیون )
   • مواد اولیه ناسازگار ( مصالح سنگی قابل انقباض، ساختار مرکب)
   • شسته شدن ( حل شدن با جاری خنثی یا قلیایی )
   • حمله مواد شیمیایی ( سولفات ها، اسیدها، اسیدهای آلی،…)
   • واکنش قلیایی سنگدانه
   • خوردگی فولاد

2. آشنایی با خرابی های شیمیایی ناشی از عوامل محیطی :

• خرابی سولفاتی

سولفات های محلول چون سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم در اغلب نقاط دنیا به طور طبیعی در آب و خاک وجود دارند. معمولاً خاک ها یا آب هایی که دارای چنین سولفات هایی هستند، قلیایی نامیده می شوند. کلیه این سولفات ها برای بتن مضرند.

• مکانیزم حمله سولفات ها

سولفات ها ترکیبات مختلف سیمان هیدراته شده را مورد حمله قرار می دهند. سولفات های سدیم و پتاسیم با هــــیدروکسید کلسیم و هــیدروآلومینات کلسیم ترکیب مــی شونـد.

فــعل و انــفعال ســولفات ســــدیم با هیدروکسید کلسیم را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

Na₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2 NaOH

 

Na₂SO₄ + 2KOH → 2NaOH + K₂SO₄

محصولات واکنش های فوق عبارتند از:

۱- گچ که موجب سستی سطح بتن و مقاومت آن شده، به میزان ۱۲۵ درصد حجم مواد جامد را افزایش می دهد

۲- سولفوآلومینات کلسیم که بنام اترینگایت خوانده می شود وباعث افزایش قابل ملاحظه در حجم بتن و در نتیجه ترک و ریزش آن می گردد. میزان افزایش حجم مواد بر اثراین ترکیب به ۲۲۵ درصد می رسد.

سولفات کلسیم فقط با هیدروآلومینات کلسیم واکنش انجام می دهد که در اثر این واکنش دو شکل مختلف هیدروسولفوآلومینات کلسیم تشکیل می شود.

• خرابی کلری

علاوه بر تأثیرکربناسیون، مهمترین عامل زنگ زدگی و خوردگی آرماتور در بتن، وجود یون کلرید در آن است که ممکن است از مصالح آلوده یا مواد افزونی آغشته به کلر یا در اثر نفوذ منابع خارجی مثل محیط دریا وارد بتن گردد. یونهای کلرید تنها درآب وجود دارند از این رو نفوذ کلرید مشروط به حضور آب در سیستم منفذی بتن می باشد. مکانیسم ورود یون کلرید به داخل بتن یا از طریق سیستم مکنده موئینگی است که آب آلـوده به کلـر وارد بتـن میشود، یـا ازطریق نفوذ ساده یونها ( انتشار) در آب راکد ، وارد منافذ بتن می گردد. حالت اول مختص بتن های خشک می باشد وآب وسیله ای است که یون ها را در داخل بـتن حمل می کند. درحالت دوم ( انتشار) مختص بتن اشباع شده یا نزدیک به اشباع است ( بتن مغروق) دربتنی که درچرخه متناوب تر وخشک قرار می گیرد هر دو مکانیسم اجرا می شود وبنابراین تحت چنین شرایطی سرعت افزا یش یافته نفوذ یون کلرید وجود دارد.

•  مکانیزم خرابی کلری

معمولاً خاصیت قلیایی بالای سیمان پرتلند (PH  در حدود ۱۳) منجر به ایجاد لایه محافظ نازک از اکسید فریک Fe2O3 بر روی سطح فولاد می گردد و آن را روئین و درمقابل خوردگی بیشتر محافظت می نماید. اگرچه خوردگی کلاً متوقف نمی گردد، ولـی آهنگ آن بسیار نـاچیز بوده و درحـد قـابل قبول می باشد، تا زمانیکه این لایه روئین کننده فولاد بر روی سطح آن باقی بماند، بتن محیطی ایده آل برای حفاظت فولاد در مقابل خوردگی می باشد. ترکیباتی چون دی اکسیدکربن و یون کلر می توانند باعث تخریب و از بین رقتن این قشر محافظ گردند و میلگردها را در مقابل عوامل تخریبی بدون محافظ بگذارند.

تمام کلریدها در بتن بصورت آزاد نیستند و بخشی از یون ها با محصولات هیدراتاسیون سیمان پیوند فیزیکی و شیمیایی برقرار می کنند. بنابراین یونهای کلـــــرید در بـــتن به سه حالت پیوند فیزیکی، شیمیایی و آزاد یافت می شوند محصول هیدرتاسیون و پیوند شیمیایی یون کلر، تمک فریدل می باشد.

• خوردگی فولاد

خوردگی فولاد (میلگردها) در بتن یک فرآیند الکتروشیمیایی است.

واکنش آندیک

واکنش کاتدیک

عوامل موثر در سرعت نفوذ یون کلر

۱- تخلخل پوشش بتنی (ساختار منافذ(

۲- نوع سیمان و مقدار سیمان (اثر شیمیایی بتن(

۳- شرایط محیطی

۴- ضخامت پوشش روی آرماتور

۵- کربناتی شدن بتن

۶- وجود ترک در بتن به علت انقباض و یا مقاومت کم در مقابل یخ زدگی

۷- استفاده از تسریع کننده های کلروری با درصد بالا در بتن، غلظت یون کلر در اطراف آرماتور را افزایش می دهد.

•  کربناسیون

هوای معمولی دارای۰۳/۰ درصد گاز دی اکسید کربن CO2 است که در صورت نفوذ CO2 به داخل بتن ، بین هیدروکسید موجود در بتن و CO2  واکنش شیمیایی انجام می گردد و کربنات ها تشکیل می شوند.

عوامل موثر در میزان کربناسیون

۱-  شرایط محیطی

۲-  تخلخل پوشش بتن

۳-  مقدار سیمان و تاثیر سیمانهای پوزولانی

3. عوامل داخلی مؤثر بر خرابی های بتن

۳-۱ عوامل مؤثر در نفوذ پذیری بتن

۱- نسبت آب به سیمان

۲- تخلخل بتن

۳- درجه هیدراتاسیون

۴- خواص سیمان

۵- اثر دما : با افزایش دما میزان نفوذ پذیری افزایش می یابد.

۳-۲ واکنش قلیایی سنگدانه ها

برای واکنش قلیایی سنگدانه ها باید

۱- اجزای فعال و واکنش زا در سنگدانه باشد.

۲- قلیایی کافی (K₂O ، Na₂O) در بتن وجود داشته باشد.

۳- رطوبت کافی باشد.

۳-۳ فساد مصالح ( وجود بیش از حد املاح در مصالح تشکیل دهنده بتن)

۳-۴ آب مصرفی

۳-۵ کیفیت و نوع سنگدانه

4. عوامل خارجی مؤثر بر خرابیهای بتن (عوامل فیزیکی و مکانیکی)

۴-۱ سایش ، فرسایش و خلأزایی(کاویتاسیون)

مقاومت سایشی بتن رابطه مستقیمی با مقاومت فشاری و نسبت معکوس با نسبت آب به سیمان دارد همچنین این مقاومت به دانه بندی و جنس سنگدانه ها بستگی دارد آب انداختگی و تشکیل دوغاب سخت سده در منجر به ایجادسطح شکننده و ضعیف در مقابل سایش دربتن می گردد که با تإخیر در عملیات پرداخت و ماله کشی بتن و ایجاد خلأ یا مکش در بتن می توان مقاومت سایشی بتن را افزایش داد .کاویتاسیون بر اقر تغییر ناگهانی در سرعت ، جهت آب و افت فشار منجر به حفره بر اثر پدیده خلأزایی می گرددبه عبارت دیگر هر زمان که فشار در نقطه ای از مایع به دلیل بی نظمی در سطح جریان به حد فشار بخار کم شود، حبابهایی در مایع جاری تشکیل می گردد ، این حبابها با مایع به سمت پایین دست جریان حرکت کرده و به هنگام ورود به منطقه ای پر فضار با ضربه می ترکند ، ترکهای مکرر حبابها در نزدیکی سطح بتن سبب کنده شدن و ایجاد چاله هایی در آن خواهد شد.

۴-۲ تاثیر هوای سرد و یخ زدگی

۴-۳ خرابی ناشی از نمکها و شوره زدگی

بلورهای نمک در نزدیکی سطح بتن ایجاد می گردد رشد بلورها مانند یخ زدگی منجر به تنشهای انبساطی شده و پوسته های خمیر سیمان و سنگدانه های ریز از بتن جدا می شودسولفات منیزیم در مقایسه با سایر نمکها خطرناکتر بوده و منجر به بلوری سدن نمک در سطح بتن و گاهی اوقات به داخل بتن از طریق منافذ موئینه نفوذ کرده و حجم زیادی را تخریب می کند.

بتن اصلاح شده نانو مکمل بتن کالیمورا

بتن اصلاح شده پلیمری ممکن است به دو دسته تقسیم شود : بتن پلیمری تزریقی و بتن سیمان پلیمری. اولی به وسیله تزریق یک مونومر به بتن سیمان پیش ساخته ی سخت شده که بعدا به پلیمر جامد تبدیل می شود. برای تولید دومی، قسمتی از چسب سیمان مخلوط بتن با پلیمر ( اغلب لاتکس ) جایگزین می شود. هر دو دارای مقاومت بالا، نفوذ پذیری کم آب و مقاومت بیشتر در برابر مواد شیمیایی و ثبات یخ – ذوب بهتر نسبت به بتن متداول هستند.

مشخصات ، کاربرد ، مزایا و روش مصرف نانو مکمل بتن کالیمورا

این محصول باعث صرفه جویی در مصرف سیمان و سادگی عمل تراکم و اختلاط بتن می گردد این مواد ضمن حفظ انسجام بتن باعث افزایش مقاومت بتن و چسبندگی فوق العاده بتن می شود و باعث می شود بتن کاملا نفوذ ناپذیر در برابر آب های فاضلابی و صنعتی و زیر زمینی فشار های مثبت و منفی سازه شود ودر برابر خورندگی ها و اشعه های UV خورشید محافظ بسیار قوی می باشد.

- جلوگیری از تخلخل بتن. منافذی که در بتن وجود دارد یا با آب یا با هوا پر می شوند. هر چقدر تخلخل بتن بیشتر باشد، مقاومت آن کاهش بیشتری خواهد داشت. تخلخل بتن تا حد زیادی متاثر از نسبت آب به سیمان در مخلوط بتن است. اما زمانی که نانو مکمل بتن استفاده می کنید باعث می شود تخلل های حتی در حد نانو را نیز پر نماید.

- با توجه به عدم نفوذ رطوبت و آب به داخل بتن در زمستان جلوگیری از یخ زدگی و ترک می شود.

- افزایش مقاومت فشاری، کششی و خمشی بتن

- افزایش سرعت بارگذاری. هر چه سرعت بارگذاری بیشتر شود در نتیجه مقاومت فشاری افزایش می یابد.

- خصوصیات مکانیکی و دوام بتن را بهبود بخشیده و با افزایش عمر مفید سازه، آلودگی‏های زیست‏محیطی همچون تولید گاز گل‏خانه‏ای دی‏اکسید کربن را کاهش داده و دستیابی به توسعه پایدار را تسهیل می‏نماید.

- ضد قارچ وکپک

- ضد جلبک و خزه

- ضد خورندگی بتن

- آنتی باکتریال

- افزایش عمر بتن

نانو مکمل بتن کالیمورا