عوامل موثر بر نفوذپذیری در بتن

امتیاز کاربران برای این صفحه | امتیاز 2/6 از 5 (از 1205 رای)
امتیاز شما :

به طور کلی بسته به شرایط محیطی و ضخامت عضو بتنی، غالباً آب قابل تبخیر بتن (کل آب مویینگی و بخشی از آب جذب شده در سطح) تلف می شود و حفره ها به صورت خالی یا اشباع نشده باقی می مانند. به طوری که آب قابل تبخیر قابل انجماد بوده و فاقد هرگونه حرکت داخلی است. به طور کلی هنگام بررسی بتن از بعد نفوذ پذیری، به ضریبی اشاره می شود که ضریب نفوذ پذیری (K) نامیده می شود.

در ادامه این مقاله که توسط کارشناسان کلینیک بتن ایرن تهیه شده است با عوامل موثر نفوذپذیری در بتن آشنا خواهید شد.

گاربوچی (Garboczi) چندین نظریه را در این زمینه مورد بررسی قرار داد. این نظریه ها، سعی در ارتباط دادن پارامترهای ساختمان ذره بینی محصولات سیمان با انتشار (میزان انتشار یون ها از طریق منافذ پر از آب) و یا تراوایی (میزان لزج مایعات از طریق ساختار منفذی) داشت. در مصالحی نظیر بتن، که دارای ریز ترک های زیادی هستند، به دلیل تغییرات غیرقابل پیش بینی ای که در ساختار منفذی آنها در هنگام نفوذ یک مایع خارجی صورت می پذیرد، امکان تعیین یک ضریب مشخصه ی انتقال وابسته به ساختار منفذی آنها، به گونه ای رضایت بخش، بسیار مشکل است.

باید توجه داشته باشیم که به دلیل چرخه های مکرر باریک و پهن شدن منافذ و ریز ترک ها، بر اثر اندر کنش ها و فعل و انفعالات فیزیکی - شیمیایی بین مایع نفوذی و مواد معدنی خمیر سیمان، خاصیت انتقال وابسته به ساختمان منفذی دائماً در حال تغییر می باشد. نفوذ پذیری به معنی خاصیتی است که حاکم بر آهنگ جریان مایع در جسم متخلخل است. برای جریان پایا، ضریب نفوذ پذیری (k) از معادله دارای به دست می آید.

در معادله ای که در زیر آمده است آهنگ جریان مایع، µ لزجت مایع، گرادیان فشار، A مساحت سطح و L ضخامت جسم می باشد. ضریب نفوذ پذیری بتن در برابر نفوذ گازها یا بخار آب به داخل آن، بسیار کمتر از ضریب نفوذ پذیری آن در برابر نفوذ آب است. به همین دلیل، آزمایش های اندازه گیری نفوذ پذیری، عموماً با استفاده از آب بدون هوای محلول انجام می گیرد.

آخرین مطالب تکمیلی کلینیک بتن ایران را در این بخش دنبال نمایید

بتن ریزی در هوای سرد چگونه انجام می شود

حداکثر و حداقل زمان مورد نیاز برای سفت شدن بتن چقدر است؟

تعیین حداکثر فاصله بین دو ستون بتنی بر چه اساس تعیین می شود؟

8-5-1- نفوذپذیری خمیر سیمان

در خمیر سیمان هیدراته شده، اندازه و پیوستگی منافذ در هر نقطه در حین فرآیند هیدراسیون، ضریب نفوذ پذیری را کنترل خواهد نمود. همانطور که قبلاً بحث شد، آب مخلوط به طور غیر مستقیم مسئول نفوذپذیری خمیر سیمان هیدراته شده می باشد؛ زیرا میزان این آب در ابتدا نشان دهنده ی کل فضای خالی است و پس از انجام هیدراسیون، این آب نشان دهنده ی فضای پر نشده پس از مصرف آب است، خواه این آب مصرف شده برای فعل و انفعالات هیدراسیون به کار رفته شده باشد و یا اینکه تبخیر شده و به داخل محیط رفته باشد. ضریب نفوذپذیری خمیر سیمان تازه در حدود ۱۰ تا 5-10 سانتیمتر بر ثانیه می باشد.

نفوذپذیری در بتننفوذپذیری در بتن

در حین فرآیند هیدراسیون به تدریج به تخلخل مویینگی کاهش می یابد، ضریب نفوذپذیری نیز کمتر می شود (جدول ۸-۱) ولی تناسب مستقیمی بین این دو وجود ندارد. برای مثال هنگامی که تخلخل مویینگی از ۴۰ درصد به ۳۰ درصد کاهش می یابد، ضریب نفوذپذیری خیلی بیشتر افت می کند، در صورتی که بر اثر کاهش بیشتر تخلخل از ۳۰ درصد به ۲۰ درصد، افت خیلی کمی در نفوذپذیری به وجود می آید. علت این امر آن است که در ابتدا، با پیشرفت فرآیند هیدراتاسیون سیمان، حتی مقدار کم کاهش تخلخل مویینگی کل، با تقسیم قابل توجه منافذ بزرگ همراه است. بنابراین اندازه و تعداد کانال های جریان در خمیر سیمان به میزان زیادی کاهش می یابد. به طور متعارف، تخلخل مویینگی در حدود ۳۰ درصد، نشان دهنده ی آن زمانی است که اتصال زنجیری بین منافذ، به قدری پیچ در پیچ شده است که کاهش بیشتر تخلخل خمیر سیمان، با افت قابل ملاحظه ای در ضریب نفوذ پذیری همراه نخواهد بود.

جدول -۱-۸ کاهش نفوذ پذیری خمیر سیمان (با نسبت آب به سیمان 7/0) با پیشرفت فرآیند هیدراتاسیون
سن (روز) ضریب نفوذپذیری (cm/sec 11-10 ×)
تازه 000/000/20
5 000/4
6 000/1
8 400
13 50
24 10
نهایی 6

به طور کلی وقتی که نسبت آب به سیمان زیاد و درجه هیدراسیون کم باشد خمیر سیمان، تخلخل مویینگی زیادی خواهد داشت (شکل 8-1) و شامل تعداد تقریباً زیادی از منافذ بزرگ و کاملاً به هم متصل، می شود و در نتیجه ضریب نفوذ پذیری آن زیاد خواهد بود. با پیشرفت هیدراسیون، اندازه بسیاری از منافذ کاهش یافته (مثلاً به nm ۱۰۰ یا کمتر) و همچنین اتصال زنجیری شان را از دست خواهند داد و در نتیجه نفوذ پذیری نیز کاهش خواهد یافت. ضریب نفوذ پذیری خمیر سیمان هنگامی که بیشتر منافذ مویینه کوچک بوده و به هم متصل نباشند، در حدود cm/sec 12-10 می باشد. مشاهده شده است که در خمیر سیمان معمولی، انفصال در شبکه مویینه عموماً وقتی اتفاق می افتد که تخلخل مویینه در حدود ۳۰ درصد باشد. از آنجا که در بیشتر مخلوط های بتن، نسبت آب به سیمان به ندرت از ۰/۷ تجاوز می نماید؛ لذا واضح است که در بتنی که به خوبی عمل آوری شده باشد، خمیر سیمان عامل اصلی موثر در ضریب نفوذ پذیری نمی باشد.

رابطه بین نفوذ پذیری و نسبت  W/Cدر خمیر سیمانشکل 8-1- رابطه بین نفوذ پذیری و نسبت  W/Cدر خمیر سیمان

8-5-2- نفوذپذیری سنگدانه ها

تخلخل، نفوذ پذیری و جذب آب سنگدانه ها بر خواص از آنها، مانند چسبندگی به خمیر سیمان، مقاومت بتن در برابر یخ زدگی و آب شدن و همچنین بر ثبات شیمیایی و مقاومت در برابر سایش آنها اثر دارند. وزن مخصوص ظاهری سنگدانه ها همچنین به تخلخل آنها بستگی دارد و در نتیجه بازدهی بتن برای وزن معینی از سنگدانه ها نیز تحت تاثیر میزان تخلخل آنها واقع خواهد شد. از داده های نفوذ پذیری سنگ های طبیعی و خمیر سیمان (جدول 8-2) این طور به نظر می رسد که ضریب نفوذ پذیری سنگدانه ها هم به همانگونه خمیرهای سیمان هیدراته شده با نسبت های آب به سیمان در محدوده ۰/۳۸ تا ۰/۷۱ متغیر می باشند.

جدول-۲-۸ مقایسه بین نفوذ پذیری سنگ ها و خمیرهای سیمان
نوع سنگ ضریب نفوذپذیری
(cm/sec)
نسبت آب به سیمان خمیر عمل آمده با ضریب تراوایی یکسان
سنگ بازالتی سنگین 12-10 × 47/2 38/0
دیوریت کوارتزی 12-10 × 24/8 42/0
مرمر 12-10 × 39/2 48/0
مرمر 12-10 × 77/5 66/0
گرانیت 12-10 × 35/5 70/0
ماسه سنگ 12-10 × 33/1 71/0
گرانیت 12-10 × 56/1 71/0

وزن مخصوص ظاهری سنگدانه ها همچنین به تخلخل آنها بستگی دارد و در نتیجه بازدهی بتن برای وزن معینی از سنگدانه ها نیز تحت تاثیر میزان تخلخل آنها واقع خواهد شد. اندازه منافذ داخل سنگدانه ها در دامنه وسیعی تغییر می کند و بزرگترین آنها به اندازه ای می باشد که زیر میکروسکوپ یا حتی با چشم غیرمسلح دیده می شود ولی حتی کوچک ترین منافذ سنگدانه ها عموماً بزرگ تر از منافذ ژل در خمیر سیمان می باشد. منافذ کوچکتر از ۴ میکرون مورد توجه به خصوص می باشند، زیرا به طور کلی عقیده بر آن است که این منافذ بر دوام سنگدانه هایی که در معرض یخ زدن به آب شدن متناوب قرار می گیرند اثر می گذارند.

بعضی از منافذ سنگدانه ها کاملاً در داخل جسم جامد قرار می گیرند و بعضی دیگر در نزدیک سطح واقع شده و به خارج راه دارند. خمیر سیمان به علت این اجزای که دارد نمی تواند، به جز در مورد بزرگ ترین منافذ سنگدانه ها، تا عمق زیادی به داخل منافذ دیگر نفوذ نماید؛ لذا به منظور محاسبه میزان سنگدانه ها در بتن از حجم ناخالص سنگدانه ها که به صورت پر در نظر گرفته می شوند استفاده می نماید. بنابراین آب می تواند به داخل منافذ راه یابد و مقدار و روند نفوذ آن به اندازه، تداوم و کل حجم منافذ بستگی دارد. و از آنجا که سنگدانه ها حدود سه چهارم حجم بتن را تشکیل می دهند واضح اس که تخلخل سنگدانه ها سهم عمده ای در کل تخلخل بتن خواهد داشت.

عوامل موثر بر نفوذ پذیری در بتنعوامل موثر بر نفوذ پذیری در بتن

8-5-3- نفوذپذیری بتن

نفوذ پذیری بتن نقش مهمی در دوام آن دارد؛ زیرا نفوذ پذیری مقدار نفوذ رطوبت را که ممکن است دارای یون های مخرب باشند و همچنین حرکت آب را در فرآیند حرارت دهی یا یخ زدن، کنترل می کند. نسبت آب به سیمان نقش دوگانه ای در دوام بتن دارد؛ زیرا نسبت آب به سیمان کمتر نفوذ پذیری را کاهش (شکل 8-2) و مقاومت بتن را نیز افزایش می داده و بنابراین مقاومت به ترک خوردگی در اثر تنش های داخلی که ممکن است در اثر واکنش مخرب تولید شود را نیز بهبود می بخشد.

رابطه بین نفوذ پذیری و نسبت W/C را بتنشکل -۲-۸ رابطه بین نفوذ پذیری و نسبت W/C را بتن

نفوذ پذیری بتن را می توان با تعیین نرخ جریان از میان یک دال بتنی اندازه گرفت. چون تخلخل بتن مربوط به خمیر سیمان است، لذا نفوذ پذیری بتن می تواند توسط خمیر سیمان کنترل شود، اما مقدار آن در اثر ترک های داخلی ناحیه انتقال خمیر و سنگدانه تغییر می کند. باید توجه داشت که عبور آب از میان بتن صرف نظر از دوام، در اجرا نیز مورد نظر می باشد. بتن نفوذناپذیر برای مخازن نگهداری آب و ساختمان های زیرزمین مورد نیاز می باشد. جریان آب از داخل خمیر سیمان از قانون «دارسی» که مربوط به عبور سیال در یک محیط متخلخل است از رابطه زیر تبعیت می کند.

در این معادله v نرخ جریان آب، h ارتفاع آب (فشار هیدرولیکی)، x ضخامت نمونه و kp ضریب نفوذ پذیری است. از نظر نقطه تئوریک، انتظار می رود که اضافه کردن ذرات سنگدانه با نفوذپذیری کم به خمیر سیمان، نفوذپذیری کل سیستم را کاهش دهد. این بیان، به ویژه در مورد خمیرهای با نسبت زیاد آب به سیمان و در سنین اولیه آن، که تخلخل مویینگی زیاد صادق است. از آنجا که ذرات سنگدانه ها می باید کانال های جریان داخل ماتریس خمیر سیمان را قطع نمایند، بنابراین ملات یا بتن، در مقایسه با خمیر سیمان خالص با نسبت آب به سیمان و درجه بلوغ یکسان، باید ضریب نفوذ پذیری کمتری داشته باشند. داده های حاصل از آزمایش ها دلالت بر آن دارند که در عمل، این چنین اتفاق نمی افتد. دو مجموعه داده های شکل (8-3) به روشنی نشان می دهند که اضافه نمودن سنگدانه ها به خمیر سیمان یا ملات، تراوایی را به میزان زیادی افزایش می دهد. در حقیقت، هر چه که اندازه سنگدانه بزرگ تر باشد، ضریب نفوذ پذیری نیز بیشتر می شود.

تاثیر نسبت آب به سیمان و بزرگترین اندازه سنگدانه بر روی نفوذ پذیری در ملات سیمانشکل 8-3- تاثیر نسبت آب به سیمان و بزرگترین اندازه سنگدانه بر روی نفوذ پذیری در ملات سیمان (الف)  و خمیر سیمان (ب)

توضیح این مورد که چرا نفوذ پذیری ملات یا بتن از نفوذ پذیری خمیر سیمان متناظر با آن بیشتر است، به ریز ترک های موجود در ناحیه انتقال بین سنگدانه ها و خمیر سیمان مربوط می شود. همانگونه که قبلاً ذکر شد اندازه سنگدانه و دانه بندی آن بر روی مشخصات آب انداختگی مخلوط بتن تاثیر می گذارد که این نیز به نوبه خود روی مقاومت ناحیه انتقال تاثیر گذار است.

در طی دوره های هیدراتاسیون اولیه، به دلیل تفاوت بین کرنش های خمیر سیمان و سنگدانه، ناحیه انتقال ضعیف بوده و در برابر ترک خوردگی آسیب پذیر می باشد. کرنش های فوق الذکر، عموماً ناشی از جمع شدگی ناشی از خشک شدن، جمع شدگی حرارتی به بار اعمال شده خارجی می باشند. ترک های ناحیه انتقال آنقدر کوچک اند که با چشم غیر مسلح آنها را نمی توان دید؛ اما عرضشان بزرگتر از عرض حفره های مویینه موجود در ماتریس خمیر سیمان می باشد و بنابراین با افزایش ارتباطات داخلی سیستم، نفوذ پذیری آن را افزایش می دهند.

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1399/11/07
سایر مقالات
تاثیر ناخالصی های آب بر روی مقاومت بتن
تاثیر ناخالصی های آب بر روی مقاومت بتن
وجود ناخالصی در آب مخلوط بتن باعث تغییراتی در ویژگی‌های سازه‌ای بتن نظیر مقاومت و دوام می‌شود. به طور کلی، تاثیر ناخالصی‌ها بر رو...
ادامه مطلب
سیستم های حفاظتی کاهش خوردگی میلگرد ها در بتن
سیستم های حفاظتی کاهش خوردگی میلگرد ها در بتن
سیستم های حفاظتی شامل مواد و روش هایی است که باعث کاهش خوردگی فلزات مهار شده در بتن می شوند. این کاهش خرابی موجب دوام بتن می شود. سیستم های حفاظتی نف...
ادامه مطلب
استاندارد افزودنی های دوغاب برای تاندون های پیش تنیدگی
استاندارد افزودنی های دوغاب برای تاندون های پیش تنیدگی
تعیین معارف و الزامات افزودنی های مورد مصرف در دوغاب از اهداف استاندارد افزودنی های دوغاب برای تاندون های پیش تنیدگی است. این استاندارد افزودنی هایی ...
ادامه مطلب
آشنایی با بتن ریزی در هوای گرم و سرد
آشنایی با بتن ریزی در هوای گرم و سرد
هوای گرم و سرد در زمان بتن ریزی اثراتی دارد. در این مقاله سعی داریم شما را با بتن ریزی در هوای گرم و سرد آشنا کنیم. با ما همراه باشید....
ادامه مطلب

نظرات کاربران

به این صفحه امتیاز دهید
با تشکر امتیاز شما به این صفحه می باشد