ویژگی های ریزساختاری و مکانیزم های پیشنهادی برای انبساط DEF

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 21 تیر ، 1400

نمونه هایی که دچار DEF شده اند، ریزساختار ویژه ای را پس از انبساط نشان می دهند که در آن مرزهایی به دور ذرات سنگدانه مشاهده می شود که تا حد زیادی با اترینگایت جهت دار شده پر شده اند. ضخامت این مرزها تا حدی از اندازه ذرات سنگدانه تبعیت می کند، اگرچه که همه مرزها پیوسته یا پر شده نبوده و ترک های اضافی نیز در داخل خمیر سیمان وجود دارند. تنوع این ریزساختارهای مشاهده شده توسط تیلور و همکاران مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

در این مطلب سعی کرده ایم تا شما عزیزان را با ویژگی های ریزساختاری و مکانیزم های پیشنهادی برای انبساط DEF بیشتر آشنا کنیم.

مصالحی که در معرض عمل آوری حرارتی قرار گرفته اند، دارای ریزساختار کاملا دگرگون شده ای نسبت به مصالح عمل آوری شده در دمای محیطی می باشند. عمل آوری حرارتی موجب تولید سریع هیدرات ها در سنین اولیه ده و منجر به تشکیل مرزهای متراکمی به دور ذرات درشت تر سیمان می گردد. ذرات کوچک تر سیمان کاملا واکنش داده و اغلب شکلی شبیه ذرات هدلی را به جا می گذارند. این شکل ها همراه با نمونه هایی که دارای ریزساختارهای بسیار درشت تر و بازتر در مقایسه نمونه های عمل آوری شده در دمای اتاق می باشند، تا سنین بالاتر باقی می مانند.

در بسیاری از موارد، مشخص شده است که مرزهای موجود به دور دانه های درشت سیمان شامل مرزهای هم محوی از هیدرات ها هستند که چگالی های متفاوتی داشته و در دوره های مختلفی از فرآیند عمل آوری تشکیل شده اند. برای مثال، فامی و همکاران، وجود دو یا حتی سه مرز بسیار خوب را نشان داده اند. ماده تشکیل شده حین عمل آوری حرارتی در تصاویر الکترونی پس پراکنش از مقاطع براق در میکروسکوپ الکترونی، روشن تر است که ناشی از چگالی بیشتر آن می باشد، درحالی که هیدرات های تشکیل شده پس از عمل آوری حرارتی، تیره تر هستند که علت آن چگالی کمتر آنها می باشد.

این تفاوت ها در ریزساختار و چگالی بدون شک بیانگر این مطلب است که مصالحی که با حرارت عمل آوری شده اند، مقاومت های نهایی کمتری را نسبت به نمونه های مشابه عمل آوری شده در دمای اتاق به دست می آورند، حتی در صورتی که انبساط DEF و روند نزولی مقاومت اتفاق نیفتد. در هر دو مورد دمای محیطی و دماهای بالاتر، اترینگایت در حفرات موجود در ریزساختار ظاهر می شود، بنابراین وجود رسوبات بزرگ اترینگایت نشانه ای کافی است برای تشخیص DEF. الگوی ویژه و مشخص از مرزها به دور سنگدانه، همراه با دلیلی مبنی بر عمل آوری حرارتی بتن، باید وجود داشته باشد.

با دیگر مقالات کلینیک بتن در این بخش بیشتر همراه باشید

عوامل تاثیر گذار بر شدت DRF در بتن

کنترل کیفی مخلوط ها و مواد scc چیست

اجرای مقاوم سازی به روش لمینت و الیاف کربن اف آر پی FRP

تحلیل های SEM می تواند جهت کاوش ریزفرآیندهای شیمیایی که در نمونه ها اتفاق می افتند، مورد ااستفاده قرار گیرند. مشخص شده است که نمونه های عمل آوری شده در دمای اتاق، دارای رسوبات اترینگایت و یا AFm به صورت مخلوط با C-S-H خارجی تولید شده در سنین اولیه می باشند. درمقابل در نمونه های عمل آوری شده با حرارت، تنها ماده افزودنی AFm مشاهده می شود، درحالی که Al و S ناشی از اترینگایتی که تشکیل خواهد شد، توسط C-S-H جذب سطحی می شوند. فعالیت صورت گرفته توسط لویس نشان داده است که مواد منبسط شونده و غیر منبسط شونده از طریق سطح سولفات جذب سطحی شده بری روی C-S-H (اندازه گیری شده در مرزهای موجود به دور بزرگ ترین دانه های سیمان) قابل تشخیص می باشند.

اخیرا، فامی این فعالیت را توسعه داده و نشان داد برای نمونه هایی که در آنها انبساط اتفاق افتاده، مقادیر قابل ملاحظه ای از AFm در محصول خارجی C-S-H به همراه مقادیر زیادی از سولفات جذب سطحی شده بر روی محصول داخلی و خارجی C-S-H وجود دارد. او اظهار داشت که انبساط بر اثر تبدیل AFm موجود در حفرات کوچک به اترینگایت، ایجاد شده است. این حالت منجر به انبساط خمیر و آغاز آسیب می گردد. سپس اترینگایت به سمت مرزهای سنگدانه یعنی جایی که رسوبات بزرگ قابل مشاهده وجود دارند، مهاجرت می کند برای وقوع آسیب، باید AFm کافی در محصول خارجی وجود داشته و نیز مقدار کافی سولفات بر روی محصول داخلی و خارجی جذب سطحی شده باشد. تیلور و همکاران در بررسی و مروری که انجام داده اند، جزئیات این مکانیزم را مورد بررسی قرار داده اند. با این حال، این تنها یکی از مکانیزم هایی است که پیشنهاد شده است. ما سه مکانیزم را در اینجا مورد بررسی قرار می دهیم:

1- انبساط خمیر که در آن خمیر سیمان منبسط شده و رزهایی را به دور سنگدانه ها به جا می گذارد که بعدا توسط اترینگایت در زمان تشکیل آن و یا به احتمال بیشتر در زمان مل آمدن اوستوالد از کریستال های بسیار کوچک تر اترینگایت که کمی زودتر تشکیل شده و در خمیر سیمان وجود دارند، پر می شوند. برخی دلایل را می توان برای انبساط خمیر فرض نمود. اگر چنانکه توسط فامی بیان شده است، اترینگایت در حفرات کوچک از AFm تشکیل شود، آنگاه امکان تولید فشارهای کافی برای ایجاد انبساط وجود دارد. احتمالا انبساط پس اط تشکیل اترینگایت به تاخیر می افتد، اما این پدیده توسط یک مکانیزم خزش یا یک مکانیزم اسمزی قابل توضیح می باشد.

2- تشکیل مرزهای اترینگایت منبسط شونده توسط عده ی دیگر از نویسندگان پیشنهاد شده است. این نویسندگان معتقدند که این مکانیزم، قادر به تولید فشارهای کافی جهت ایجاد انبساط نمی باشد، چرا که درجه فوق اشباع پایین بوده و برای تولید نیروهای به میزان کافی بزرگ در چنین مرزهای بزرگی، درجات فوق اشباع بسیار بالا مورد نیاز می باشد. به علاوه شواهدی وجود دارد که عرض این مرزها به دور سنگدانه ها تابعی از اندازه سنگدانه که برای مکانیزم انبساط خمیر، انتظار می رود، اما برای یک مکانیزم رشد کریستال در سطوح سنگدانه ها مورد انتظار نمی باشد. با این وجود، می توان مکانیزمی را تصور نمود که در آن تغییرات دمای روزانه، امکان رشد پاکانی کریستال و جدا شدن تدریجی آن از سطوح را فراهم می نماید. (چنانکه اگ ردرزهای انبساط در بتن به صورت تدریجی پر شوند، این پدیده منجر به آسیب به دال های مجاور می گردد)، بنابراین شاید هنوز زود باشد که این مکانیزم را رد نماییم. به علاوه، DEF اغلب هنگامی اتفاق می افتد که بتن توسط مکانیزم های خرابی دیگری مانند ASR آسیب دیده باشد، اگر چه که در این مواد، تنها یک نیروی انبساطی ضعیف ممکن است لازم باشد.

مقاوم سازی بتن آسیب دیدهمقاوم سازی بتن آسیب دیده

3- مکانیزم اسمزی برای تشکیل اترینگایت منبسط شونده توسط ثورولدسون پیشنهاد شده است. این مکانیزم در دیگر حالت های آسیب بتن مانند حمله انجماد و ذوب و ASR شامل می باشد. تبدیل AFm یه AFt در خمیر، منجر به مصرف آب قابل ملاحظه ای شده که ممکن است افزایشی را در مقاومت یونی مایع اطراف ایجاد نموده و منجر به پمپاژ اسمزی آب به داخل خمیر گردد. جالب است که این مکانیزم به سادگی عامل تاخیر در انبساط می باشد، زیرا انتقال آب باید پس از تشکیل اترینگایت اتفاق بیفتد.

این موضوع بسیار جدال برانگیز بوده است که علت آن تا حدی مربوط می شود به برخی دعاوی دادگاهی که سعی دارند مسئولیت مشکلات را بر گردن گروه های مربوطه بیندازند. اکنون که این فعالیت کنونی کاهش یافته و فروکش نموده است، به نظر می رسد که اتفاق نظر به سمت مکانیزم انبساط خمیر سوق یافته است اما شاید زمان آن باشد که نقش نیروهای اسمزی را نیز در زمینه انبساط خمیر مجددا بررسی نماییم، چرا که شواهد وجود دارد که نشان می دهد انبساط بلافاصله پس از تشکیل اترینگایت ایجاد نمی شود، برخلاف این واقعیت که اغلب تکنیک های بررسی تشکیل اترینگایت، با افزایش اندازه کریستال، کارآمدتر می شوند (یعنی با کامل شدن و عمل آمدن پیوسته اوستوالد).

همچنین مهم است که امکان تغییر مکانیزم راب ا تغییرات شرایط در نظر بگیریم. برای مثال، اگر یک نمونه ملات میله ای دچار DEF شده و سپس حرارت دهی مجدد شده و دوباره در معرض رطوبت قرار گیرد، یک انبساط اضافی بسیار سریع اتفاق می افتد. در این مرحله، قید کمی وجود دارد و در نتیجه تشکیل اترینگایت در مرزها بسیار محتمل است که قادر به تولید انبساط باشد. در مقابل، آغاز انبساط اولیه نیازمند نیروهای بسیار بزرگ تری است و مشاهده چگونگی تولید این نیروها توسط رشد کریستال ساده، دشوارتر می باشد. اخیرا اسکرر پیشنهاد نموده است که نیروهای کافی به طور گذرا در حفرات بسیار کوچک تولید شده و موجب ترک خوردگی بتن می شوند و سپس قیدهای موجود در برابر انبساط کاهی می یابند به طوری که انبساط بعدی می تواند بر اثر نیروهای کوچک تر در حفرات بزرگ تر اتفاق بیفتد.

به طور خلاصه، DEF فرآیند پیچیده ای است که هنوز به طور کامل شناخته نشده است. اغلب به سادگی می توان از این پدیده با محدود نمودن دماهای عمل آوری ماکزیمم جلوگیری نمود. جدا از DEF، حمله داخلی سولفات ایجاد شده بر اثر وجود سولفات بیش از حد در مصالح بتن، عموما از طریق تبعیت از حدود نسبت های ترکیب در استانداردها برای سیمان ها و سنگدانه ها، قابل جلوگیری می باشد.
6LejitwhAAAAANvn8APaMURvuVWIRBhNqoFP0e9r