مهندسی و اجرای ترمیم سازه های بتنی

طراحی و روشهای ترمیم سازه های بتنی بر اساس آسیب وارد شده به بتن

سازه های بتنی اصولا تحت تاثیر فرسایش ، شرایط بهره برداری و محیط ساخت و حتی نوع ساخت به مرور دارای آسیب هاییی خواهند شد ، که عمر سازه را به مخاطره خواهد انداخت. اهمیت حفظ بتن در این شرایط ، تمرکز بر مقاومت فشاری و کششی بتن است.

بطور کلی شاخص مقاومت فشاری که از آزمایش بر روی بتن سازه ، گاه  مخرب ( مغزه گیری ) و غیر مخرب بتن ( مجموعه اسکن آرماتور ، تست مقاومت سنجی پاندید و چکش اشمیت ، تست التراسونیک و هافسل ، بارگذاری و ... ) بدست می آید، در انتخاب متد های ترمیم یا مقاوم سازی ، یک سازه ی بتنی موثر است .

ترمیم بتن ، مجموعه ی انتخاب مواد و روشهایی است که حفظ قابلیت و کارایی بتن موجود در دامنه ی 85 تا 100درصد «مقاومت فشاری بتن طراحی شده» برای بتن سازه را  تضمین می کند.

مقاوم سازی سازه بتنی با دو هدف ،  باز گرداندن توان و مقاومت بتن برای منظور طراحی شده و نیز افزایش و ارتقا توان سازه ی طراحی شده برای تغییر کاربری یا طرح های توسعه ای است . این وقتی اتفاق می افتد که تاب بتن طراحی شده زیر 85 درصد مقاومت فشاری ( که طبیعتا مقاومت کششی و سایر خواص بتن را تحت تاثیر قرار می دهد ) بوده و لازم است علاوه بر تعمیر بتن ، خواص مکانیکی بتن سازه افزایش یابد.

استاندارد ها و دستور العمل های مورد استفاده ، شامل مبحث 9 مقررات ملی ساختمان ، نشریه 354 ( بهسازی لرزه ای سازه ها ، ACI 2800 و ACI 546 خواهد بود.

علل شایع تخریب بتن و پیشنهاد مواد مناسب تعمیری

1- آب اضافه در مخلوط بتن

 استفاده از آب بیش از حد در مخلوط های بتن شایع ترین علت آسیب به بتن است. نسبت آب به سیمان بالا مقاومت بتن را کاهش می دهد ، مدت زمان کیورینگ و انقباض خشک را افزایش داده ، موجب افزایش تخلخل وخزش شده و مقاومت بتن  در برابر سایش را کاهش می دهد. خسارت ناشی ازآباضافیمی تواند به سختی قابل تشخیص باشدزیرا که معمولااینآسیببوسیله خرابی های علت های دیگرپوشاندهشدهاست.به عنوان مثال، ترک خوردگی  ناشی از انجماد و ذوب ،رشد فرسودگی در اثر سایش،یاترکهای جمع شدگی ناشی از خشک شدن، اغلببه عنوانآسیبهای بتنشناخته می شوند ، اما  در واقعیت،آباضافی باعثپایین آمدن دوام بتنشده که اینخود به عللدیگراجازه ی  حمله بهبتن را خواهد داد.

استفاده پیوسته از ملات های ترمیمی الیاف دار ( مثل MTO SIVE 1020) به همراه چسب بتن بر پایه لاتکس ( MTO BOND 2200) در ضخامت های کم که بیشتر تعمیر آببندی را باعث شده تا در مجاورت رطوبت ، سازه آسیب کمتری ببیند مناسب است . همچنین در ضخامت های بالا بهتر است به عنوان لایه اتصال از MTO BOND 1800که چسب اپوکسی است ، برای افزایش مقاومت کششی استفاده نمود.    

2 طراحی نادرست

عیوب در طراحی می تواند انواع بیشماری از آسیبهای بتن را ایجاد کند .قرار گرفتن  قطعات فلزی  - جاسازی شده مانند خط لوله برق یا جعبه تقسیم در نزدیکی سطوح بیرونی سازه های بتنی است. ترک در بتن و در اطراف چنین محلهایی تشکیل شده و اجازه می دهد سرعت  تخریب و فرایند  انجماد و ذوب سریعتر رخ می دهد.بیس های فلزی راه آهن ها و گارد ریل ها که بیش از حد در نزدیکی لبه ی بیرونی دیوارهای قرار داده شده اند ، پیاده رو ها و نرده های جان پناه نیز نتایج مشابهی را رقم می زنند.

این قطعات فلزی و گسترش نفوذپذیری درون بتن با تغییرات دما متناسب است. با انبساط  فلز تنش کششی در بتن ایجاد شده، و در نتیجه باعث ایجاد ترک خوردگی و پس از آن سبب آسیب ذوب و انجماد می گردد

پوشش و کاور ناکافی بتن بر روی شبکه آرماتور یک علت شایع آسیب به سازه های پل و بزرگراه است.این مشکل در سازه های آبی و آبیاری هم وجود دارد .برای احیا و تعمیر معمولا نیاز به  حداقل 5/7سانتیمتر پوشش بتن بر روی شبکه آرماتور سازه هست، اما در محیط های خورنده که بتن در معرض اثرات مخرب سولفات ها، اسیدها، یا کلریدها قرار دارد این میزان باید حداقل10 سانتیمتر باشد.

پوشش ناکافی اجازه می دهد تا خوردگی در آرماتورها آغاز گردد، ایجاد اکسید آهن و محصولات جانبی ناشی از این خوردگی نیاز به فضای بیشتر در بتن داشته و در نتیجه ترک خوردگی و متورق  شدن بتن را باعث می گردند.

عدم استفاده از مفاصل انقباضی کافی و یا عدم رعایت فواصل درزهای انبساطی به منظورتوزیع یکنواخت دما در اسلب بتنی به آن آسیب میزند و بتن با مفاصل انقباض ناکافی ترک خواهد خورد و این ترک ها در نقاطی که نیاز به درز انبساط بوده اما تعبیه نشده مشهود است.متاسفانه، دیدن چنین ترکهایی به عنوان درز انقطاع های شکل گرفته یا بریده شده چندان جذاب نیست اما ساختار این ترک ها تنش های کششی را کنترل می کند و علی رغم ظاهرهرچند ناخوشایند شان، به ندرت نیاز به تعمیردارند.

برای ترمیم ، ابتدا قطعات  فلزی جاسازی شده می تواند برداشته شود، ، و بیس پلیت های گارد ریل  را می توان به محل هایی کهبتن در آنجا  مقاومت کافی در برابر نیروهای کششی را دارد جابجا کرد.جبران کمی کاور بتن روی شبکه آرماتور بندی بسیار دشوار است، ( نشریه بهسازی لرزه ای سازه ها ، نشریه ی 345 ، در فصل دوم به روش های دوخت 2 سلب بتنی پرداخته است.) اما می توان مواد مناسبی برای تعمیر و مقاومت در برابر انواع خاصی از خوردگی را انتخاب نمود. همینطورعملیات تعمیرمی تواند با استفاده از مواد آب بندی بتن ( نگاه کنید به MTO TOP 107  یا پوشش الاستومری 2 جزئی آببند) محافظت شده وبا استفاده از پوشش های آب بند از نفوذ آب به  بتن جلوگیری نمود و آنرا کاهش داد. می توان در دال های بتنی  با تعداد کم درزهای انبساطی را به وسیله کاتر برش داده و درز انبساطی ایجاد کرد.درون درز ها با درز گیر های پایه قیری مثل MTO FLEX 707یا ماستیک های تک جز پلی یورتان ( بیشتر در جاهایی که آببندی اهمیت دارد یا خطر نشت مواد نفتی یا شیمیایی خورنده وجود دارد) نظیر MTO FLEX 360یا MTO FLEX FRو AK-FLEXاستفاده نمود.ترک ها و بخش های قلوه کن شده با استفاده از چسب اپوکسیMTO BOND P1800و ملات های تعمیری پایه سیمانی MTO SIVE 1020و پایه اپوکسیMTO FLOW650 Rترمیم می گردد.

3- مشکلات بتن پس از اجرا

 

آسیب های وارد بر بتن در اثر اجرای نادرست شامل کرمو و متخخل شدن بتن، در رفتن قالب ، اشتباهات محاسباتی و اندازه گیری در ارتفاع تیر ها و طول ستون ها و کنسول ها است.

کرمو شدن و متخلخل بتن بر اثر ناتوانی فیلم سیمان ( دوغآب سیمان ) در پر کردن فضاهای موجود اطراف سنگدانه ها و در نتیجه خالی ماندن آنها ایجاد می گردند. در صورت کم بودن ، به شرط اینکه از باز کردن قالبها بیش از 24 ساعت نگذشته باشد می توان از ملات سیمان  استفاده نمود.اگر مدت زیادی از بتن ریزی گذشته ، یا سطح کرمو شده ی بتن گسترده است، باید ابتدا بتن های معیوب برداشته شده ، سپس با استفاده از ملات ترمیمی آماده پایه سیمانی MTOSIVE 1020 ، به همراه چسب پیوند دهنده اپوکسیMTO BOND P1800، تعمیر صورت گیرد.

 

باید توجه داشت ، در بخش هایی که آرماتور ها نمایان نیستند و هدف تنها باز گرداندن پوشش و کاور رویه ی بتن است و البته جابجایی در بتن در اثر نیروهای وارده وجود نخواهد داشت . استفاده از ملات ترمیم پایه سیمانی به تنهایی کافی خواهد بود. از طرفی اگر آرماتور ها نمایان باشد و یا حفرات در ناحیه اتصال تیر و ستون باشد ،حتما چسب بتن پیوندی باید استفاده شود.

4-تخریب سولفاتی

سولفات سدیم، منیزیم و کلسیم، از جمله نمکهایی هستند که معمولا در مناطق ساحلی جنوب و همچنین غرب ایران یافت می شوند.این  گروه از سولفات ها با آهک  موجود در خمیر سیمان واکنش شیمیایی داده و تشکیل سولفات کلسیم می دهند .شکفتن آهک از  حجم خمیر سیمان بیشتر است، بنابراین با توجه به ضعف بتن در کشش ،امکان شکستن بتن در اثر انبساط وجود دارد .

استفاده ازیک پوشش نازک بتن پلیمری ( ضخامت 2 سانتیمتر ملات ترمیمی الیاف دار پایه سیمانی MTOSIVE1020می تواند برای بتنی که دستخوش فرسایش و آسیب مدام به علت قرار گرفتن در معرض سولفاتها ست ، مفید باشد و استفاده از مواد و ترکیبات آب بندی بتن مانند MTO PROOF P92که یک پرایمر امولوسیونی پایه قیری ( با دو نوع حلال آب و بنزین است ) از آنجا که خشک و تر شدن  دائم سازه به تخریب سولفاتی سرعت می بخشد ،مناسب است .

5- خوردگی شبکه فولادی ( اکسید شدن شبکه میلگرد)

خوردگی شبکه آرماتور معمولا نشانه ی بر تخریب بتن به علت دیگریست، در این مورد، علل مخرب دیگر بتن را ضعیف کرده و اجازه می دهند تا خوردگی شبکه آرماتور رخ بدهد.به هر صورت ، شبکه های آرماتور دارای خوردگی به صورت متداول در هر بتن آسیب دیده ای یافت می شوند. زمانی که بتن دچارترک خوردگی شود و یا تورق به اندازه کافی اجازه می دهد تا آب بدون مزاحمت وارد بتن شود، خوردگی رخ می دهد. اکسیدهای آهن تشکیل شده در طول خوردگی فولاد نیاز به فضای بیشتری نسبت به سایز اصلی شبکه آرماتور در بتن دارند. این مسأله باعث بوجود آمدن تنش کششی در بتن و در نتیجه ایجاد ترک های اضافی و (یا )لایه لایه شدن کاور بتن و در نتیجه سرعت بخشیدن به روند خوردگی خواهد شد. می توان با اندازه گیری پتانسیل خوردگی هافسل از بتن آسیب دیده ، زنگ زدگی را شناسایی نمود.زمانی که زنگ زدگی شبکه آرماتور تایید شد، بسیارمهم است که آنچه واقعا باعث خوردگی شده شناسایی شود، چون معمولا علل خوردگی تعیین خواهد کرد که چه روش تعمیراتی را باید مد نظر و مورد استفاده قرار داد.

هنگامی که علت آسیب شناسایی شد و مسئله ساده تر گردید ، در صورت لزوم، حفاظت و آماده سازی شبکه آرماتور تحت اثر خوردگی درهنگام برداشتن بتن فرسوده اهمیت می یابد.بر این اساس فلزی که توسط فرآیند خوردگی به کمتر از نصف سطح مقطع اصلی آن کاهش یافته باید حذف شده و جایگزین گردد.فولاد باقی مانده نیز برای حذف تمام شل زنگ ها ، خورده زنگ ها و محصولات جانبی خوردگی که با اتصال به مواد تعمیری (در روند ترمیم) دخالت می کنند ، باید تمیز گردد.شبکه آرماتور بندی تحت خوردگی ممکن است است از مناطق دارای بتن آسیب دیده به سوی بتن به ظاهر خوب گسترش یافته باشد. بنابرین در هنگام برداشتن بتن باید دقت کرد تمامی شبکه آرماتور دارای خوردگی شناسایی شوند.

6- قرار گرفتن در معرض اسید

تشخیص بتن آسیب دیده با اسید آسان است.اسید با سیمان پرتلندِ ملات بتن واکنش می دهد و سیمان به نمک های کلسیم تبدیل شده که بوسیله آب جاری ریزش کرده و شسته می شوند.سنگدانه ها ی درشت تر معمولا سالم می مانند، اما نمایان می گردند. ظاهر بتن آسیب دیده توسط اسید تا حدودی مانند تخریب سایشی است، اما سنگدانه هایی که در معرض اسید قرار می گیرند نمایانتر و بدون صیقل هستند. تخریب اسیدی در سطح آغاز می شود، و تحت تاثیر اسید گسترش می یابد و هرچه به هسته بتن نزدیک می شود میزان تخریب کاهش می یابد.

در تعمیرات تخریب اسیدی می توان از تریم کننده اپوکسی MTOFLOW 650Rو یا چسب اپوکسی بتن و ملات ترمیم بتن پلیمری و در بعضی موارد از چسب اپوکسی به همراه ملات اپوکسی استفاده نمود.

7 ترک در بتن ( سازه ای )

در ترک های سازه ای مرده ( ترک های زنده ی دینامیکی نشان از ضعف سازه در بخش های مهمی مانند اتصالات تکیه گاهی و عدم لختی سازه دارد )، می توان از روش زیر استفاده نمود.

تزریق رزین اپوکسی می تواند برای یکپارچه ساختن سازه ی بتن ( افزایش لختی ) استفاده شود. و اگر هدف از ترمیم ، آب بند ساختن نشتی سازه است پیشنهاد می شود که ترمیم به صورت کامل با تزریق رزین پلی یورتان انجام پذیرد.تزریق رزین اپوکسی در برخی موارد که حجم نشت آب سازه کم باشد ، برای آب بندی استفاده شده و یا جهت چسباندن مجدد ترک های اعضای سازه ی بتنی بکار می رود.رزین اپوکسی پس از تزریق به ماده ای سخت اما شکننده و ترد که نسبت به حرکت احتمالی ترک ها مقاومتی ندارد بدل می شود ، در عوض رزین پلی یورتان انعطاف پذیر بوده و مقاومت کششی پایینی داشته و به فومی بدون منفذ بدل شده که برای رفع نشت و آببندی مناسب است.

اگر عمق برداشت بتن آسیب دیده و فرسوده به اندازه ی مورد لازم زیر عمق و دامنه ی گسترش ترکهای موجود نباشد، باید انتظار داشت سرانجام ترک جدیدی از میان مواد تعمیری استفاده شده نمایان شود.

به طور خلاصه می توان گفت هر سازه بتنی در طول مراحل ساخت و بهره برداری می تواند به علل مختلف مانند خوردگی آرماتور ها ، نفوذ آب ، حمله سولفات و کلر ها ، کربناتاسیون ، قلیایی بتن ، اشتبا هات طراحی و بارگذاری ، حوادث ، ترک های ناشی ازجمع شدگی و عدم کیورینگ و نگهداری مناسب ، عدم اجرای نامناسب بتن ، عدم کیفیت لازم طرح اختلاط ، عدم فراهم بودن شرایط مناسب بتن ریزی و ... دچار نقص کیفی در بتن گردد که باعث تحلیل عضو بتنی کاهش شدید دوام و مقاومت بتن و حتی از بین ر فتن دائمی عضو می گردد.

 از سوی دیگر بدیهیست که هر گونه ترمیم و تعمیر اصولی و کارآمد بتن نیازمند تشخیص کارشناسی عوامل ایجاد کننده نقص و تشریح نیاز های مورد نظر از ترمیم می باشد که این امر به نوبه خود نیازمند احاطه کامل کارشناسان به مصالح متنوع ترمیمی چه از نظر ساختار و چه از منظر کاربرد و اجرا می باشد . چراکه عدم رعایت اصول و مراحل ترمیم بتن می تواند باعث تشدید آسیب ها ، تحمیل هزینه های مضاعف و کاهش بیش از پیش کیفیت عضو و کاربری آن می شود . از این رو پر واضح است که یک عملیات ترمیم اصولی ، با کیفیت و با دوام ، در تعامل با مجموعه ای از دانش های فنی وتجربه اجرایی مورد نیاز انجام پذیر است . 

بدین جهت کلینیک بتن ایران با در اختیار داشتن کادر تخصصی کارشناسی و اجرایی با تجربه ، نسبت به ارائه این خدمات تخصصی بتن به پروژه های مختلف در سطح کشور اقدام نموده است.