کربناته شدن بتن؛ علل، انواع و روش‌های کاهش
کربناته شدن بتن چیست؟
کربناته شدن در بتن فرآیندی است که در آن دی‌اکسید کربن (CO₂) موجود در هوا با هیدروکسید کلسیم موجود در بتن واکنش داده و کربنات کلسیم تشکیل می‌دهد. این واکنش به‌تدریج pH بتن را کاهش می‌دهد که می‌تواند در طول زمان باعث خوردگی میلگردهای تعبیه‌شده در بتن شود و در نهایت یکپارچگی سازه‌ای بتن را به خطر اندازد. این موضوع در طراحی و نگهداری ساختمان‌ها و سازه‌های بتنی به‌ویژه در مناطق شهری یا نزدیک سایت‌های صنعتی اهمیت دارد.
کجا رخ می‌دهد؟
• ساختمان‌ها
• پل‌ها
• بزرگراه‌ها و جاده‌ها
• تونل‌ها و سدها
• سازه‌های دریایی
• پارکینگ‌ها
• تأسیسات صنعتی
• تصفیه‌خانه‌های آب و ...
چرا رخ می‌دهد؟
• تماس با دی‌اکسید کربن (CO₂) موجود در جو
• نفوذپذیری بتن که اجازه ورود CO₂ را می‌دهد
• وجود رطوبت که به کربناته شدن کمک می‌کند
• پوشش ناکافی بتن روی میلگردها
• کاهش قلیائیت در بتن
• وجود ترک‌ها یا حفرات که دسترسی CO₂ را آسان می‌کنند
• عوامل محیطی مانند دما و رطوبت
• طرح اختلاط و ترکیب بتن
• کیفیت عمل‌آوری و حفاظت در طول ساخت
• قرارگیری در معرض محیط‌های خورنده
• وجود میلگرد فولادی
• آسیب یا تخریب سازه
• قرارگیری طولانی‌مدت در معرض سطوح بالای CO₂
• وجود آلاینده‌هایی در هوا (مانند دی‌اکسید گوگرد)
• الگوهای جریان هوا که توزیع CO₂ در اطراف سازه بتنی را تحت تأثیر قرار می‌دهد
انواع کربناته شدن بتن
1. کربناته شدن سطحی
کربناته شدن سطحی از لایه بیرونی بتن آغاز می‌شود، جایی که دی‌اکسید کربن هوا در حضور رطوبت با هیدروکسید کلسیم واکنش داده و کربنات کلسیم تشکیل می‌دهد. این فرآیند معمولاً در چند میلی‌متر اول سطح بتن رخ می‌دهد. اگرچه این لایه کربناته‌شده می‌تواند با کاهش تخلخل، مقاومت بتن در برابر برخی تخریب‌ها را افزایش دهد، اما اگر اتصال کافی با بتن زیرین نداشته باشد، باعث کاهش چسبندگی و انسجام شده و سطح را در برابر ترک‌خوردگی، پوسته‌شدن و هوازدگی آسیب‌پذیر می‌کند.
2. کربناته شدن عمقی
کربناته شدن عمقی شامل نفوذ تدریجی دی‌اکسید کربن به درون ماتریس بتن است که باعث کاهش pH و قلیائیت در سراسر عمق بتن می‌شود. این فرآیند در طول زمان اتفاق می‌افتد و لایه‌های داخلی بتن را تحت تأثیر قرار می‌دهد. با پیشرفت کربناته شدن در عمق، انسجام خمیر سیمان کاهش یافته و خطر خوردگی میلگردهای فولادی افزایش می‌یابد، چراکه لایه محافظتی آنها تخریب شده و ورود یون‌های کلرید و عوامل خورنده دیگر تسهیل می‌شود.
3. کربناته شدن محلول در منافذ
این نوع زمانی رخ می‌دهد که دی‌اکسید کربن در محلول موجود در منافذ بتن حل می‌شود. CO₂ حل‌شده با هیدروکسید کلسیم و فازهای سیلیکات کلسیم هیدراته واکنش داده و کربنات کلسیم تولید می‌کند و باعث کاهش pH می‌شود. کربناته شدن محلول منافذ باعث ضعیف شدن خمیر سیمان، کاهش مقاومت در برابر حملات شیمیایی و تنش‌های مکانیکی شده و همچنین خوردگی میلگردها را تشدید می‌کند و دوام طولانی‌مدت سازه را کاهش می‌دهد.
چگونه می‌توان از کربناته شدن بتن جلوگیری کرد؟
• استفاده از سیمان‌های کم‌کربن
• اعمال پوشش‌های محافظ روی سطح
• عمل‌آوری مناسب بتن
• جلوگیری از تماس با منابع دی‌اکسید کربن
• حفظ سطح pH مناسب
• استفاده از مواد مکمل سیمانی (SCM) مانند خاکستر بادی یا سرباره
• اجرای سیستم‌های حفاظت کاتدی در بتن مسلح
• استفاده از میلگردهای مقاوم در برابر خوردگی
• تهویه کافی برای جلوگیری از تجمع رطوبت
• کنترل رطوبت در فضاهای داخلی نزدیک سطوح بتنی
• استفاده از رنگ‌ها یا پوشش‌های ضدکربناته شدن
• ایجاد موانع فیزیکی برای کاهش تماس بتن با CO₂
• استفاده از طرح اختلاط متراکم با نفوذپذیری پایین
روش‌های ترمیم بتن پس از وقوع کربناته شدن
1. پوشش‌های سطحی: استفاده از رنگ‌ها یا پوشش‌های ضدکربناته شدن برای جلوگیری از ورود بیشتر CO₂.
2. ترمیم الکتروشیمیایی: اجرای حفاظت کاتدی از طریق اعمال جریان الکتریکی ضعیف به میلگردها.
3. تیمار قلیایی: اعمال محلول‌های قلیایی برای خنثی‌سازی و بازگرداندن قلیائیت بتن.
4. روکش بتنی: افزودن لایه‌ای جدید از بتن روی بخش آسیب‌دیده.
5. تعمیر موضعی: برداشتن بتن کربناته‌شده و پرکردن با ملات‌های ترمیمی یا اپوکسی.
6. تزریق ترک: پرکردن ترک‌های ناشی از کربناته شدن با رزین اپوکسی یا گروت پلی‌یورتان.
7. رسوب کربنات کلسیم القایی زیستی (MICP): استفاده از باکتری‌ها برای تولید کربنات کلسیم و بستن ترک‌ها.
8. مسلح‌سازی با الیاف کربن: نصب الیاف کربنی برای تقویت و پایدارسازی بخش‌های آسیب‌دیده.
نتیجه‌گیری
کربناته شدن بتن یک چالش جدی برای دوام و طول عمر سازه‌های بتنی است. درک مکانیزم‌ها و عوامل مؤثر بر این پدیده برای طراحی سازه‌ها با محافظت کافی و برنامه‌ریزی نگهداری مناسب حیاتی است. مقابله با کربناته شدن نیازمند رویکردی جامع شامل انتخاب صحیح مصالح، اجرای درست در ساخت، و نظارت و نگهداری مداوم است تا دوام و پایداری بلندمدت سازه‌های بتنی تضمین شود.
برای دریافت مشاوره و اطلاعات بیشتر، همین حالا با ما تماس بگیرید.