تاثیرات آب دریا بر بتن مسلح

بتن مسلح در مواجه با آب شور دریاها

همانطور که میدانیم در حدود 71 درصد سطح زمین را آب‌های شور (اقیانوس و دریا) تشکیل می‌دهند و سازه‌های بتنی بسیاری به صورت مستقیم و غیر مستقیم در معرض این آب‌ها قرار دارند. بتنی که در مجاورت آب دریا قرار دارد به وسیله ترکیبات نمک مانند سدیم کلرید و منیزیم سولفات مورد تهاجم قرار می‌گیرد. برای نمونه آلومینات موجود در خمیر سیمان ممکن است مورد حمله منیزیم سولفات قرار گیرد، یون کلراید به شروع فرایند خوردگی میلگرد کمک می‌کند و بازها نیز در واکنش‌های قلیایی با سنگدانه‌های فعال سیلیسی مشارکت می‌نمایند.

بنابراین باید سیمان مورد استفاده در اجرای بتن‌های مجاور آب دریا به نحوی تولید شده باشد که میزان آلومینات موجود در آن از میزان معینی تجاوز نکند، سنگدانه‌های بتن واکنش زا نباشند، فولاد مدفون در بتن کاور و پوشش کافی داشته باشد و در نهایت نفوذ پذیری بتن اندک باشد.  آسیب‌های بتن معمولا به دلیل ضعف در ساخت، تر و خشک شدن و یا انجماد و ذوب متواتر ایجاد می‌شود. بنابراین در اجرای بتن‌های در معرض آب دریا باید تمهیداتی اندیشیده شوند که البته خیلی پیچیده و هزینه بر هم نباید باشند. آب‌های اقیانوس‌ها و دریاها حاوی حدود 3.5 درصد نمک‌های محلول می‌باشند. عمده کاتیون‌های موجود در این آب‌ها، Ca²⁺ ،Na⁺ ،K⁺ و Mg²⁺ و همچنین آنیو‌ن‌ها نیز Cl^– ،HCO₃^– ،CO₃^2-  و SO₄^2-  می‌باشند.

میزان یون موجود در آب را با واحد میلی گرم بر لیتر می‌سنجند که می‌توان برای هر یون، اعداد زیر را در نظر گرفت:

• یون کلر: 19000 میلی گرم بر لیتر
• یون سدیم: 10600 میلی گرم بر لیتر
• یون منیزیم: 1300 میلی گرم بر لیتر
• یون سولفور: 900 میلی گرم بر لیتر
• یون کلسیم: 400 میلی گرم بر لیتر
• یون پتاسیم: 380 میلی گرم بر لیتر

البته ممکن است یون‌های دیگری نیز موجود باشند اما میزان آن‌ها کمتر از 65 میلی گرم بر لیتر می‌باشد که قابل صرف نظر کردن است. عناصر ذکر شده در لیست بالا، حدود 99 درصد نمک‌های موجود در آب دریاها را تشکیل می‌دهند.

تاثیرات یون‌ها بر بتن

• تاثیر کربنات‌ها و بی کربنات‌ها

کربنات و بی کربنات‌ها ممکن است با یون کلسیم یا کلسیم هیدروکسید تولید شده در فرآیند هیدراتاسیون واکنش دهند و منجر به کربناتاسیون بتن گردند. عمده واکنش کربناتاسیون در آب‌های دریا و اقیانوس، حاصل نفوذ کربن دی اکسید محلول در آب به حفرات و شکاف‌های بتن می‌باشد که یکی از دلایل اصلی شروع خوردگی تلقی می‌گردد.

• تاثیرات قلیایی‌ها

یون‌های قلیایی می‌توانند با سنگدانه‌های سیلیسی فعال وارد واکنش شده و سبب انبساط بتن گردند. این انبساط سبب کاهش مقاومت و دوام بتن می‌گردد. استانتون در سال 1937 تحقیقاتی بر روی سازه‌های آسیب دیده از این واکنش در کالیفرنیا آمریکا انجام داد که به عنوان نمونه می‌توان به دیوار‌های سدی در ونتورا اشاره کرد. همچنین در ارتباط با انبساط بتن در حوض خشک نیویورک (حوض خشک محل تعمیر کشتی می‌باشد) فرضیاتی وجود داشت مبنی بر واکنش قلیایی-کربناتی، که پس از بررسی‌ها متوجه شدند در علت این انبساط، وجود سیلیس در سنگدانه‌های بتن می‌باشد.

عوامل موثر بر مقاومت سازه بتن آرمه در مقابل حملات شیمیایی

نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که هرچه بتن نفوذپذیر تر و مقدار C₃A (کلسیم آلومینات) موجود در ترکیبات سیمان آن بیشتر باشد، میزان حمله سولفاتی بیشتر بوده و نشانه‌های آن سریع تر ظهور می‌کنند. به همین دلیل استفاده از پوزولان (مانند خاکستر بادی) برای اجرای بتن‌هایی که در مجاورت آب دریا قرار دارند، به شدت توصیه شده است.

دلیل این امر را می‌توان در مزایای استفاده از پوزولان‌ها دانست که در ادامه ذکر می‌گردد:

• کاهش ترک خوردگی حرارتی (کاهش حرارت هیدراتاسیون سیمان)
• کاهش نفوذپذیری بتن به دلیل کاهش ترک ها و منافذ
• کاهش قلیائیت
• مقاومت و دوام بهتر در برابر حملات سولفاتی و واکنش‌های قلیایی

جمع بندی

در آب‌های گرم، خرابی‌ها بیشتر به دلیل رخ دادن واکنش‌های شیمیایی می‌باشد که به دلیل وجود یون‌های کلرید و سولفات موجود در آب دریا،  باعث ایجاد تغییر در ترکیبات سیمان می‌گردد. مهمترین راه پیشگیری از این اتفاق، استفاده از نوع مناسب سیمان و سنگدانه‌های سالم و با کیفیت در مرحله تولید می‌باشد تا مطمئن شویم محصول نهایی واکنش زا نیست و تراکم و نفوذناپذیری کافی را تا حد امکان دارد. اما در آب‌های سرد واکنش های شیمیایی شدت زیادی ندارند و در عوض تغییرات دمایی عامل خرابی در بتن می‌باشند. البته عوامل خرابی دیگری نیز وجود دارند مانند فرسایش و ساییدگی بتن در اثر برخورد امواج دریا، اما از شدت و اهمیت پایین تری برخوردار می‌باشند.