سولفاته شدن بتن چیست؟ + روش های جلوگیری از حملات سولفاتی

حمله سولفاتی به بتن یکی از رایج ترین پدیده هایی است که به بتن مسلح سخت برخورد می کند تا حدی که منجر به متلاشی شدن و خرد شدن آن می شود. سولفاته شدن بتن در اثر حمله ی سولفات ها و ورود و انتقال سولفات از طریق سیستم منافذ بتن اتفاق می افتد که پس از ترکیب با آلومینات ها باعث تورم و افزایش حجم بتن می شود. این افزایش حجم تنش های فشاری را ایجاد می کند به حدی که باعث ترک در بتن، خرد شدن و در برخی موارد پودر شدن آن می شود. برای جلوگیری از سولفاته شدن بتن، استفاده از سیمان های پرتلند تیپ ۲ و ۵ به جای سیمان پرتلند تیپ ۱ بسیار موثر می باشد. حمله سولفاتی به بتن یکی از عواملی است که باعث کم شدن دوام بتن و در طولانی مدت کاهش عمر مفید سازه می شود.

سولفاته شدن بتن چیست؟

سولفاته شدن بتن فرآیند پیچیده ای است که از نفوذ سولفات موجود در آب زیرزمینی به درون بتن سخت شده و واکنش آن با برخی مواد معدنی موجود در ترکیب سیمان ایجاد شده  و سبب افزایش حجم بتن می‌گردد. حمله سولفاتی به بتن می تواند منجر به انبساط، ترک بتن، کاهش مقاومت و از هم پاشیدگی بتن شود. لازم به ذکر است که وجود عنصر C3A (سه کلسیم آلومینات) در ترکیب اصلی سیمان مصرفی در بتن، دلیل این واکنش ها می باشد. در روند پروسه تولید سیمان مقداری گچ به کلینکر سیمان اضافه می شود تا مانع گیرش آنی در نتیجه هیدراتاسیون C3A شود. گچ به سرعت با C3A واکنش داده و اترینگایت (سولفو آلومینات کلسیم) بی ضرری را ایجاد می کند. زیرا در این مرحله بتن تولیدی هنوز در حالت نیمه خمیری می باشد و می تواند افزایش حجم را در خود جای دهد. خوب است بدانید فرم جامد سولفات ها به شدت به بتن حمله نمی کند اما هنگامی که سولفات ها در آب حل می شوند، اثر شدیدی بر روی بتن مشاهده می شود. آنها می توانند به راحتی وارد بتن متخلخل شده و باعث آسیب شوند. بتنی که توسط سولفاتها مورد حمله قرار گرفته، دارای ظاهری سفیدرنگ است. معمولا خرابی در اثر حمله سولفاتها به بتن از لبه ها و گوشه ها شروع شده و با ترک خوردن و تجزیه بتن ادامه پیدا می کند.

نکته: c3a چیست؟ سه کلسیم آلو مینات (C3A) در سیمان نقش عمده ای در مقاومت سیمان به جزء در سنین اولیه ندارند و در برابر حملات سولفاتها که منجر به سولفوآلومینات کلسیم می شود نیز مشکلاتی به بار می آورد،اما وجود آن در مراحل تولید،ترکیب آهک،و سیلیس را تسهیل می کند.

 

 

انواع حمله سولفاتی به بتن

حمله سولفات کلسیم به بتن و سولفات سدیم به بتن از انواع مختلف حمله سولفاتها به بتن می باشند ولی از نظر کلی آنها را به دو گروه حمله داخلی و حمله خارجی تقسیم می‌کنیم و در ادامه به آن می پردازیم.

 

حمله سولفات خارجی در بتن

این حمله که شایع تر است، زمانی اتفاق می افتد که سولفات های محلول در آب از خارج به داخل بدنه بتن نفوذ کند که پس از انجام چند واکنش، ساختار بتن را تغییر داده و استحکام آن را پایین می‌آورد. رایج ترین منابع حمله سولفاتها خارجی به بتن عبارتند از:

• اکسیداسیون مواد معدنی حاوی سولفید در خاک‌های مجاور بتن
• آب دریا یا هرگونه آب شور
• عملکرد باکتریایی در فاضلاب
• سولفات موجود در آجر

در جریان حمله سولفات به بتن از خارج، تغییراتی در ساختار بتن با توجه به نوع سولفات و شدت حمله آنها ایجاد می شود که عبارت است از:

• از بین رفتن پیوند بین دانه‌های سیمان و دانه‌های ماسه سنگ و در نتیجه تخریب بتن
• ترک خوردگی وسیع در سطح و در بخش داخلی بتن
• انبساط بخش داخلی بتن و از هم گسستگی آن

 

حمله سولفات داخلی در بتن

این حمله زمانی اتفاق می افتد که منبع سولفات در هنگام مخلوط شدن در بتن گنجانده شود. به عنوان مثال می توان از سنگ آهک غنی از سولفات، اضافه شدن گچ در سیمان یا بتن و همچنین آلودگی ذرات تشکیل دهنده بتن اشاره کرد. شاید به همین دلیل است که در جریان تولید بتن باید به مسئله سالم بودن آب و مواد اولیه توجه ویژه ای شود. جلوگیری از سولفاته شدن بتن پیشنهاد می کنیم به جای تهیه دست ساز بتن آماده استفاده کنید زیرا در شرایط استاندارد و تحت کنترل کیفیت تولید می‌شود.

 

 

روش های جلوگیری از سولفاته شدن بتن

1. استفاده از سیمان پرآلومین (آلومیناتی)

 این نوع سیمان در مقایسه با سیمان پورتلند معمولی، کلسیم هیدروکسید کمتری در ترکیب خود دارد و با داشتن حدود ۴۰ درصد آلومینا، ترکیبی مقاوم در برابر حمله سولفاتی تشکیل می‌دهد. البته لازم به ذکر است که مقاومت این نوع سیمان در برابر حمله سولفاتی در دمای بسیار زیاد با سیمان پورتلند معمولی تفاوتی ندارد.

نکته: بتن ساخته شده با این نوع سیمان، به تدریج مقاومت خود را در طول زمان از دست می‌دهند بنابراین استفاده از این نوع سیمان خیلی شایع نمی‌باشد.

 

 

2. استفاده از بتن خوب

تراکم خوب و نسبت w/c پایین برخی از ویژگی های بتن می باشد. همه اینها و عوامل دیگر به تشکیل بتن متراکم با نفوذپذیری کم کمک می کنند. همانطور که سولفات به صورت محلول در بتن نفوذ می کند، نفوذپذیری کم باعث کاهش نفوذ سولفات می شود. بنابراین، حمله سولفات کاهش می یابد.

 

3. استفاده از پوزولانا

استفاده از پوزولانا به عنوان سیمان مخلوط با جایگزینی بخشی از سیمان با پوزولانا یا استفاده از آن به عنوان افزودنی می تواند حمله سولفات را کاهش دهد. مصرف پوزولان ها در بتن ها، موجب کاهش مصرف سیمان، کاهش سرعت و میزان حرارت زایی سیمان، بهبود کارایی بتن، افزایش مقاومت بتن و افزایش پایایی بتن به دلیل کاهش نفوذپذیری می گردد.

 

4. با استفاده از روش عمل آوری با بخار آب تحت فشار بالا

روش دیگر برای جلوگیری از سولفاته شدن بتن استفاده از عمل آوری بتن با بخار فشار بالا می باشد. زیرا این نوع کیورینگ هیدرات آلومینات کلسیم (C3AH6) را به فاز کمتر واکنش پذیر تبدیل می کند. از آنجایی که سولفات ها با C3AH6 واکنش می دهند، کاهش واکنش پذیری آن به کاهش حمله سولفات کمک می کند. هنگامی که این روش عمل آوری اتخاذ شود، سیلیس با بتن مخلوط می شود. این سیلیس باعث کاهش Ca(OH)2 می شود.

 

 

اقدامات احتیاطی برای بتن در معرض حمله سولفاتی

جلوگیری از حمله سولفات بتن یکی از راه های تضمین دوام سازه است. بنابراین، در مناطقی که بتن در برابر حمله سولفات‌ها چه خارجی و چه داخلی آسیب‌پذیر است، تسلیم شدن در برابر شرایط محیطی امیدوارکننده نیست. از این رو، ضروری است که به دنبال جایگزین هایی باشید که برای کاهش حمله سولفات یا آب بندی بتن از آن کار کنند. اقدامات اصلاحی زیر اگر به موقع انجام شود می تواند به تأیید مقاومت سازه در برابر حمله سولفات ها کمک کند. 

در برابر حمله سولفات داخلی

• در هوای گرم نباید بتن ریخت. این برای جلوگیری از تجمع گرما است.
• به منظور جلوگیری از گرمای بیش از حد هیدراتاسیون، می توان از سرباره یا خاکستر بادی به همراه سیمان استفاده کرد.
• تشکیل تاخیری اترینگایت (DEF) که علت اصلی حمله داخلی سولفات است را می توان با استفاده از سیمان مقاوم به سولفات حاوی درصد کمتری از سلیت کاهش داد.

در برابر حمله سولفات خارجی

حمله خارجی سولفات عمدتاً با انتخاب دقیق و نسبت مواد مورد استفاده در طراحی مخلوط بتن جلوگیری می شود. اقدامات اصلاحی زیر می تواند در برابر ESA مفید باشد.

• استفاده از سیمان های مخصوص
• استفاده از سیمان با آلومینا بالا (HAC)
• از سیمان پرتلند سرباره (PSC) با درصد سرباره بیش از 50% استفاده کنید.
• در صورت غلظت سولفات بسیار بالا از سیمان سولفاته (SC) استفاده کنید.

 

 

مقدار مجاز سولفات در بتن

اگر میزان سولفات So3 در بتن از 4% (محلول در آب) و 5% (سولفاتکل) بیشتر شود، ترک خوردن بتن ممکن است از سنین پایین شروع شده و با نفوذ سولفات حتی در حداقل سطح، تهاجم سولفات شکل گیرد و انبساط ناشی از اترینگایت باعث ایجاد ترک خوردگی بتن شود. مقدار زیادی So3 در بتن، به ویژه در عمل آوری حرارتی، می تواند باعث ایجاد ترک در هنگام گیرش شود. به عنوان مثال، در برخی موارد، اگر So3 سیمان بیش از 2 درصد باشد، تأکید می شود که حداکثر دمای عمل آوری ترجیحاً به 50 درجه سانتیگراد محدود شود.