فهرست مطالب
۶-۹ پایایی (دوام) بتن و میلگردهای فولادی
۱-۶-۹ کلیات
پایایی یا دوام بتن ساخته شده از سیمان پرتلند به توانایی بتن برای مقابله با عوامل جوی ، حملات شیمیایی ، سایش ، فرسایش و هرگونه فرآیند منجر به اضمحلال و تخریب اطلاق می شود. بتن پایا در شرایط محیطی مورد نظر، شکل ، حداقل کیفیت اولیه و قابلیت بهره برداری مورد نظر از ساختمانهای بتنی را حفظ می کند.
۱-۱-۶-۹ انواع آسیب دیدگی های بتن
۱-۱-۱-۶-۹ آسیب دیدگی بر اثر دوره های یخ زدن و آب شدن
آسیبدیدگی بر اثر دوره های یخ زدن و آب شدن در بتن به صورت ترک خوردگی و فروپاشی آن مشخص می شود. علت این آسیب دیدگی انبساط پیش رونده خمیر سیمان سخت شده بر اثر دوره های یخ زدگی و آب شدن مکرر است .
۲-۱-۱-۶-۹ حمله سولفاتی
به علت نفوذ یون سولفات موجود در آب یا خاک مجاور بتن ، موادی منبسط شونده در بتن ایجاد می شوند که با گذشت زمان باعث فروپاشی سطح بتن شده و خرابی به مرور به صورت پیشرونده به داخل بتن گسترش می یابد. به همین دلیل میزان یون سولفات موجود در آب و یا خاک باید بررسی شود.
۳-۱-۱-۶-۹ واکنش قلیایی سنگدانه ها
در برخی از حالات سنگدانه هایی از نوع خاص با اکسیدهای قلیایی سیمان واکنش داده که واکنش ها با انبساط بتن همراه است . دراثر این انبساط و در حضور رطوبت ، بتن تحت تنش های داخلی قرار گرفته و ترک می خورد. این نوع آسیبدیدگی در تمامی جسم بتن ایجاد شده و به عکس آسیب دیدگی های دیگرکه از سطح خارجی شروع می شوند، از درون باعث تخریب بتن می شود. به همین دلیل سنگدانه های مشکوک به توانایی واکنش زایی مانند اوپال ، کلسدونی ، بعضی از اشکال کوارتز، کریستوبالیت، تری دیمیت و شیشه های سیلیسی باید مورد بررسی قرار گرفته و در صورت فعال بودن آنها از سیمانی با قلیایی معادل کمتر از ۰/۶ درصد برای واکنش قلیایی -سیلیسی و ۰/۴ درصد برای واکنش قلیایی کربناتی استفاده شود.
۴-۱-۱-۶-۹ خوردگی فولاد مدفون در بتن
اگر بنابه دلایلی که در ادامه ارائه می شوند لایههای محافظ خوردگی بتن در روی میلگردهای مدفون در آن از بین روند با حضور اکسیژن و آب ، خوردگی در فولاد به صورت پیش رونده ادامه یافته و با افزایش حجم محصولات زنگ آهن در اطراف میلگردها، تنش های داخلی در بتن موجب ترک خوردن و ورآمدن آن می شود. علل آغاز خوردگی نفوذ یون کلرید و یا گاز دی اکسید کربن به داخل بتن می باشد.
۵-۱-۱-۶-۹ سایش و فرسایش
در اثر عبور وسایط نقلیه و یا حرکت آب از روی سطح بتن ، آسیب دیدگی به صورت جدا شدن ذراتی از سطح بتن آغاز و در نهایت به از بین رفتن قسمتی از بتن منجر می شود. با افزایش مقاومت فشاری بتن می توان مقاومت سایشی و فرسایشی آن را افزایش داد.
۲-۶-۹ مکانیزم های کاهنده پایایی
۱-۲-۶-۹ دوره های یخ زدن و آب شدن
یخ زدن و آب شدن مکرر بتن در مناطق سرد سیر باعث تخریب بتن می شود. این نوع خرابی در اثر مواد شیمیایی یخ زدا شدت می یابد.
۲-۲-۶-۹ عوامل شیمیایی خورنده
برخی از مواد شیمیایی باعث ایجاد واکنش با مواد تشکیل دهنده بتن می شوند. مواد اسیدی اثرات تخریبی بیشتری دارند. به همین دلیل مقابله با اثر خورنده اسیدهای قوی مستلزم اتخاذ تدابیر ویژه حفاظتی است .
۳-۲-۶-۹ سایش و فرسایش
در بعضی موارد سطح بتن دچار تخریب می شود و این امر بویژه درکف محوطه های صنعتی مشکلاتی را به وجود می آورد. در ساختمان های آبی دانه های شن و ماسه موجود در آب جاری ممکن است موجب سایش سطوح شوند.
۴-۲-۶-۹ سنگدانه های واکنش زا
برخی سنگدانه ها در اثر واکنش شیمیایی با مواد قلیایی موجود در سیمان پرتلند موجب انبساط و فروپاشی بتن می شوند. دقت در انتخاب منابع سنگدانه ها، استفاده از سیمان کم قلیا و بهره گیری از مواد پوزولانی می توانند مانع بروز این مشکلات شوند.
۳-۶-۹ ضوابط ویژه برای افزایش پایایی در شرایط محیطی مختلف
۱-۳-۶-۹ عوامل مؤثر برکاهش نفوذپذیری بتن
برای افزایش پایایی بتن باید نفوذپذیری آن را با رعایت موارد (الف) الی (چ) تقلیل داد:
الف- استفاده از سیمان مناسب
ب- بهینه سازی عیار سیمان
پ- انتخاب صحیح و مناسب نسبت های اختلاط بتن
ت- استفاده از افزودنی های شیمیایی مانند روان کننده ها، مواد حباب هواساز و…
ث- کاهش و محدود نمودن نسبت آب به مواد سیمانی (سیمان و پوزولان و مواد شبه سیمانی )
ج- تأمین حداکثر تراکم با وسایل و روشهای مناسب
چ- عملآوری دقیق و کافی با روشهای مناسب
۴-۶-۹ دسته بندی شرایط محیطی و الزامات برای بتن مسلح در معرض یونهای کلرید
الف) شرایط محیطی متوسط (دسته بندی A): ساختمانهای رو زمینی که در معرض خطر نفوذ یون کلرید بر اثر وزش بادهای دارای یونهای نمک نیستند.
ب) شرایط محیطی شدید (دسته بندی B): ساختمانهای رو زمینی در نواحی نزدیک به ساحل و در معرض وزش بادهای حاوی یونهای کلرید.
پ) شرایط محیطی شدید (دسته بندی C): قسمتهایی از ساختمان که در تماس با خاک است و بالای ناحیه مویینگی واقع شده است (به علت فشار کم آب یا وجود سیستم زهکشی، خطر نفوذ شدید آب از سطح به داخل بتن وجود ندارد) و یا قسمتهایی که دائماً در زیر آب دریا واقعاند.
ت) شرایط محیطی خیلی شدید (دسته بندی D): قسمتهایی از ساختمان که در تماس با خاک مهاجم است و در زیر سطح آب زیر زمینی واقع شده است (آب براحتی میتواند از سطح به داخل نفوذ پیدا کند).
ث) شرایط محیطی فوق العاده شدید (دسته بندی E): ساختمانهای دریایی (دارای قسمتهایی در ناحیه جزر و مدی و ناحیه پاشش).
جدول ۹-۶-۱ حداقل مقدار سیمان، نوع سیمان و نسبت آب به سیمان با توجه به دسته بندی شرایط محیطی بتن مسلح در معرض یونهای کلرید
| حداقل رده بتن (مقاومت مشخصه) | حداکثر نسبت آب به مواد سیمانی | حداقل مقدار مواد سیمانی ۳ /kg m | نوع سیمان انتخابی | شرایط |
| C30 | 0/5 | 300 | سیمان پرتلند نوع (۱) و (۲) و یا به همراه مواد جایگزین سیمان* | متوسط-A |
| C30 | 0/45 | 325 | سیمان پرتلند نوع (۱) و (۲) و یا به همراه مواد جایگزین سیمان | شدید- B |
| C35 | 0/45 | 350 | سیمان پرتلند نوع (۱) و (۲) و یا به همراه مواد جایگزین سیمان | شدید- C |
| C35 | 0/4 | 350 | سیمان پرتلند نوع (۲) بههمراه مواد جایگزین سیمان | خیلی شدید-D |
| C40 | 0/4 | 375 | سیمان پرتلند نوع (۲) بههمراه مواد جایگزین سیمان | فوقالعاده شدید-E |
- مواد جایگزین سیمان شامل دوده سیلیس، روباره، خاکستر بادی و پزولانهای طبیعی یا مصنوعی هستند که باید مشخصات آنها و عملکرد آنها قبل از مصرف تایید شده باشد.
- حداکثر مواد سیمانی به ۴۲۵ کیلوگرم در متر مکعب محدود میگردد. در صورت لزوم استفاده از مواد سیمانی به مقدار بیش از حداکثر مقدار مجاز باید اقدامهای لازم به منظور جلوگیری از ترکخوردگی ناشی از خشک شدن و کاهش حرارت ایجاد شده در قطعات حجیم، اعمال گردد و کیفیت کار توسط مهندس ناظر تایید گردد.
۱-۴-۶-۹ مقدار مجازیون کلرید در بتن
به منظور حفاظت میلگردها در برابر خوردگی ، حداکثر کلرید قابل حل در آب و یا در اسید در بتن سخت شده ۲۸ روزه ، ناشی از مواد تشکیل دهنده بتن یعنی آب ، سنگدانه ها، مواد شیمیایی و مواد افزودنی نباید از مقادیر حداکثر مجاز داده شده در جدول ۹-۶-۲ تجاوز کند.
جدول ۹-۶-۲ حداکثر مجاز یون کلرید در بتن مسلح از نظر خوردگی فولاد برای ساخت جدید
۲-۴-۶-۹ به منظور اعمال پارامترهای دوام در طراحی، علاوه بر مقاومت مشخصه، آزمایشهای جذب آب، نفوذ آب و نفوذ یون کلرید انجام میشود. محدودیتهای لازم برای آزمایشهای نفوذپذیری در جدول ۹-۶-۳ آورده شده است.
جدول ۹-۶-۳ مقادیر مجاز تعیین شده از آزمایشهای نفوذپذیری بتن مسلح برای اعمال دوام در شرایط محیطی منطقه (طبق جدول ۹-۶-۱)
- آزمایشهای فوق به منظور ارزیابی در کوتاه مدت بکار میرود. مسلماً انجام آزمایشهای فوق در دراز مدت قابلیت اعتماد بیشتری دارد.
- انجام آزمایشهای شماره ۱ و ۲ (جذب آب و نفوذ آب) برای کلیه پروژههای حاشیه خلیج فارس و دریای عمان و محیطهای دریایی الزامی میباشد.
- آزمایش شماره ۳ (نفوذ کلرید) برای تمام ساختمانهای دریایی که در معرض مستقیم آب دریا و سایر ساختمانهایی که تا فاصله ۵۰۰ متر از حاشیه ساحل قرار دارند، اکیداً توصیه میگردد.
۵-۶-۹ تخمین عمر مفید ساختمانهای بتن مسلح
۱-۵-۶-۹ طراحی بر اساس دوام در مقابل نفوذ یون کلرید
به منظور پیشبینی عمر مفید ساختمانهای بتن مسلح در محیطهای خورنده، که یون کلرید عامل اصلی خرابی میباشد، میبایستی از مدلهای پیشبینی عمر مفید مربوط به همان ناحیه استفاده نمود. معادله کلی تخمین عمق نفوذ یون کلرید که تابع قانون دوم فیک و از طریق تئوری انتشار است، بصورت رابطه (۹-۶-۱) آمده است.
۱-۶-۹
طراح می تواند با تعیین و قرار دادن کلیه پارامترها، زمان t را محاسبه و بدینوسیله زمان آغاز خوردگی در این حالت را پیش بینی نماید.
۲-۵-۶-۹ طراحی بر اساس دوام در خوردگی ناشی از کربناسیون
در صورتیکه خوردگی آرماتور ناشی از نفوذ گاز کربنیک و پدیده کربناسیون صورت پذیرد، پیشبینی عمر مفید بر اساس رابطه (۹-۶-۲) خواهد بود.
(۲-۶-۹)
در این رابطه x عمق نفوذ کربناته شده بتن، t زمان و a پارامتری است که به شرایط محیطی و مشخصات بتن وابسته است.
مهندس طراح میتواند با کاربرد مدل کربناسیون در منطقه مورد نظر و قرار دادن پوشش بتن روی آرماتور (x) و پارامتر a زمان لازم برای آغاز خوردگی و در نتیجه عمر مفید را پیشبینی نماید.
۶-۶-۹ دوام در محیطهای در معرض دوره های یخ زدن و آب شدن
۱-۶-۶-۹ دستهبندی شرایط محیطی در معرض یخ زدن و آب شدن
الف- شرایط محیطی متوسط: بتن در معرض دورههای یخ زدن و آب شدن و گاهی در معرض رطوبت قرار دارد.
ب- شرایط محیطی شدید: بتن در معرض دورههای یخ زدن و آب شدن و پیوسته در معرض رطوبت قرار دارد.
ج- شرایط محیطی خیلی شدید: بتن در معرض دورههای یخ زدن و آب شدن و پیوسته در معرض رطوبت و نمکهای یخ زدا قرار دارد.
۲-۶-۶-۹ استفاده از مواد حباب ساز
بتنی که احتمال دارد در معرض یخ زدن و آب شدن یا تحت اثر مواد شیمیایی یخ زدا قرار گیرد باید با مواد افزودنی حباب ساز ساخته شود. مقدار درصد حباب هوا در بتن تازه باید طبق استاندارد ملّی ۳۸۲۱ ایران اندازه گیری شده و مطابق جدول ۹-۶-۴ باشد. در صورتی که مقاومت فشاری بتن ، از ۳۵ مگاپاسکال بیشتر باشد، می توان مقادیر درج شده در جدول را به میزان یک درصد کاهش داد.
۷-۶-۹ تدابیر احتیاطی در محیط های سولفاتی
بتنی که احتمال دارد در محیط سولفاتی، و نه محیط توأم سولفاتی و کلریدی قرار گیرد باید با ضوابط جدول های ۹-۶-۵ مطابقت داشته باشد. در این جدولها ردهبندی سولفات ها در خاک در شرایط گوناگون محیطی و نیز تدابیر احتیاطی قابل توصیه برای انواع مختلف قطعات بتنی ارائه شده است.
این بتن ها باید دارای مقاومت مناسب و نفوذپذیری کم و تا حد امکان فاقد مواد آسیب پذیر باشند.
برای تأمین این منظورها باید ملاحظات (الف) تا (ت) مد نظر باشد.
الف- برای ساختن بتن، از سیمان های پرتلند یا سیمان های پرتلند آمیخته مناسب نظیر سیمان های پرتلند روباره ای ، سیمان های پرتلند آمیخته با پوزولان های طبیعی یا مصنوعی استفاده شود.
ب- نسبت آب به سیمان، با استفاده از مواد افزودنی مناسب ، نظیر روان کننده ها و فوق روانکننده ها کاهش داده شود.
پ- با کاربرد مواد سیلیسی ریزدانه فعال ، نظیر دوده سیلیسی (برای برخی از سولفاتها) و خاکستر بادی ، تا آنجا که ممکن است هیدروکسید حاصل از آبگیری سیمان به سیلیکات کلسیم تبدیل شود.
ت- در مناطقی که سولفات و کلراید توأماً موجود میباشند، مثلاً شرایط محیطهای دریایی، باید در انتخاب نوع سیمان برای اعضا و قطعات بتن آرمه دقت بیشتری به عمل آید. بویژه ازکاربرد سیمان پرتلند نوع پنج میباید خودداری گردد. مناسبترین نوع سیمان در این مناطق سیمان نوع دو، با یا بدون پوزولان، است.
جدول۹-۶-۴ مقدار کل حباب های هوا برای بتن مقاوم در برابر یخ زدن و آب شدن
- رواداری مقدار هوا در محل مصرف ۱/۵± درصد است .
جدول ۹-۶-۵-الف رده بندی سولفات ها در خاک و تدابیر احتیاطی توصیه شده برای مقاطع بتنی نازک
* عیارهای سیمان توصیه شده در این جدول برای مخلوط هایی مناسبند که کارایی آنها متوسط باشد (اسلامپ بین۵۰ تا ۷۵ میلیمتر).
** منظور از عصاره ۲ به۱ ، نسبت وزنی خاک به آب مساوی با ۲ است .
*** سیمانهای پرتلند روباره ای یا سیمان های پرتلند پوزولانی با کمتر از ۲۵ درصد پوزولان را می توان جایگزین سیمان نوع ۵ دانست مشروط بر آن که مقدار SO۳ از ۱۲۰۰ قسمت در میلیون در آب (یا ۰/۵ درصد درخاک ) تجاوز نکند. سیمانهای پرتلند پوزولانی با بیش از ۲۵ درصد پوزولان را تنها در صورتی میتوان جایگزین سیمان نوع ۵ در نظر گرفت که مقدار SO۳ از۲۵۰۰ قسمت در میلیون در آب (یا ۱ درصد در خاک ) تجاوز نکند.
+ اگر ساختمان در معرض آب های نفوذی باشد، مشابه ساختمان های در تماس با سفره آب متغیر در نظر گرفته می شود.
جدول۹-۶-۵-ب رده بندی سولفات ها در خاک و تدابیر احتیاطی توصیه شده برای شمع های بتنی درجا
* عیارهای سیمان توصیه شده دراین جدول در مواردی مناسبند که کارایی بتن نسبتاً زیاد باشد (اسلامپ حد ۱۰۰ میلیمتر)
** ، *** ، به زیرنویس جدول ۹-۶-۵-الف رجوع شود.
+ حمله سولفات ممکن است موجب پدید آمدن پوسته ای نازک روی سطح شمع و در نتیجه کاهش اصطکاک در جداره آن شود. بنابراین تدابیر احتیاطی مذکور در این مورد فقط برای شمع های باربر انتهایی معتبر است .
۱-۷-۶-۹ مقدار مجاز سولفات ها در بتن
مقدار کل سولفات قابل حل در آب در مخلوط بتن ، بر حسب SO۳ نباید از ۴ درصد وزن سیمان
بیشتر باشد و مقدار کل سولفات موجود نباید از ۵ درصد وزن سیمان در مخلوط تجاوز کند. مقدار سولفات موجود در بتن باید بر اساس مجموع مقادیر سولفات های موجود در مواد تشکیل دهنده بتن محاسبه شود.
۸-۶-۹ پوشش بتنی روی میلگردها
۱-۸-۶-۹ پوشش بتنی روی میلگردها برابر است با حداقل فاصله بین رویه میلگردها، اعم از طولی یا عرضی ، تا نزدیکترین سطح آزاد بتن .
۲-۸-۶-۹ مراعات ضخامت پوشش بتنی مطابق بند ۹-۶-۸-۳، در مورد انتهای میلگردهای مستقیم در کف ها و سقف هایی که در معرض شرایط جوی یا تعریق نباشند، الزامی نیست .
۳-۸-۶-۹ ضخامت پوشش بتنی میلگردها متناسب با شرایط محیطی و نوع قطعه مورد نظر نباید از مقادیر داده شده در جدول ۹-۶ -۶ و موارد (الف) و (ب) کمتر باشد:
الف -قطر میلگردها (درمورد قطر مؤثر گروه های میلگردها به بند ۹-۱۴-۱۱-۲ رجوع شود).
ب -چهار سوم بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه ها
۴-۸-۶-۹ در صورتی که بتن در جوار دیواره خاکی مقاوم ریخته شود و بطور دائم با آن در تماس باشد، ضخامت پوشش نباید کمتر از ۷۵ میلیمتر اختیار گردد.
۵-۸-۶-۹ در صورتی که بتن دارای سطح فرورفته و برجسته (نقش دار یا دارای شکستگی ) باشد، ضخامت پوشش باید در عمق فرورفتگی ها اندازه گیری شود.
۶-۸-۶-۹ میلگردها و تمامی قطعات و صفحه های فولادی پیش بینی شده برای توسعه آتی ساختمان باید بنحوی مناسب در مقابل خوردگی محافظت شوند.
۷-۸-۶-۹ در صورتیکه لازم باشد عضوی دارای درجه آتشپادی معینی باشد، حداقل ضخامت پوشش بتن محافظ میلگردها در برابر حریق باید ضوابط مندرج در فصل بیست و دوم را تأمین نماید.
جدول ۹-۶-۶ مقادیر حداقل ضخامت پوشش بتن روی میلگردها (میلیمتر) در شرایط محیطی بند ۹-۶-۴
- در صورتیکه حفاظتهای سطحی اعمال شود، مقادیر پوشش بتنی را میتوان تا ۲۰ میلیمتر کاهش داد.
- اگر رده بتن به اندازه ۵ مگاپاسکال بالاتر از حداقل رده باشد، میتوان ۵ میلیمتر از مقدار پوشش کاهش داد، مشروط بر اینکه اندازه پوشش میلگرد از ۲۵ میلیمتر در محیط متوسط، ۳۵ میلیمتر در محیط شدید و ۵۰ میلیمتر در محیط فوقالعاده شدید کمتر نشود.
- برای میلگرد با قطر بیش از ۳۶ میلیمتر، مقادیر پوشش باید ۱۰ میلیمتر اضافه شود.
- در صورت مصرف حبابزا، میتوان حداقل رده بتن را ۵ مگاپاسکال کاهش داد.