عوامل آسیب دیدگی بتن در اثر واکنش قلیایی سنگدانه ها

واکنش‌های قلیایی سنگدانه‌ها (AAR) برای بتن‌ریزی‌های بعد از دهه‌ی چهل میلادی، مشکل متدوالی نیستند. قلیا با سنگدانه‌هایی نظیر اوپال، کلدئون، چرت، آندزیت، بازالت و کوارتز واکنش می‌دهد. محصولات این واکنش در حضور آب، افزایش حجم می‌دهند و با ایجاد تنش در بتن ترک ایجاد می‌کنند. وجود ترک‌ها باعث ورود بیشتر آب و رطوبت به بتن و افزایش بیشتر حجم و نتیجتاً آسیب دیدگی بیشترِ بتن می‌شود. این مشکل ابتدا در اوایل قرن بیستم میلادی مشاهده شد، اما مطالعات بر روی آن در دهه 1930 و همزمان با ساخت سد پارکر آغاز شد. در آن زمان، روش‌هایی برای شناسایی سنگدانه‌هایی که پتانسیل واکنش داشتند و همچنین مشخص نمودن سیمانی که دارای حداقل 0٫6 درصد سدیم و پتاسیم است، ارائه شد. در دهه 40 میلادی، استفاده از سنگدانه‌هایی با قابلیت واکنش قلیایی در بتن ممنوع شد. با این حال همچنان در برخی سازه‌ها، از این نوع سنگدانه‌ها استفاده می‌شود که منجر به آسیب دیدگی بتن می‌شود.

این واکنش‌ها با وجود سال‌ها مطالعه و مشاهده، همچنان برای درک کامل‌تر به تحقیقات بیشتری نیاز دارند. برخی بتن‌ها که حاوی سنگدانه‌های فعال قلیایی هستند بلافاصله نشانه‌های آن را به نمایش می‌گذارند و باعث افزایش حجم و عوامل آسیب دیدگی بتن می‌شوند؛ در حالی که برخی دیگر تا سال‌ها خاموش می‌مانند. بدون شک، وضعیت محیطی بتن و نوع سنگدانه‌ها در آن نقش مهمی دارند. در حال حاضر که این متن در حال نگارش است، هیچ روش کلی و بازدارنده‌ای برای جلوگیری از این واکنش‌ها ارائه نشده است، اگر چه ترمیم با لیتیم در برخی موارد ممکن است مفید باشد. به علاوه، چندین روش برای مشخص نمودن میزان پتانسیل سازه‌ی بتن برای افزایش حجم، ارائه شده است، اما هیچ کدام به صورت کامل و جامع پذیرفته نشده‌اند.

آزمایش‌های پتروگرافی در بتن، نشان دادند که ماده‌ای ژل‌ مانند در اطراف سنگدانه‌ی فعال تشکیل می‌شود. این ژل در حضور آب یا بخار آب، افزایش حجم چشمگیری دارد و با ایجاد تنش در بتن، باعث افزایش حجم آن و ترک خوردگی می‌شود (عکس پایین).

در ساخت و سازهای جدید، از سیمان‌هایی با خاصیت قلیایی کم و خاکستر سرباره (پوزولان) برای جلوگیری از این نوع آسیب دیدگی استفاده می‌شود. با این حال، در بعضی موارد، این روش‌ها هم برای جلوگیری جواب نداده است. در چنین مواردی، اثبات شده است که مخلوط لیتیمی می‌تواند مانع افزایش حجم شود.

اگرچه هیچ روش جامعی برای مقابله با آسیب دیدگی ناشی از واکنش‌های قلیایی ارائه نشده است، ثابت شده که خشک نگه داشتن محیط بتن، در کاهش نرخ افزایش حجم و آسیب دیدن آن بسیار موثر بوده است.

ترمیم بتن‌های آسیب دیده به وسیله واکنش‌های قلیایی، معمولاً عمر کوتاهی دارد. بعد از ترمیم، افزایش حجم در بتن ادامه پیدا می‌کند و مواد ترمیمی را نیز از بین می‌برد. با این حال، در برخی موارد، همین ترمیم با عمر کوتاه، بهترین گزینه‌ی روی میز است.

در نهایت باید گفت، با وجود این که آسیب دیدگی به وسیله‌ی واکنش‌هیا قلیایی، بیشتر در بتن‌های قدیمی مشاهده می‌شود، اما همچنان می‌تواند در ساخت و سازهای جدید که از مواد غیر مناسب استفاده کرده‌اند نیز رخ بدهد.