عوامل موثر بر نفوذ پذیری بتن چیست؟ نفوذپذیری بتن، به عنوان یک ویژگی کلیدی در تعیین دوام و طول عمر سازه‌های بتنی، از اهمیت بسزایی برخوردار است. آب و بخار می‌توانند از طریق لوله‌های مویینه وارد بتن متخلخل شده و خسارات جبران‌ناپذیری به بار آورند. این نفوذ نه تنها ناشی از فشار هیدرواستاتیک است، بلکه پدیده‌های اسمزی نیز در انتقال آب از میان بتن نقش دارند.
در ادامه، به بررسی جامع عوامل موثر بر نفوذپذیری بتن می‌پردازیم و راهکارهایی برای کاهش آن ارائه می‌دهیم.
تعریف نفوذپذیری و جذب در بتن
جذب: فرآیندی که طی آن بتن، آب را به داخل منافذ و لوله‌های مویینه خود می‌مکد.
نفوذپذیری: خاصیتی که به بتن اجازه می‌دهد سیال یا بخار از درون آن عبور کند.
عوامل کلیدی موثر بر نفوذ پذیری بتن
1. مصالح
نوع سیمان: در شرایط یکسان (نسبت آب به سیمان و میزان هیدراتاسیون)، خمیرهای سیمان پرتلند با ترکیبات شیمیایی مختلف، نفوذپذیری مشابهی دارند. با این حال، سیمان‌های کندگیر نسبت به سیمان‌های زودگیر، نفوذپذیری بیشتری دارند.
-
ریزی سیمان
افزایش ریزی سیمان، نفوذپذیری را کاهش می‌دهد.
نسبت آب به سیمان (W/C): مهمترین عامل موثر بر نفوذپذیری. افزایش این نسبت، به ویژه فراتر از 0.65، به طور چشمگیری نفوذپذیری را افزایش می‌دهد. افزایش نسبت آب به سیمان از 0.4 به 0.8 می‌تواند نفوذپذیری را تا 100 برابر افزایش دهد.
-
سنگدانه‌ها
افزایش حداکثر اندازه سنگدانه‌ها (با نسبت آب به سیمان ثابت) نفوذپذیری را افزایش می‌دهد. دلیل احتمالی، افزایش حفره‌های آب در زیر سنگدانه‌های درشت است.
سنگدانه‌های متراکم با تخلخل کم و دانه‌بندی مناسب، نقش مهمی در کاهش نفوذپذیری بتن دارند.
استفاده از مقدار کافی سنگدانه ریز برای اطمینان از جای‌گیری مناسب بتن و جلوگیری از کرمو شدن، ضروری است.
-
هوا
حباب‌های هوای عمدی (هواگیری) به دلیل بهبود کارایی، کاهش آب‌انداختن و تغییر ساختار لوله‌های مویینه، معمولاً باعث کاهش نفوذپذیری می‌شوند.
مواد پوزولانی (خاکستر بادی): جایگزینی بخشی از سیمان پرتلند با مواد پوزولانی مانند خاکستر بادی، معمولاً نفوذپذیری را کاهش می‌دهد.
2. نسبت‌های اختلاط
دانه‌بندی و شکل ذرات سنگدانه، شرایط جای‌دهی بتن و الزامات نفوذپذیری، مستقیماً بر نسبت‌های اختلاط صحیح بتن تأثیر می‌گذارند.
مقدار صحیح آب باید به دقت محاسبه و استفاده شود. مصرف زیاد آب، دانسیته را کاهش و روانی را افزایش می‌دهد.
اجرای مخلوط بتنی خشک، باعث ایجاد روزنه‌های سوزنی و راه‌های نفوذ بزرگ، به ویژه در مخلوط‌های کم‌مایه می‌شود.
معمولاً، مقدار کمی آب اضافی، قابلیت نفوذ کمتری نسبت به حالت فوق ایجاد می‌کند.
3. جای‌دهی و عمل‌آوری
جای‌دهی و تراکم صحیح بتن، برای حذف حفرات و کاهش نفوذپذیری ضروری است.
عمل‌آوری مناسب (رطوبت و دما)، به هیدراتاسیون کامل سیمان کمک کرده و ساختار متراکم‌تری ایجاد می‌کند.
4. درزهای اجرایی
درزهای اجرایی می‌توانند مسیرهایی برای نفوذ آب باشند. طراحی و آب‌بندی مناسب درزها، برای جلوگیری از نفوذ آب ضروری است.
5. نفوذپذیری هوا و گاز
نفوذپذیری هوا و گاز می‌تواند بر نفوذپذیری آب نیز تأثیر بگذارد. کاهش نفوذپذیری هوا و گاز، می‌تواند به کاهش نفوذپذیری آب نیز کمک کند.
راهکارهای کاهش نفوذپذیری بتن
-
عمل‌آوری مناسب
-
استفاده از هواگیری
-
استفاده از مواد پوزولانی
-
کاهش نسبت آب به سیمان
-
استفاده از سیمان با ریزی بالا
-
جای‌دهی و تراکم صحیح بتن
-
طراحی و آب‌بندی مناسب درزهای اجرایی
-
استفاده از سنگدانه‌های متراکم با دانه‌بندی مناسب
با رعایت این نکات و استفاده از مصالح مناسب و تکنیک‌های اجرایی صحیح، می‌توان بتنی با نفوذپذیری کم و دوام بالا تولید کرد.
بهینه‌سازی نفوذپذیری بتن
1. جای‌دهی و عمل‌آوری بتن
جای‌دهی مناسب: حمل، جای‌دهی و تراکم صحیح بتن در قالب‌ها برای دستیابی به بتن آب‌بند ضروری است. جلوگیری از جداشدگی مصالح، که می‌تواند منجر به کرموشدگی و ایجاد ساختار متخلخل شود، باید در اولویت قرار گیرد.
عمل‌آوری مؤثر: عمل‌آوری در مراحل اولیه بتن، نقش حیاتی در کاهش نفوذپذیری دارد. عمل‌آوری مناسب، هیدراتاسیون سیمان را بهبود بخشیده و ساختاری متراکم‌تر ایجاد می‌کند.
2. درزهای اجرایی
بتن‌ریزی پیوسته: در سازه‌های بتنی حجیم، بتن‌ریزی بین درزهای انبساط باید به صورت پیوسته انجام شود.
اختلاط مناسب و به حداقل رساندن آب‌انداختن، برای جلوگیری از تشکیل لایه ضعیف و متخلخل بر روی سطح بتن قدیم ضروری است.
اجتناب از درزها: درزهای اجرایی، نقاطی هستند که به طور معمول آب از آن‌ها نفوذ می‌کند. بنابراین، تا حد امکان باید از ایجاد آن‌ها اجتناب شود.
چسبندگی مناسب: در صورت نیاز به درزهای اجرایی، پیش‌بینی‌ها و احتیاطات لازم برای اطمینان از چسبندگی خوب بین بتن جدید و قدیم باید در نظر گرفته شود. استفاده از مخلوط یا نسبت‌های
3. نفوذپذیری هوا و گاز
عوامل مؤثر: جریان هوا و بخار آب به فشار هوا یا بخار، ضخامت بتن، خواص بتن و خواص هوا، گاز یا بخار بستگی دارد.
رابطه نفوذپذیری هوا و آب: به نظر می‌رسد رابطه مهمی بین نفوذپذیری هوا و گاز با نفوذپذیری آب در بتن وجود نداشته باشد.
اهمیت نفوذپذیری هوا و گاز: نفوذپذیری بتن در برابر هوا و گاز در تانک‌ها و مخازن تحت فشار از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
تأثیر ترک‌های انقباضی: خشک شدن شدید باعث افزایش نفوذپذیری هوا می‌شود (احتمالاً به دلیل تشکیل ترک‌های انقباضی)، اما ظاهراً نفوذپذیری بخار را افزایش نمی‌دهد.
راهکارهای کاهش نفوذپذیری: استفاده از بتن با نسبت آب به سیمان پایین، سنگدانه‌های خوب دانه‌بندی شده با افزودنی پوزولانی و عمل‌آوری صحیح به مدت کافی، می‌تواند بتن را در برابر جریان هوا، گازها یا بخار آب نفوذناپذیر کند.
4. روش‌های آزمایش نفوذپذیری بتن
-
آزمایش جذب
روش: غوطه‌ور کردن بتن در آب به مدت 48 ساعت، وزن کردن پس از خشک کردن سطح، خشک کردن در کوره و مجدداً وزن کردن.
محاسبه: جذب از تقسیم مقدار افت وزن به وزن خشک شده در کوره به دست می‌آید.
کاربردها: تعیین میزان جذب کل به عنوان معیاری برای دوام بتن.
-
آزمایش نفوذپذیری
هدف: تعیین ویژگی‌های نفوذپذیری بتن.
محدودیت‌ها: وجود ترک‌ها و اتصالات ضعیف می‌تواند ارتباط مستقیم با نفوذناپذیری سازه ساخته شده با بتن را محدود کند.
مزایا: ارائه اطلاعاتی پیرامون خواص نفوذپذیری بتن، محاسبه اثرات خورندگی آب‌های نفوذ کرده، ارزیابی بازدهی نسبی سیمان‌ها و عوامل آب‌بندکننده سطحی و حجمی.
عوامل مؤثر بر نتایج آزمایش
1. آب نفوذی مهاجم نفوذپذیری ناشی از آب‌شستگی آهک سیمان را افزایش می‌دهد.
2. آب نفوذی شامل مواد رسوبی یا باکتری باعث بستن منافذ و کاهش نفوذپذیری می‌گردد.
3. جهت جریان آب از میان بتن در رابطه با جهت قرارگیری نمونه مهم است.
4. نمونه‌های کوتاه نسبت به نمونه‌های بلند در ازای واحد طول، نفوذپذیری کمتری دارند.
5. روش‌های پیشرفته آزمایشگاهی
آزمایش نفوذپذیری با گاز (به‌ویژه اکسیژن): نمونه قرصی شکل بتن در محفظه‌ای با تیوب دورگیر تحت فشار قرار گرفته و در فشارهای مختلف اعمالی، دبی عبوری گاز بدست آمده و با رابطه اصلاح شده دارسی برای سیال تراکم‌پذیر، ضریب نفوذپذیری محاسبه می‌گردد. نتیجه این روش آزمایش به درصد رطوبت نمونه بسیار وابسته می‌باشد.
آزمایش نفوذ آب تحت فشار: آب تحت فشار روی سطح بتن سخت شده اعمال می‌شود. سپس نمونه شکسته شده و عمق نفوذ آب اندازه‌گیری می‌شود. استانداردهایی مانند EN BS 12390-8 و DIN 1048 مقدار فشار و زمان اعمالی را به مقدار ثابتی محدود کرده‌اند (5 بار و 72 ساعت).
6. تکنیک نوین ارزیابی نفوذپذیری در محل (In-Situ)
روش محفظه استوانه‌ای: هزینه ناچیز، دقت بالا و امکان انجام آزمایش در محل از مزایای این روش است.
ارزیابی مقاومت با روش پیچش: بررسی رابطه بین نفوذپذیری و مقاومت نمونه‌ها با استفاده از این روش ابداعی.
1. دستگاه “محفظه استوانه‌ای” (Cylindrical Chamber): روشی نوین بر
محدودیت‌های روش‌های مرسوم: روش‌های مرسوم اندازه‌گیری نفوذپذیری نیازمند صرف زمان زیاد، تجهیزات گوناگون و حجم بالا هستند. همچنین، هزینه انجام این آزمایش‌ها به دلیل زمان‌بر بودن، زیاد است و اکثر آزمایش‌ها تنها در شرایط آزمایشگاهی قابل اعمال بوده و قابلیت انجام به صورت درجا را ندارند.
-
مزایای روش “محفظه استوانه‌ای”
دقت بالا: این روش، اندازه‌گیری دقیق‌تری از نفوذپذیری بتن و سایر مصالح ساختمانی ارائه می‌دهد.
کاربرد گسترده: قابلیت استفاده در محیط آزمایشگاه و محل پروژه.
قابلیت آزمایش بر روی اتصالات بتنی و ژئوممبران‌ها: امکان انجام آزمایش قبل و بعد از نصب آن‌ها در صنعت راه‌سازی.
-
شرح فرآیند آزمایش
1. چسباندن یک صفحه فلزی زیر سری به کمک چسب اپوکسی بر روی سطح بتن.
2. محکم کردن قسمت فوقانی دستگاه (شامل محفظه فشار، گیج اندازه‌گیری فشار و میکرومتر) بر روی صفحه زیرسری.
3. پر کردن محفظه با آب و خروج هوای احتمالی از طریق شیر تخلیه هوا.
4. تنظیم فشار به مقدار دلخواه با چرخاندن دسته تنظیم فشار.
5. قرائت عدد میکرومتر در فواصل زمانی دلخواه و محاسبه حجم آب نفوذ کرده به بتن و نرخ نفوذ آب در زمان قرائت میکرومتر.
6. تقسیم نمونه توسط جک فشاری به دو قسمت و عکس‌برداری از سطح مقطع تر شده برای تعیین بیشینه عمق نفوذ با استفاده از برنامه آنالیز عکس.
قابلیت انجام آزمایش بر روی سطوح افقی و عمودی.
2. روش “پیچش” (Twist-Off): تخمین مقاومت فشاری و بررسی رابطه با نفوذپذیری
-
شرح روش
1. زبر کردن سطح نمونه با برس سیمی و زدودن آلودگی‌ها.
2. چسباندن صفحات فلزی با ابعاد مشخص توسط چسب اپوکسی بر روی سطح نمونه.
3. اندازه‌گیری لنگر پیچشی لازم جهت جدا کردن صفحه فلزی از سطح نمونه با استفاده از یک دستگاه پیچش سنج.
4. بررسی چشمی محل جدا شدن صفحه از نمونه برای اطمینان از جداشدگی از سطح بتن.
-
مزایا
1. امکان استفاده در محل.
2. ترمیم آسان خرابی جزئی با استفاده از ملات.
3. ارتباط با مقاومت فشاری: بر اساس تحقیقات انجام شده، رابطه خطی بین گشتاور پیچشی (یا تنش برشی حاصل از پیچش) و مقاومت فشاری نمونه وجود دارد.
4. کاربرد: تخمین مقاومت فشاری در محل با استفاده از منحنی‌های از پیش رسم شده که رابطه بین تنش برشی ناشی از پیچش و مقاومت فشاری را نشان می‌دهند.
3. ارزیابی جامع نفوذپذیری و مقاومت
-
بررسی پارامترها
ارزیابی نفوذپذیری، مقاومت فشاری و لنگر پیچشی لازم برای جدا کردن صفحه‌های فلزی از سطح نمونه‌های بتنی 7، 28 و 91 روزه با نسبت‌های آب به سیمان برابر با 0.4، 0.5 و 0.6.
-
مصالح مورد استفاده
سیمان پرتلند تیپ 2 با نرمی برابر با 3081 cm2/gr و سنگدانه‌های خشک.
-
ابعاد نمونه‌ها
نمونه‌های مکعبی با ابعاد 150×150×150 میلیمتر که در آب-آهک عمل‌آوری شده‌اند.
-
تعداد نمونه‌ها
حداقل 2 نمونه برای هر طرح اختلاط جهت آزمایش نفوذپذیری و حداقل 3 نمونه برای آزمایش مقاومت فشاری و “پیچش”.
و در پایان…
روش‌های نوین “محفظه استوانه‌ای” و “پیچش” ابزارهای قدرتمندی برای ارزیابی دقیق و کارآمد نفوذ پذیری بتن هستند. این روش‌ها، با ارائه اطلاعات ارزشمند در مورد خواص نفوذپذیری و مقاومت بتن، به مهندسان کمک می‌کنند تا تصمیمات بهتری در زمینه طراحی و اجرای سازه‌های بتنی اتخاذ کرده و سازه‌هایی با دوام و عملکرد بالا ایجاد کنند.
ما در شرکت زیباسازان در مشهد با مدیریت روح الله قدرتی در صنعت ساختمان خدماتی مانند: ساخت و ساز با هزینه کم، تهاتر در ساخت و ساز و مشارکت در ساخت، خرید و فروش ملک را به شما عزیزان ارائه می‌دهیم. با مشاورین ما در ارتباط باشید.