بتن مقاوم در برابر حمله سولفاتی

در سازه های زیرزمینی، قسمت بتنی سازه در معرض تأثیرات زیرسطحی نظیر تنش های مکانیکی دائم و آب های تهاجمی قرار می گیرند. با این وجود بتن با دوام فوق العاده ای که دارد شناخته می‌شود. محلولهای حاوی سولفات، مانند آبهای زیرزمینی طبیعی یا آلوده ، تأثیر قابل توجهی روی بتن نشان می دهند. این امر می تواند در نهایت منجر به از دست دادن قدرت، انبساط، پاشیدن لایه های سطحی و در نهایت جدایش شود.
با یک طرح اختلاط مناسب و درخور شرایط شیمیایی محیطی و آسیب های احتمالی، می‌توان چرخه عمر سازه بتنی را طولانی کرد. سولفات موجود در آب با هیدراتهای تری کلسیم آلومینات (عمدتا AFm ) در سیمان واکنش می دهد و باعث ایجاد اترنگیت ( همچنین در شرایط خاص تومازیت ) می شود که منجر به افزایش حجم می شوند. این افزایش حجم منجر به ایجاد فشار داخلی بالا در سازه بتنی می شود که باعث ترک خوردگی و ورقه شدن می شود. چنین حمله‌ی سولفاتی در بین انواع حملات شیمیایی طبقه بندی می شود که تحت آن بتن استاندارد طراحی شده بدون تدابیر خاص، می تواند خسارات قابل توجهی را متحمل شود. تجربیات میدانی نشان می‌دهد که از دست دادن چسبندگی و استحکام معمولاً شدیدتر از آسیب بتن ناشی از انبساط و ترک خوردگی هستند.
مقاومت سولفاتی بتن، ناشی از مقاومت سولفاتی ماتریس سیمان و همچنین توانایی آن در مقابله با انتشار یون‌های سولفات تعیین می‌باشد. بنابراین بتنی که باید در برابر سولفات مقاوم باشد باید نفوذ پذیری کم و همچنین مقاومت فشاری بیشتری داشته باشد. علاوه بر این باید از سیمان با مقدار C3A و Al2O3 پایین استفاده کرد، این کار احتمال هرگونه واکنش آسیب‌زا را کاهش می دهد. علاوه بر این، افزودن دوده سیلیس مطلوب است، زیرا این امر باعث شده چگالی ماتریس سیمان در ترکیب افزایش یابد و پیوند بین سیمان و سنگدانه ها قویتر شود و در نتیجه منجر به مقاومت فشاری بیشتر می شود.
طبق استاندارد EN 206، حمله سولفاتی در رده های مختلفی با توجه به میزان حمله شیمیایی، طبقه بندی می‌شود. بنابراین میزان سولفات موجود در آب در تماس با بتن، رده شرایط مورد نظر را در این طبقه بندی تعیین میکند. بسته به رده، یک مقدار حداقل سیمان مصرفی، و همزمان نسبت آب به سیمان حداکثر، باید استفاده شود، و همچنین الزاما از سیمانی استفاده شود که در برابر حمله سولفاتی مقاومت بالایی از خود نشان دهد.
در تونل سازی، دوام از اهمیت تعیین کننده‌ای برخوردار است و حمله سولفات یک پدیده دائما در حال وقوع و چالش برانگیز است. این امر به ویژه در مورد تولید قطعات پیش ساخته پوشش تونلی برای ماشین حفاری تونل (TBM) و نگهدارنده دیواره سنگی که توسط بتن پاشیده اعمال می شود صادق است. در حفاری‌هایی که در آن حمله سولفات بالا پیش بینی می شود، برآورده ساختن تمام الزامات فنی دشوار است مگر اینکه اقدامات مناسب در زمینه طرح اختلاط بتن نیز انجام شود.
در مورد بتن پاششی استفاده از شتاب دهنده‌های بدون قلیا برای دستیابی به مقاومت کافی سولفاتی الزامی است. تولید صنعتی و سریع قسمت پوشش تونل نیاز به چرخه های تولید تنها چند ساعته و حداکثر دمای 60 درجه سانتیگراد در بتن دارد. این امر با سیمان های معمولی مقاوم در برابر سولفات بسیار دشوار است ، زیرا این سیمان ها از مقاومت کمی برخوردار هستند. مخلوط بتن حاوی دوده سیلیس و یک فوق روان کننده, هردو معیار بهره وری و مقاومت سولفات را برآورده می کند ، اما بدلیل شکل گرفتن ترک‌ها، این سیستم در مرحله عمل آوری بتن بسیار حساس است. با استفاده از امولسیون اپوکسی با مصالح پایه آبی, بلافاصله پس از آزادسازی قالب قطعات، می توان بتن بدون ترکهای ریز را تولید کرد.