خوردگی بتن مسلح در برابر آب دریا

موارد مهم خوردگی سازه های بتنی شامل موارد زیر است:

1- تهاجم شیمیایی سولفات ها

2- تهاجم فیزیکی نمک ها

3- تفاوت ساز و کار خرابی این دو تهاجم

4- دانش و ساز و کار تاثیر این دو خرابی برای درک پتانسیل تاثیر آنها بر عملکرد سازه ها

5- خرابی متاثر از انجماد و ذوب

6- خرابی حاصل از واکنش شیمیایی سنگ های سیلیسی و کربناتی

7- خرابی ناشی از قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی

8- خرابی در اثر، سایش و فرسایش خوردگی فلزات درون بتن

9- روش های تعمیرات برای ارتفاع سیستم های محافظتی پوششی برای دوام سازه های بتنی

به دلیل پیچیدگی تاثیرات محیط بر سازه ها و عکس العمل های وارد شده، برخی بر این باورند که برای به دست آوردن عملکرد واقعی، تنها اصلاح خصوصیات مصالح، پاسخگو نیست و باید اجزای معماری، طراحی سازه، فرایند اجرایی، روش های ارزیابی و سیستم نگهداری، تعمیرات و پیش گیری نیز اصلاح شود.

تمام کسانی که به نحوی در به تولید و مصرف سازه های بتنی در گیرند، باید حداقل دانش از مهمترین فرایندهای خرابی و پارامترهای حاکم بر آن داشته باشند. در موارد خاص، چنین دانشی به شخص کمک می کند تا توانایی تصمیم گیری صحیح در زمان درست را داشته باشد.

برخورد ظاهری به سازه به منظور طراحی عمر مفید، یک روش قابل اعتماد نیست. مدل سازی ساده مهندسی ارائه شده، زمینه ی نظری حاصل از تجربه عملی درخصوص فرایندهای خرابی عوامل حاکم بر سازه است که امکان همگونی با سازو کار رفتارهای پیچیده در علم مصالح، تاثیرات حرارت، و اصول اساسی تاثیرگذار بر دوام سازه است.همانطور که مشهود است، جریان انتقال مشترک رطوبت و مواد شیمیایی، حرارت در جرم بتن و ارتباط با محیط اطراف (آب و هوای میکروبی)، و پارامترهای کنترل کننده این سازو کار انتقال، به عنوان اصول اساسی دوام ترسیم شده اند.حضور آب یا رطوبت تنها و مهمترین عامل کنترل کننده انواع خرابی ها بجز خرابی شیمیایی است. انتقال اب در درون بتن توسط نوع خلل و فرج، اندازه و طرز انتشار آنها تعیین می شود.در عوض، نوع و نرخ فرایند خرابی بتن (فیزیکی، شیمیایی، و زیستی) در سازه های مسلح یا سازه های پیش تنیده، خوردگی تعیین کننده استقامت، سختی مصالح، بخش ها و اجزاء سازنده سازه است. همچنین شرایط سطوح سازه باتوجه به ایمنی، کاربری و نمای سازه و تاثیر گذاری آنها تعیین می شود و به طور کلی عملکرد سازه را تعیین می کند.

در حقیقت، آنچه در عمل اطمینان بخش است همانا رضایت از عملکرد سازه در یک گستره زمانی مناسب است که یک سازه مناسب را می توان در طول عمر مفید طراحی یا یک سازه نامناسب را با تعمیرات و نگهداری لازم در همان طول عمر مناسب مورد بهره برداری قرار داد.

ساز و کار انتقال در بتن

شرایط قابل ملاحظه

تقریباً در تمام فرایندهای فیزیکی و شیمیایی تاثیر گذار بر دوام، ساختار بتن دو عامل موثر و مهم است :

1- گازها و سازوکار انتقال در درون خلل و فرج (منافذ)

2- املاح محلول در آب

در اینجا انتقال گارها و آب و املاح مضر محلول در آب و سازوکار چسبندگی مورد نظر است. نرخ، گستره و تاثیر انتقال و سازوکار چسبندگی به شکل چشمگیری به ساختار خلل و فرج و آب و هوای میکرونی سطوح بتنی بستگی دارد. در این ارتباط انواع، اندازه و تناسب انتشار خلل و فرج در ساختار خلل و فرج موثر است.

ساختار خلل و فرج و پر شدن آنها از آب، شاخصی تعیین کننده و مرتبط با نفوذپذیری است و اهمیت زیادی دارد و کنترل کننده نفوذ گازها و مواد محلول در آب به درون بتن است. به علاوه، نرخ فرایند انتقال به طور چشمگیری به سازوکار انتقال بستگی دارد. در جایی که سازوکار چسبندگی شیمیایی مطرح باشد ترکیبات شیمیایی سیمان و خواص سنگدانه ها اهمیت دارد. تمامی سازوکارهای انتقال، اساساً تابعی از ساختار خلل و فرج اند و با همان فرایند تعیین می شوند.

ساختار منافذ بتن

علاوه بر شرایط آب و هوایی میکرونی، نفوذپذیری عامل موثر و تعیین کننده ای در ساختار خلل و فرج سیمان است. در ارتباط با خصوصیات ساختار خلل و فرج انتقال مواد به درون مصالح متخلخل، دو عامل مهم وجود دارد :

تخلخل نسبی

مقدار منافذ انتشار یافته

تخلخل نسبی

تخلخل نسبی یعنی منافذی که به یکدیگر متصل اند، به طوری که انتقال مایعات و گازها و املاح محلول در آن امکان پذیر باشد. در ضمن تخلخل نسبی به حداکثر مقدار آب قابل برگشت بستگی دارد، که در محدوده خمیر سیمان حدود 20 تا 30 درصد است.

 مقدار منافذ انتشار یافته

به طور مشخص تاثیر نوع و نرخ سازوکار انتقال مربوط به آب، سازوکار چسبندگی است. اندازه های منافذ در خمیر سیمان که بزرگی و تنوع طبقه ها را مطرح می کند، بر طبق منابع، پیدایش و ویژگی منافذ عبارت اند از :

منافذ تحکیمی

منافذ حباب هوا

منافذ مویینه

منافذ ژلی

که معمولا به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:

منافذ میکروسکوپی

منافذ مویینه

منافذ ریز اما قابل رویت

دو نوع آخر در ارتباط با دوام بتن است.

معمولاً، دوام بتن در برابر مواد شیمیایی و فیزیکی به شکل چشمگیری با افزایش مقدار منافذ مویینه کاهش می یابد.

سازوکار انتقال

منافذ درون بتن با اندازه های بزرگ احاطه شده با هوا از هوا پر می شوندو نسبت به رطوبت محیط از رطوبت نیز پر می شوند. سطوح داخلی این منافذ با یک فیام نازک از آب، از طریق جذب سطحی پوشیده شده اند.

فرایند انتقال هر نوع گاز، آب، یا مواد و املاک محلول در آب، برمبنای فرایند انتشار در شرایط محیطی مرطوب صورت می گیرد.

فرایند انتشار، تمایل به تعادل در اختلاف غلظت است. نیروی غالب بر انتشار، همان اختلاف غلظت(فشار اسمزی) است.

انتشار گاز دیوکسید کربن به داخل بتن، مربوط به واکنش شیمیایی CO2 است که روی دیوار و منافذ داخل بتن توسعه می یابد و باعث کاهش غلظت درون منافذ می شود. در صورت خوردگی فلزات درون بتن شرایط برای نفوذ اکسیژن صادق است.

انتشار آب یا بخار آب از سطح به درون بتن و برعکس، نسبت به شرایط جوی محیط اطراف تغییر می کند و باعث می شود که حالت تر و خشک شدن بتن اتفاق بیفتد.

انتشار املاح محلول در آب (مثلاً کلرور) در لایه فیلم آبی که روی سطح منافذ بتن به وجود می آید، اتفاق می افتد و یا اینکه با پر شدن منافذ از آب اتفاق می افتد. در صورت کاهش ضخامت لایه فیلم آب کاهش می یابد و در واقع روی سطح دیواره ی منافذ درون بتن، نرخ انتشار املاح محلول در آب به طور چشمگیری با کاهش مقدار رطوبت درون بتن کاهش می یابد.

شرایط محیط اطراف

در شرایطی که سازه به طور مداوم در آب غوطه ور باشد مقدار آب، در شرایط نامطلوب به داخل آن انتقال یابد. نفوذ آب در وهله اول توسط کشش مویینه، که به کمک فشار ستون آب نیز تسریع می شود، صورت می گیرد.

ادامه انتقال آب فقط زمانی انجام می شود مه تبخیر آب از سطحی که در مجاورت هوا قرار دارد صورت پذیرد. میزان این انتقال به تبخیر و کشش منافذ مویینه بستگی دارد.

کشش منافذ مویینه

فشار نیروی هیدروستاتیک آب

همراه با آب، مواد محلول در آب (کربنات، کلرور، سلفور و غیره) به درون بتن انتقال می یابند. این املاح در داخل بتن پس از تبخیر آب باقی می مانند و غلظت چشمگیری از خود به جای می گذارند. شوره زدگی نیز به همین مربوط است. مواد حل شده در آب پس از بلوری شدن بر روی سطح باقی می مانند.

نیروهای انبساطی مربوط به بلوری شدن نمک ها در بتن نزدیک به سطح زمین و بتن فقط سبب مشکلاتی از نظر نمای ظاهری می شوند، ولی تاثیرات واکنش شیمیایی نسبت به غلظت موثر مواد مضر بسیار با اهمیت است. در دیگر مصالح متخلخل مانند سنگ های مرمر و غیره، پوسته پوسته شدن توسط بلوری شدن نمک ها، خرابی های جدی به وجود می آورد، از جمله مجسمه ها، یادبودها و غیره، که در معرض محیط مضر قرار می گیرند.

فرایند فیزیکی و ترک خوردگی

درخصوص دلایل ترک خوردگی به موارد زیر می توان اشاره کرد :

حرکات داخل بتن

انبساط مصالح مدفون داخل بتن

عوامل بیرونی

جمع شدگی پلاستیک و ته نشینی پلاستیکی

ترک خوردگی بر اثر بارگذاری مستقیم

ترک خوردگی در اثر تغییر شکل وارد شده

ترک خوردگی در طول میلگردها

عوامل موثر در پدید آمدن دلایل بالا عبارت اند از :

جرئیات سازه ای

جزئیات میلگردها

ترکیبات شیمیایی بتن

اجرا و عمل آوری

 یخبندان و مواد یخ زدا

نقطه اشباع و تاثیر حباب هوای داده شده

تاثیر مواد یخ زدا

تاثیر مصالح سنگی

عوامل موثر در پدید آمدن موارد بالا عبارت اند از :

ترکیبات شیمیایی بتن

شرایط محیطی

سنین بتن

 فرسایش و کهنگی

ساز و کار خرابی

فرسایش ناشی از سایش

فرسایش ناشی از حفره ای شدن

عوامل موثر در پدید آمدن آن مورد زیر است :

ترکیبات شیمیایی بتن

 فرایند شیمیایی

تهاجم شیمیایی بر بتن

دوام سازه بتنی اغلب با نرخی که بتن توسط واکنش تجزیه می شود، سنجیده می شود. مواد مهاجم

(یون ها و مولکول ها) که اساساً از محیط اطراف به داخل انتقال یافته اند، با مواد درون بتن واکنش شیمیایی انجام می دهند.

اگر مواد مهاجم در درون بتن باشد، این مواد باید به سوی مواد واکنش دهنده بتن انتقال یابد تا واکنش شیمیایی انجام پذیرد. اگر انتقالی انجام نشود واکنشی به وجود نخواهد آمد.

پیش شرط نرخ انجام واکنش های شیمیایی در درون بتن که حضور آب به هر شکلی (مایع یا گاز) الزامی است و اهمیت فراوانی دارد.

معمولاً، واکنش بین مواد مهاجم و مواد واکنش دهنده، به محض رسیدن به هم، انجام می پذیرد. اغلب به دلیل آهنگ ملایم انتقال مواد مهاجم درون بتن و مواد انتقال یافته به داخل بتن، این واکنش ها چندین سال طول می کشد تا تاثیر سوء خود را نشان دهد. بنابراین قابلیت در دسترس قرار گرفتن مواد واکنش زا توسط مواد مهاجم، قدم تعیین کننده ای در تعیین نرخ واکنش با مواد مهاجم است.

آهنگ افزایش دما اساساً تاثیرگذار در آهنگ انتقال (حرارت بالا سبب تحرک بیشتر یون ها و ملکول ها) است. نسبت به نوع واکنش نفوذپذیری بتن سالم با غیر فعال بودن لایه دارای مواد واکنش زا تعیین

می شود. شدت واکنش شیمیایی، که به کاهش کیفیت بتن منجر می شود، با میزان نفوذپذیری بتنارتباط مستقیم دارد.

در عمل مهمترین واکنش ها عبارت اند از:

واکنش اسیدها، نمک های آمونیاک، نمک های منیزیم و آب شیرین (سبک)، با بتن

واکنش سولفات ها با آلومینات درون بتن

واکنش قلیایی های سیمان با سنگدانه های واکنش زا در بتن

واکنش شیمیایی درون بتن،‌ افزایش احتمال خوردگی میلگردها را به همراه دارد که با واکنش بین اجزای، کلسیم آهک آزاد می کند و به کربناسیون بتن منجر می شود.

حمله اسیدها

عمل اسیدها (به عنوان مواد مهاجم) بر بتن سخت شده (به عنوان مواد واکنش زا) کم و بیش چیزی جز تبدیل تمام اجزای کلسیم نیست : هیدروکسید کلسیم، هیدرو سیلیکات کلسیم و هیدرات آلومینات کلسیم، به نمک های اسید مهاجم.

عمل اسید کلریدریک سبب تبدیل آن به کلرور کلسیم (که بسیار در آب محلول است) می شود.

عمل اسید سولفوریک سبب تبدیل آن به سولفات کلسیم، که به صورت گچ است، می شود.

عمل اسید نیتریک سبب تبدیل آن به نیترات کلسیم، که به سادگی در آب حل می شود، است.

عملکرد با اسیدهای آلی نیز به همین صورت است :

عمل اسید لاکتیک سبب تبدیل آن به لاکتات کلسیم می شود.

عمل اسید استیک سبب تبدیل آن به استات کلسیم می شود.

نتیجه حاصل از تمام فرایندهای یاد شده سبب از دست دادن چسبندگی سیمان سخت شده است.

آهنگ خرابی واکنش شیمیایی اسیدهای مختلف بر بتن، با مهاجم تر بودن حمله اسیدها نیست، بلکه به ساختار نمکی بستگی دارد، زیرا هر چه محلول بودن این نمک کمتر باشد تاثیرگذاری آن کمتر خواهد بود.

اگر نمک کلسیم حاصل در آب کمتر محلول باشد، آنگاه آهنگ واکنش تعیین کننده و مهم است، یعنی همان آهنگ حل شدن نمک کلسیم در آب.

دوام بتن

تمامی فرایندهای تحقیقات علمی با ساده سازی آنها همراه است. زمانی که با یک ساختار یا پدیده پیچیده روبه رو می شویم باید به طور دلخواه سیستم موجود را به اجزای ساده تر طبقه بندی کنیم تا تک تک آنها مورد مطالعه و بررسی قرار گیرند و مدیریت مناسب تری اعمال شود.

از نظر علمی، این روش کار قابل قبول است، اما نتایج حاصل ارزش محدود خاصی را دارد، مگر اینکه تمامی دیگر جوانب مربوط به پدیده را در نظر بگیریم و مورد مطالعه قرار دهیم. ضمناً سعی در به کارگیری دیگر اطلاعات موجود در بررسی انجام شود.

پیش از این باید سیستم های پیچیده را به روش مفهوم تمامیت پدیده بررسی کنیم و دانش تجربی را با دانش علمی مکمل یکدیگر قرار دهیم. در عوض، در بیشتر اوقات در مطالعات یک بخش از سیستم پیچیده داده ها را مثل اینکه به تمام مجموعه کلی مربوط است بررسی می کنیم. سپس در زمان شبیه سازی نتایج، به ندرت دانش مربوط به تجربه را مورد بررسی قرار می دهیم.

پایه دانشی که فقط از روش علمی تجزیه ای سرچشمه گرفته است کمبودی جدی به همراه دارد که باید اصلاح شود،‌زیرا علم پایه ای را برای استواری تکنولوژی به وجود می آورد. برای مثال چگونه می توان اتظار داشت که سازه بتنی با دوام است. اگر در توسعه ای به روش های آزمایش و مشخصات استاندارد به نظریه های علمی و شبیه سازهای ناکافی و نامناسب اکتفا کرده ایم، برای به تصویر کشیدن این موضوع، نظریه های رایج پذیرفته شده را بررسی می کنیم، طوری که نظریه های علت خرابی بتن از جمله : تهاجم سولفات ها، واکنش قلیایی سنگدانه های سیلیسی، خوردگی میلگردها، انجماد، و ذوب هستند.

تهاجم سولفات

بسیاری از سازه های بتنی که در معرض شرایط محیطی تهاجم سولفات قرار داشته اند، مورد بررسی قرار گرفته اند، اما یک نظریه متحد جهانی قابل قبول بر مقوله انبساط بتن مربوط به اترنگایت خمیر سیمان وجود ندارد. در میان انبوه نظرات، دو نظریه وجود دارد که یکی از آنها فشار رشد بلورهای حاصل از شکل گیری اترنگایت را مطرح می کند. نظریه دیگر فشار حاصل از انبساط بلور اترنگایت را پس از جذب سطحی آب بیان می کند.

اثبات این نظریات با بررسی خرابی ساختاری در عمل بسیار مشکل است، زیرا مشاهده فرایندهایی است که فقط آسیب هایی را از خود باقی می گذارند و هیچ اثری از دلایل و سبب حاصل از آسیب ها مشخص نمی شود.

پیشنهاد شده است که آسیب بتن ناشی از بلوری شدن سولفات سدیم یک مثال پدیده فشار رشد بلوری است. البته اثبات برعکس، فاز تغییر بین تناردایت (Na2SO4) و هیبرابی لایت (Na2SO4.10H20) یک پدیده انبساط است. در موارد زیادی هیچ ربطی به شکل گیری اترنگایت و تهاجم سولفات بر خمیر سیمان ندارد.

تمایل اترنگایت به جذب سطحی آب که اغلب سبب افت سریع اسلامپ در بتن تازه اختلاط می باشد در تکنولوژی بتن پدیده شناخته شده ای است. در بتن سخت شده، شکل گیری اترنگایت و در نتیجه جذب سطحی آب سبب فشار زیادی می شود که انبساط و ترک خوردگی را به همراه دارد. بخصوص وقتی که همزمان با آن خمیر سیمان به دلیل تهاجم سولفات یا از دست دادن مقاومت مواجه باشد.مشاهدات کارگاهی موضوع از دست دادن چسبندگی و مقاومت بتنرا که در دراز مدت در معرض تهاجم سولفات قرار گرفته است، تایید می کند.

نکته مهم دیگر از مشاهدات خرابی بتن در نتیجه تهاجم شیمیایی فقط بتن نفوذپذیری در محیطی مربوط امکان پذیر است.

اگر بتن سازه ای از ابتدا نفوذپذیری نباشد، در طول کاربرد خود می تواند به دلایل بسیاری به خاطر ترک خوردگی میکرونی چنین شود.اینطور به نظر می رسد که پدیده انبساط شیمیایی اتفاق نمی افتد تا اینکه بتن با نفوذ آب به داخل آن با درجه بالایی اشباع شده باشد.همچنین شواهد نشان می دهد که تهاجم سولفات، تنها دلیل آسیب به بتن نیست.

شواهد کربناسیون (مربوط به CaCO3) و یا واکنش قلیایی سیلیسی اغلب با خرابی حاصل از تهاجم سولفات همراه است. در اینجا باید ذکر شود که هر دو واکنش قلیایی سیلیسی و کربناسیون خمیر سیمان تمایل به تسریع تهاجم سولفات دارند، زیرا باعث کاهش قلیاییت خمیر سیمان و بنابراین کاهش چسبندگی و مقاومت می شوند.

واکنش قلیایی سیلیسی

واکنش شیمیایی بین یک نوع مشخص سیلیس فعال موجود در ذرات سنگدانه و یک سیمان با قلیاییت بالا سبب تولید یک نوع ژل سیلیسی قابل انبساط می شود که می تواند با جذب سطحی آب سبب انبساط چشمگیری شود. مانند تهاجم سولفات وقتی واکنش قلیایی سیلیسی باعث آسیب رسانی به بتن سازه می شود، معمولاً دلیل خرابی دیگری نیز همراه آن وجود دارد.

برای مثال، طبق گزارشات حاصل از تحقیقات اینطور به نظر می رسد که واکنش قلیایی سیلیسی باعث آسیب تراورس های بتنی یش ساخته در کشورهای استرالیا، فنلاند، افریقای جنوبی، کانادا، امریکا و بسیاری از کشورهایی دیگر شده است، اما مطمئناً خرابی های ناشی از دوره های انجماد و ذوب کمک به انبساط مرتبط به واکنش قلیایی سیلیسی کرده است.

یکی از محققان این موضوع که تجربه بسیاری درباره مشکلات دوام بتن سازه های بتنی در سراسر جهان دارد، اخیراً مشاهدات خود را در واکنش قلیایی سیلیسی و تهاجم سولفات بدین گونه بیان کرده است :

مطالعه خرابی بتن مربوط به تهاجم سولفات، فساد تدریجی غیر متناسب کربناسیون و افت مقاومت خمیر سیماناست،‌ در حالی که در سنگدانه ها هیچ گونه تاثیری نشان نمی دهد. در چنین شرایطی تاثیر تهاجمی خردشدگی بتن از طرف سطح به داخل تبله شدن، و نهایتاً کاهش حجمی جرم بتن است.

واکنش قلیایی سیلیسی زیان آور در عمل، به طور شیمیایی در خمیر سیمان بدون تاثیر است، اما ذرات سنگدانه واکنش نشان داده از داخل شکسته و تجزیه شده است. این سازوکار انبساط داخلی را سبب می شود. با وجود این، برای هر دو نوع تهاجم شیمیایی، در آزمایشگاه روش های آزمایش انبساط خطی منشور ملات (غیر مسلح) به کار برده می شود.

نتایج حاصل از تحقیقات گزارش داده شده (شامل واکنش قلیایی سیلیسی در سازه های بتن مسلح شده) نشان دهنده آن است که این واکنش سبب زیان های چشمگیری از نظر مقاومت های مکانیکی نمی شود. در واقع داده های حاصل از انبساط منشورهای ملاتی (غیر مسلح) کمترین یا هیچ ربطی به شرایط سرویس دهی واقعی و یا پیش بینی عمر مفید ندارد. اهمیت این موضوع در فصل دهم به طور کامل تشریح شده است.

خوردگی میلگرد فولادی

سازوکار خوردگی الکتروشیمیایی فولاد و شبیه سازی نمونه برای پیش بینی انبساط و ترک خوردگی بتن حاصل از خوردگی فولاد درون بتن نشان دهنده تاثیر نفوذ آب، اکسیژن، دی اکسید کربن و یون های کلرید فقط بر لایه خنثی موجود روی فولاد است. این موضوع تاثیر نفوذ یون ها بر مقاومت و ثبات مواد حاصل از هیدراسیون سیمان از جمله C-S-H و CH را مدنظر قرار نمی دهد.

از آنجا که C-S-H منبع اصلی مقاومت خمیر سیمان و ثبات C-S-H نسبت به تسلیم یون های OH در محلول درون خلل و فرج است، تاثیر جایگزینی (OH) توسط یون های اسیدی از جمله کربنات سولفات و کلرید بر مقاومت و مدول کشسانی بتن در نظر گرفته شده است.

سازوکار عمل انبساط و ترک خوردگی در اینجا نشان دهنده تاثیر شکل گیری محصول انبساطی بر روی فشار هیدرولیکی داخل خلل و فرج یک سیستم اشباع از آب است.

برای مثال، در تحقیقات خوردگی فولاد حاصل از صدمه فولاد درون بتن در یکی از پل ها مشاهدات صدمات به کناره های پل محدود به ترک خوردگی میکرونی در برابر دوره های ترک و خشک شدن و سرد و گرم شدن روزانه، اجتناب ناپذیر بوده است.

آسیب های وارد شده به بتن سازه در اثر خوردگی حاصل از فولاد در سازه های تحقیق شده نیز ترک های میکرونی در بتن حاصل از پدیده های دیگر بجز خوردگی فولاد نقش اصلی در افزایش شروع و پیشرفت صدمات مربوط به خوردگی فولاد داشته است

شبیه سازی چگونگی خرابی بتن

مرور جامع از فرایند خرابی بتن در شبیه سازی تمامیت، ارائه شده است. شبیه سازی تمامیت تاثیر هر دو دانش و حقایق علمیو دانش تجربی را درباره شاخص های زیست محیطی بر روی هر یک از اجزای بتن از جمله آب درون خلل و فرج، مورد ملاحظه قرار می دهد.

تاثیر عوامل زیست محیطی در دو مرحله بررسی شده است. در مرحله نخست تاثیر بارگذاری و هوازدگی (دوره های تر شدن و خیس شدن به همان اندازه سرد شدن و گرم شدن) کمک به توسعه و انتشار ترک های میکرونی، تا زمانی که به هم متصل شوند، می کند. به محض اینکه این اتفاق افتاد، نفوذپذیری بتن به اندازه زیاد افزایش می یابد و مرحله دوم شروع می شود. در این مرحله آب، اکسیژن و گاز کربنیک (CO2) و یون های اسیدی به آسانی به درون بتن نفوذ می کنند.

وجود این اجزا از یک سو به واکنش های متقابل شیمیایی و فیزیکی متعددی کمک می کند و حاصل آن از دست دادن بخشی از مقاومت و سختی بتن است از سوی دیگر فشار هیدرولیکی مایع درون خلل و فرج افزایش می یابد. تحت این دو فرایند همزمان مصالح ترک خورده تبله می کند و جرم خود را از دست می دهد.

باتوجه به فرایند ساخت بتن که مرحله اول دفاع در برابر املاح مضر است، دیگر نیازی به میلگردهای پوشش داده شده از لایه اپوکسی نیست و می توان از سیمان تیپ پنج برای محافظت در برابر تهاجم سولفات و یا سیمان کم قلیایی یا سنگ دانه غیرفعال برای محافظت از واکنش قلیایی و انبساط حاصل از این واکنش استفاده کرد.

خرابی حاصل از تهاجم سولفات شامل مراحل زیر است :

1- تبدیل هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراسیون در اثر ترکیب با سولفات کلسیم و بلوری شدن این مواد در نتیجه انبساط آن به وجود آمدن اختلال.

2- آبدار شدن آلومینات و تبدیل فرایت به کلسیم سولفو- آلومینات و سولفو- فرایت. محصولات این واکنش ها از هیدرات های اولیه اصلی جای بیشتری را پر می کند و شکل گیری آنها باعث انبساط و اختلال می شود.

3- در تجزیه سیلیکات کلسیم آبدار شده با حضور سولفات کلسیم، تنها واکنش (2) اتفاق می افتد، اما با وجود سولفات سدیم هر دو واکنش (1) و (2) ممکن است انجام شود.

با وجود سولفات منیزیم تمام سه نوع (1) و (2) و (3) اتفاق می افتد. دلیلش این است که تمام سولفات ها یک نوع عملکرد ندارند و نه تنها تغلیظ یون ها اهمیت دارد بلکه نوع کاتیون ها نیز مهم است. نمک های سولفات که به بتن حمله می کنند یا در میان خاک یا به صورت انبوه در خاک بیابان پر کننده یا در آب مخلوط اند.

تهاجم آب خالص (Softwater)

خرابی ناشی از نشت اجزای بتن توسط آب دارای اسید کربنیک و یا دارای سختی کم کربناتی است. آب خیلی خالص با محلول بسیار کم کلسیم در آن آب با سختی کم به طور موقت، موجب تهاجم بتن سخت شده می شود. این نوع آب ممکن است گاهی اوقات دارای دیوکسید کربن مضر باشد و در صورت حل کنندگی آب افزایش می یابد. سازوکار عمل این است که هیدروکسید کلسیم درون بتن را در خود حل می کند و از آن خارج می شود. یون های محلول از سیلیکات آبدار شده خارج می شود. بنابراین سبب تجزیه بتن سخت شده می شود.

در صورتی که بتن متراکم باشد عملکرد سطحی خواهد بود و بتن سطح خورده می شود و ظاهری سنگی باقی می گذارد. سنگ دانه های بزرگ شن ها بیرون می زند و مشخص می شود که حجم زیادی از بتن بدون تاثیر باقی می ماند.

اگر بتن نفوذ پذیر باشد تهاجم این نوع آب عمر مفید آن را کاهش می دهد. این نوع تهاجم بسیار جدی برای لایه های نازک پوشش دهنده از جمله : پوشش کانال های آب، لوله های بتنی، و ملات روی لوله های فلزی است.

روش ها و ابزار ترمیم، بهسازی، مقاوم سازی و حفاظت

بسیاری سازمان ها، واحدها، موسسات و شرکت ها از بخش های مختلف در این صنعت فعال هستند و هر بخشی از صنایع که در صنعت بتن و صنعت ترمیم، بهسازی، مقاو سازی و حفاظت فعالیت می کند به طریقی می تواند به رونق این صنعت کمک کند. بعضی از آنها عبارت اند از :

شرکت هایی که خدمات حرفه ای ارائه می دهند، مانند جامعه مهندسان معمار، مهندسان طراح، و محاسب، مهندسان ارزیابی سازه های موجود، آزمایشگاه ها که خدمات کارگاهی برای مقوم کردن سازه ها انجام می دهند، شرکت های بیمه که کاربرد مشخصات فنی را با سیستم های حرفه ای ترمیم ارزیابی و بررسی

می کنند، تولید کنندگان و توزیع کنندگان مواد مصالح که تیم فنی آنها ارائه دهنده مشخصات فنی برای بخش تعمیرات و خدمات تخصصی، حرفه ای ،‌ پشتیبانی به مهندسان پیمانکار برای کاربرد و نصب به آنها کمک می کنند، و نهایتاً پیمانکاران که همگرایی طراحی، مشخصات فنی، مواد ،‌ مصالح، توسط نیروی انسانی، وسایل و ماشین آلات را در بخش تعمیرات ، بهسازی و مقاوم سازی به کار گرفته همگرایی و هم افزایی می آفرینند.

 روش های نوین ترمیم سطوح زیرکار

ترمیم سطوح بتنی آسیب دیده می تواند عملکرد مناسب کل سازه را دوباره به سازه برگرداند. حفاظت سطوح ترمیم شده خود نیز سبب محافظت از بتن زیر آن و هسته اصلی بتنی سازه، فلزات میلگردبندی، و پوشش بتنی میلگردها از محیط مضر می شود. همچنین کاهش عملکرد مورد نیاز برای دوام در برابر سایش، آب بندی و کاهش نفوذپذیری و افزایش مقاومت در برابر نیروهای زلزله، انفجار و آتش سوزی است.

شروع هر نوع عملیات ترمیمی، بهسازی و مقاوم سازی ابتدا نیاز به آماده کردن سطوح بتنی زیر کار دارد که ممکن است نیاز به کنده کاری توسط وسایل مکانیکی، با قلم و چکش، وسایل بادی، آب پاشی، بتن پاشی، ماسه پاشی، و تخریب یا پیشگیری یا به کارگیری مواد شیمیایی باشد.

روش ها و سیستم های آماده سازی سطوح بتنی مورد نیاز به تعمیرات، بهسازی و یا مقاوم سازی شامل؛ روش های ترمیم دوباره سازی سطوح بتنی، زیر سازی بتنی، شکل دهی، ملات های پایه سیمانی اجرا به وسیله دست، ترمیم بتن جایدهی شده در کارگاه، بتن پاشی که بعضی اوقات سطح وسیعی از سازه نیاز به تخریب و جایگزینی دارد.

روش های ترمیم حفاظت

روش های حفاظتی برای افزایش دوام و طول عمر خدماتی سازه توسط حفاظت از تهاجم شرایط محیط مضر مبتنی بر ملزومات طراحی. سیستم های بسیار زیادی در دسترس هستند که به شکل های مختلف مانند پوشش دهنده ها، علایق کننده ها،‌ ورق های محافظ، روکش ها، حفاظت کاتدی، و پوشش دهنده های رویه سطح به کار می روند.

روش های ترمیم آب بند کاری

تمام پیشروی های خرابی ها و سازوکار خرابی توسط آب و نفوذ آن است.

روش های آب بندی و جلوگیری کننده از نفوذ آب و انتشار آب به درون سازه از طریق ترک ها، درزها، و نقصان های واتر استاپ ها به درون سازه است که می توان از پوشش آب بندی پلیمری یا الاستومری استفاده نمود که می توان آن را در بخش محصولات وب سایت کلینیک بتن ایران و در قسمت محصولات آب بندی رویت کرد

سیستم هایی طراحی شده اند که شامل جایگزینی، درزگیری، ورق های آب بندکننده، تزریق گروت درون درزها، اضافه کردن افزودنی ها به بتن، اندودکاری و غیره اند.

 روش های ترمیم مقاوم کردن

فرایند افزایش ظرفیت به اعضا و یا کل سازه را مقاوم کردن می نامند. روش های این فرایند مانند اضافه کردن فلزات، پیش تنیده، پس تنیده، جا دادن الیاف مختلف، سیستم کامپوزیت های الیافی، بتن های ویژه و یا اضافه کردن مواد نوین به مانند گروت ها و ترمیم کننده های اپوکسی و الیاف frp  و رزین های اپوکسی جهت مقاوم سازی به سازه های موجود برای افزایش مقاومت و ظرفیت سازه مورد نظر است.