واکنش قلیایی-سنگدانه در بتن: روش‌های پیشگیری و تعمیر
واکنش قلیایی-سنگدانه در بتن
واکنش قلیایی-سنگدانه (AAR) زمانی رخ می‌دهد که قلیاها، معمولاً یون‌های سدیم و پتاسیم موجود در سیمان، با مواد معدنی موجود در سنگدانه‌ها واکنش شیمیایی دهند. این واکنش می‌تواند منجر به تشکیل ژل منبسط شونده شود که باعث فشار بر روی بتن و در نهایت انبساط و در موارد شدید، ترک خوردن سازه می‌شود. اثرات مضر این واکنش با گذشت زمان افزایش می‌یابد و می‌تواند یکپارچگی سازه‌ای بتن را به خطر بیندازد.
انواع واکنش قلیایی-سنگدانه در بتن
واکنش قلیایی-سیلیس (ASR)
واکنش قلیایی-سیلیس شایع‌ترین نوع واکنش قلیایی-سنگدانه است و زمانی رخ می‌دهد که سیلیکاهای واکنش‌پذیر موجود در سنگدانه‌ها، مانند اپال، چرت و کوارتز تحت تنش، با قلیاهای سیمان (سدیم و پتاسیم) واکنش دهند.
این واکنش شیمیایی منجر به تشکیل ژل در بتن می‌شود که هنگام جذب آب منبسط می‌شود و باعث ایجاد ترک‌ها و الگوهای نقشه‌ای روی سطح بتن می‌گردد. ASR به خصوص در سنگدانه‌های ریز شایع است و می‌تواند یک مشکل جدی دوام برای سازه‌های بتنی ایجاد کند.
واکنش قلیایی-کربنات (ACR)
واکنش قلیایی-کربنات نوع دیگری از واکنش قلیایی-سنگدانه است که بین قلیاهای سیمان و مواد معدنی کربناتی موجود در سنگدانه‌ها رخ می‌دهد.
سنگدانه‌های کربناتی واکنش‌پذیر شامل دولومیت و برخی انواع سنگ آهک هستند.
برخلاف ASR، ACR معمولاً ژل تولید نمی‌کند و محصولات واکنش باعث انبساط بتن می‌شوند که با گذشت زمان منجر به ترک خوردگی و آسیب سازه‌ای می‌گردد. اگرچه ACR کمتر از ASR شایع است، اما در مناطقی که از سنگدانه‌های کربناتی واکنش‌پذیر استفاده می‌شود، باید مورد توجه قرار گیرد.
مکان‌های وقوع واکنش قلیایی-سنگدانه
• ساختمان‌ها
• پل‌ها
• سدها و سازه‌های نگهدارنده آب
• روسازی‌های جاده‌ای
• تونل‌ها
• نیروگاه‌های آبی
• بنادر و اسکله‌ها
علل واکنش قلیایی-سنگدانه در بتن
• محتوای بالای قلیا در سیمان: میزان زیاد یون‌های سدیم و پتاسیم احتمال بروز AAR را افزایش می‌دهد.
• مواد معدنی واکنش‌پذیر در سنگدانه‌ها: سنگدانه‌هایی که حاوی سیلیکا یا کربنات واکنش‌پذیر هستند می‌توانند با قلیاها واکنش دهند.
• وجود رطوبت: رطوبت اجازه می‌دهد واکنش شیمیایی بین قلیاها و مواد واکنش‌پذیر رخ دهد و ژل منبسط‌شونده ایجاد شود.
• دمای بالای محیط: دماهای بالاتر می‌توانند AAR را تسریع کنند و انبساط و تخریب بتن را تشدید نمایند.
• طراحی نامناسب مخلوط بتن: مخلوط‌های بتن با طراحی ضعیف که واکنش‌پذیری سنگدانه و سایر عوامل کاهش‌دهنده را در نظر نمی‌گیرند، به AAR کمک می‌کنند.
اثرات واکنش قلیایی-سنگدانه در بتن
1. ترک خوردگی: AAR باعث ایجاد ترک در بتن می‌شود که یکپارچگی سازه‌ای را کاهش می‌دهد. ترک‌ها می‌توانند در اندازه و الگوهای مختلف، مانند ترک‌های نقشه‌ای باشند و باعث نفوذ آب و تخریب بیشتر شوند.
2. کاهش دوام: انبساط ناشی از AAR می‌تواند باعث پوسته‌شدگی سطح، لایه‌لایه شدن و از بین رفتن پیوند بین خمیر سیمان و سنگدانه‌ها شود.
3. کاهش ظرفیت باربری: ترک‌ها و تضعیف بتن باعث کاهش ظرفیت باربری می‌شوند و ممکن است پایداری سازه را تهدید کنند.
4. تخریب سطحی: AAR می‌تواند سطح بتن را تخریب کند و میلگردهای تعبیه‌شده را در معرض خوردگی قرار دهد.
5. شوره (Efflorescence): محصولات واکنش می‌توانند باعث تشکیل شوره روی سطح بتن شوند و ظاهر و نشانگر آسیب داخلی باشند.
6. مشکلات ساختاری: اثرات تجمعی AAR می‌تواند به آسیب جدی سازه‌ای منجر شود که نیازمند تعمیرات پرهزینه یا تعویض قطعات بتنی است.
7. خرد شدن یا شکستگی سنگدانه‌ها: سنگدانه‌ها ممکن است به دلیل انبساط و فشار ناشی از AAR خرد یا شکسته شوند.
8. ترک‌های نقشه‌ای در سطوح در معرض: ترک‌های نقشه‌ای ناشی از AAR ممکن است در پل‌ها و روسازی‌ها واضح‌تر باشند.
چگونه از واکنش قلیایی-سنگدانه جلوگیری کنیم؟
• استفاده از سیمان با قلیای پایین
• آزمون سنگدانه‌ها برای شناسایی مواد واکنش‌پذیر
• استفاده از سیمان‌های مخلوط (خاکستر بادی، سرباره)
• کنترل نسبت آب به سیمان
• به کارگیری افزودنی‌های شیمیایی برای کنترل AAR
• استفاده از عامل‌های ایجاد حباب هوا
• اجتناب از سنگدانه‌های واکنش‌پذیر
• افزودن مواد پوزولانی در مخلوط
• استفاده از افزودنی‌های مبتنی بر لیتیم برای پیشگیری از AAR
• استفاده از بتن با عملکرد بالا و نفوذپذیری پایین
• رعایت روش‌های صحیح عمل‌آوری
• اجرای اقدامات پیشگیرانه برای کاهش تماس با رطوبت
• انتخاب سنگدانه‌هایی با سابقه عملکردی مناسب در محیط‌های مستعد AAR
• به کارگیری مواد افزودنی مهارکننده خوردگی برای حفاظت میلگردها
روش‌های تعمیر واکنش قلیایی-سنگدانه در بتن
اگر پیشگیری رعایت نشود و AAR رخ دهد، می‌توان با روش‌های زیر تعمیر کرد:
1. ارزیابی: بررسی کامل برای تعیین میزان آسیب و مناطق تأثیرپذیر.
2. حذف بتن آسیب‌دیده: بتن خراب را خارج کنید و اطمینان حاصل کنید که تمام بخش‌های آسیب‌دیده حذف شده‌اند.
3. تمیز کردن سطح: سطح را از ذرات شل، آلودگی‌ها و باقی‌مانده‌ها پاک کنید.
4. اعمال ماده پیونددهنده: برای افزایش چسبندگی بین بتن موجود و مواد تعمیر.
5. تهیه مصالح تعمیر: مطابق دستورالعمل تولیدکننده، مخلوط سیمان، سنگدانه‌ها و افزودنی‌ها آماده شود.
6. اجرای مصالح تعمیر: بتن یا ملات را به منطقه تخریب‌شده وارد کنید و تراکم و پرداخت مناسب اعمال شود.
7. عمل‌آوری مصالح تعمیر: عمل‌آوری صحیح برای هیدراتاسیون و دستیابی به مقاومت مطلوب، مانند عمل‌آوری مرطوب یا استفاده از مواد عمل‌آور.
8. اعمال پوشش محافظ (اختیاری): در صورت نیاز، پوشش محافظ برای جلوگیری از نفوذ قلیا و افزایش دوام.
9. مستندسازی: ثبت مراحل تعمیر و نگهداری برای اطمینان از یکپارچگی بلندمدت سازه.
همیشه از استانداردهای صنعتی، دستورالعمل‌ها و توصیه‌های تولیدکننده مصالح پیروی کنید و در موارد پیچیده با مهندسین سازه و متخصصین AAR مشورت نمایید.
نتیجه‌گیری
واکنش قلیایی-سنگدانه (AAR) یک چالش جدی برای دوام سازه‌های بتنی است. تشخیص زودهنگام، طراحی مناسب مخلوط و استفاده از اقدامات کاهش‌دهنده برای جلوگیری از آسیب AAR حیاتی است. آگاهی صنعتی و تحقیقات مستمر برای توسعه استراتژی‌های مؤثر پیشگیری و تعمیر ضروری است تا طول عمر و پایداری سازه‌های بتنی حفظ شود.
منبع:
www. constrofacilitator.com
برای دریافت مشاوره و اطلاعات بیشتر، همین حالا با ما تماس بگیرید.