اقدامات پیشگیرانه بتن در مواجه با حملات سولفاتی

یکی از یون‌های محلول در آب (آب زیر زمینی یا آب دریا) یون سولفات (SO₄^-2 ) می‌باشد. تحقیقات نشان می‌دهد که وجود این یون و نفوذ آن به بتن، می‌تواند سلامت و کیفیت بتن را به مخاطره بیاندازد. حمله سولفاتی بیشتر در اعضایی از سازه بتنی رخ می‌دهد که یا در تماس مستقیم با آب دریا و اقیانوس می‌باشند و یا طبقات زیرزمینی سازه که با رطوبت موجود در خاک در تماس هستند. در واقع سولفات موجود در آب زیرزمینی به درون بتن سخت شده نفوذ کرده و با برخی مواد معدنی موجود در ترکیب سیمان واکنش داده و سبب افزایش حجم بتن می‌گردد.

انواع حملات سولفاتی به بتن

حمله سولفاتی به دو نوع خارجی و داخلی تقسیم می‌گردد که حمله سولفاتی خارجی نوع اصلی و عمده ی این حملات می‌باشد. در واقع حمله سولفاتی خارجی زمانی اتفاق می‌افتد که آب زیرزمینی مجاور بتن، دارای یون سولفات باشد و این یون با نفوذ به داخل بتن و واکنش دادن با CH موجود در سیمان پورتلند، نوعی گچ (gypsum) را به وجود بیاورد. البته باید این نکته را متذکر شد که خاک‌های دارای یون سولفات محلول به میزان بیشتر از 0.5 درصد (بیشتر از 2000 میلی گرم یون سولفات در یک لیتر آب) به لحاظ حمله سولفاتی برای بتن خطرناک می‌باشند. پس از واکنش یون سولفات با CH موجود در سیمان، گچ حاصله با آب و تری کلسیم آلومینات موجود در ترکیب، واکنش داده و سبب تولید فرآورده ای به نام اترینگایت می‌شود. در حقیقت عامل اصلی انبساط بتن نیز همین اترینگایت می‌باشد. (اترینگایت با تری کلسیم آلومینات واکنش داده و سبب تشکیل مونو سولفات آلومینیوم می‌گردد که این واکنش با ایجاد تنش کششی، افزایش حجم و بروز ترک و خرابی در بتن همراه می‌باشد.)

چگونگی محافظت از بتن در برابر سولفات‌ها

حال که با کلیات حمله سولفاتی آشنا شدیم، می‌خواهیم بررسی کنیم که چگونه از بتن در برابر حمله سولفاتی محافظت کنیم و یا تا حد ممکن آن را کنترل نماییم.

در ابتدا باید بدانیم که چه عواملی بر حمله سولفاتی موثر می‌باشند:

• سطح قرارگیری آب زیرزمینی
• تخلخل خاک منطقه ساختگاه
• میزان سولفات موجود در خاک و آب زیزمینی ساختگاه
• کیفیت بتن

پیش از هر اقدامی باید بررسی کنیم و ببینیم که اگر ممکن است از رسیدن سولفات به بتن جلوگیری نماییم اما اگر این مورد امکان پذیر نبود، باید بر روی کیفیت بتن تمرکز کنیم.

یکی از موثرترین اقداماتی که می‌توان در این زمینه انجام داد این است که از سیمانی استفاده کنیم که میزان تری کلسیم آلومینات موجود در آن پایین باشد. تحقیقات نشان داده است که سیمان‌هایی با کمتر از 7 درصد تری کلسیم آلومینات، در برابر حمله سولفاتی مقاوم تر می‌باشند.

یکی دیگر از این اقدامات پیشگیرانه، اختلاط، ریختن، تراکم و عمل آوری مناسب و با کیفیت بتن می‌باشد تا در حد امکان، نفوذ پذیری بتن را به حداقل رسانده و مقاومت آن را در مقابل حمله سولفاتی بالا ببریم. (دلیل آن این است که در صورت عدم تراکم و عمل آوری صحیح، سطح بتن در اثر جمع شدگی ناشی از خشک شدن ترک خورده و احتمال حمله سولفاتی را بلالا تر می‌برد. )

همچنین بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان پایین، مقاومت بالایی از خود در برابر حمله سولفات‌ها نشان داده اند.

جایگزین نمودن بخشی از سیمان با مواد پوزولانی نیز می‌تواند مقاومت ترکیب را در برابر حمله سولفاتی بالا ببرد.

عمل آوری با بخار آب تحت فشار بالا  نیز موثر می‌باشد. این عمل با کاهش فعالیت و واکنش زایی C₃AH₆ و کلسیم هیدروکسید، مقاومت بتن در برابر حمله سولفاتی را افزایش می‌دهد.

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 40 درصد آلومینا (Al₂O₃)، ترکیبی مقاوم در برابر حمله سولفاتی تشکیل می‌دهد. البته باید متذکر شد که مقاومت این نوع سیمان در برابر حمله سولفاتی در دمای بسیار زیاد، تفاوتی با سیمان پورتلند معمولی ندارد. (نکته ای که باید در ارتباط با این نوع سیمان در نظر داشت این است که بررسی‌ها نشان داده اند که بتن ساخته شده با این نوع سیمان، به تدریج مقاومت خود را در گذر زمان از دست می‌دهند بنابراین استفاده از این نوع سیمان خیلی رایج نمی‌باشد.)

جمع بندی

با توجه به مطالب بالا، حمله سولفاتی را می‌توان یکی از مهمترین تهدید‌ها و عوامل خرابی بتن به حساب آورد که در بسیاری از سازه‌های بتنی به ناچار با آن مواجه هستیم و حتما باید در هنگام طرح اختلاط بتن، اقدامات پیشگیرانه (که تعدادی از آن‌ها نیز بیان شد) را رعایت نماییم تا در حد ممکن خرابی‌های ناشی از آن را به حداقل برسانیم.