نفوذپذیری و دوام بتن

بتن در 80 سال گذشته در بسیاری از رشته های ساختمانی کاربرد داشته و با عمر مفید طولانی خود، مصالح با دوامی را به اثبات رسانده است. به هر حال بتن در پروژه های صنعتی بکار برده شده و در معرض شرایط بسیار سخت محیطی قرار گرفته و صدمات ساختاری و کاربردی را در طول عمر خود نشان داده است،

 که این صدمات از 3 منبع اصلی سرچشمه گرفته اند شامل : پروژه های صنعتی که عموماً توسط طراحان بومی، پیمانکاران بین المللی و کسانی که متخصص در این رشته می باشند، انجام می شود. طراحان این پروژه ها از شرایط سختی که بتن در معرض آن قرار می گیرد اطلاع کافی ندارند. در اکثر مواقع، افراد بهره بردار، نگهدارنده و محافظ این سازه های بتنی بیشتر از متخصصین دارای تجارب کاری در رشته های مکانیک، برق و یا شیمی بوده اند و بنابراین صدمات وارده بر اجزاء بتنی را تشخیص نداده اند. نهایتاً این صدمات عمیق تر و پیشرفته تر می شدند.

پالایشگاههای کشورهای منطقه خلیج فارس بیان کننده یک منبع اساسی درآمد مالی برای این کشورها بوده اند، و این تأسیسات بزرگ از سالهای
1950 توسط شرکتهای پیمانکار بین المللی از آمریکا و اروپا ساخته شده اند. بسیاری از این سازه های بتنی ساخته شده، هنوز در دست بهره برداری هستند و بسیـاری نیـز تعمیر و ترمیم یافته اند تا عمر مفید طولانی تری را به آنها بیفزایند. اغلب بخاطر سرمایه گذاری های کلان در این نوع تأسیسات، عمر مفید طراحی شده آنها عموماً بسیار طولانی تر بوده و تعدادی از آنها نیز از رده خارج شده اند.
آقای اکانر( Oconner ) در مطالعات اخیر خود اطلاعات جدیدی را درباره پالایشگاه ها ارائه داده، که قبل از این اطلاعات کافی درباره صدمات وارده توسط آب شور دریا بر سازه های بتنی پالایشگاه ها در این منطقه وجود نداشت.
مطالعات دیگری نیز اخیراً توسط ایمن ابراهیم ( Iman A Ibrahim ) و همکاران او درباره عملکرد بتن بکار گرفته شده در پالایشگاه در این منطقه انجام یافته و تغییرات خاص بتنی را که در معرض شرایط محیط قرار گرفته، ارائه داده اند.
بتن که در شرایط سخت آب و هوایی خلیج فارس و نیز در پالایشگاهها و در معرض شرایط آب و هوایی میکرونی محیط دیگر مناطق دنیا قرار گرفته است، می تواند بخاطر شرایط ذیل تخریب شود : درجه حرارت بسیار بالا در کوره های بلند در پالایشگاه ها و ترک خوردگی در اثر آن. حمله سولفات در نتیجه گازهای سولفوریک همچون SO2 و H2S که در زمان کار تولیدی پالایشگاه، بعنوان مواد جانبی تولید صنعت نفت ایجاد می شوند و همچنین رطوبت زیاد محیط خلیج فارس. اسید سولفوریک وباران اسیدی و حملات آنها بر سطح بتن و واکنش شیمیایی SO2 که با رطوبت موجود تولید سولفات کلسیم نموده که به سادگی بخاطر محلول بودن آن توسط آب شسته می شود، بنـابراین، تـولید سفیدک زدگی ( Leaching ) انجام می شود و در نتیجه مقاومت بتن کاهش می یابد، بخصوص تحت فعالیت مداوم SO2 و سولفات کلسیم تولید شده، در صورت شستشو جهت تمیز کاری با آب دریا، کریستـال گچ بوجود می آیـد که بـا سیـمان واکـنش نـشان داده و تاماسایت (Thaumasite) تولید می شود که باعث تولید خمیر بسیار نرمی می شود. نرخ و پیشرفت خرابی توسط حمله سولفاتها بستگی به غلظت سولفات، نوع نمک سولفات، نفوذپذیری، و تخلخل بتن دارد. خرابی، در زمانی اتفاق می افتد که بتن از یک طرف تحت شرایط فشار آب و از طرف دیگر هوا باشد. تر و خشک شدن در اثر نشت آب و یا شستشوی سازه بتنی با آب شور دریا، هیـدروکربورهای ریختـه شده روی سطح بتن، بـاعث نفوذ آب در خلل و فرج خمیر سیمان و سنگدانه ها و در نتیجه افزایش نفوذپذیری می شود. نفوذ یون کلر و حملات سولفاتها باعث خوردگی آرماتورها و در نتیجه ترک خوردگی می شوند. حرکات ماشین آلات، باعث تولید ترکها در بتن می شود. نشت بخار و گازها از لوله های موجود در پالایشگاهها باعث خرابی سطوح بتنی و در نتیجه اجزاء تشکیل دهنده بتـن می شود. علاوه بـر شرایـط مضر بر بتن، شرایط نگهداری و حفاظت سازه های بتنی نیز مهم می باشند.
اهمیت مطالعات اخیر بر این است که در چندین سال گذشته بیشتر مطالعات در لابراتور
انجام یافته ولی عملیات تحقیقاتی اخیر در محل کارگاه و در شرایط واقعی و عملکرد 40 ساله بتن در شرایط سخت پالایشگاه می باشد.

ساختار بتن :

در حال حاضر بتن دیگر همان مصالح ساختمانی قدیمی نیست
Cement + Agregates + Water + Admixture or Adetives = Concrete
. بسیاری از مواد معدنی و آلی جهت اصلاح خواص آن برای ساخت بتن دوره جدید به سیمان پرتلند اضافه می شوند. برخلاف بتن ساخته شده فقط با سیمان پرتلند، خواص بتن دوره جدید به خاطر پیچیدگی خاص خود کاملاَ روشن و مدون نیست، ولی آنالیز بسیاری از مواد مصرفی فعال روی دوام بتن شفاف تر از قبل می باشند.

سیستم سخت شدن سیمان با آب :

تـرکیـب سیـمان بـا آب منـجـر بـه تـشکیـل یـک کـنـگلـو مـرای سخت شده بـا سـاختـار پـیـچیـده و ترکیبات شیمیایی جدیدی می شود که خمیر سیمان سخت شده یا
Paste نامیده می شود.

ساختار تخلخل موئینه :

سطح داخلی ذرات سیمان سخت شده در بتن تا حدود زیادی تعیین کننده میزان یا شدت تداخل متقابل بتن با آب و هوای میکرونی محیط اطرافش می باشد