کنترل فرایند خوردگی در میلگردهای فولادی مدفون در بتن، از طریق کنترل تمام عواملی که به شروع و گسترش خوردگی در آرماتور سازههای بتنی کمک میکنند، انجام میشود. آییننامهها و مشخصات فنی مختلف، الزامات و محدودیتهایی را در مورد ضخامت پوشش بتنی، نسبت آب به سیمان در مخلوط و مقدار سیمان بر اساس شرایط آبوهوایی اطراف سازه تعیین میکنند. این الزامات، پس از انجام آزمایشهای میدانی و آزمایشگاهی متعدد، به صورت دستورالعمل و توصیههای مشخص در آییننامهها گنجانده شدهاند.
برای محافظت از سازههای بتنی در برابر خوردگی، باید نکات احتیاطی مربوط به تناسب مشخصات بتن با شرایط جوی محل احداث سازه در نظر گرفته شود. رعایت این نکات، نیاز به اجرای رویههای کنترل کیفیت خوب در ساخت بتن را از بین نمیبرد و مکمل روشهای تخصصیتر حفاظت در برابر خوردگی است.
آییننامهها و مشخصات فنی، الزامات و محدودیتهایی را برای طراحی و اجرای سازههای بتنی — مانند ضخامت پوشش بتنی و نسبت کلرید مجاز در مخلوط — ارائه میدهند. با این حال، وجود این الزامات، نیاز به رعایت سایر اقدامات احتیاطی در مراحل اختلاط بتن را برطرف نمیکند. برای مثال، برخی مناطق شرایط آبوهوایی ویژهای دارند که توسعهٔ اقدامات احتیاطی بیشتری را در حین ساخت ضروری میسازد.
هزینهٔ اجرای این الزامات نسبتاً پایین است و در مقایسه با هزینهٔ بالای فرایندهای تعمیر در آینده، ناچیز محسوب میشود.
کنترل خوردگی با در نظر گرفتن الزامات ساخت، امری ضروری است. یک طراحی مناسب، بدون افزودن هزینهٔ قابلتوجه به پروژه، میتواند سطح حفاظت بسیار خوبی فراهم کند. کنترل فرایند خوردگی عمدتاً به کنترل دو عامل اصلی ایجادکنندهٔ خوردگی بستگی دارد:
- فرایند کربناته شدن
- نفوذ کلرید به داخل بتن
کنترل این دو فرایند از سه مسیر اصلی صورت میگیرد:
- مطالعهٔ تأثیر عوامل آبوهوایی بر فرایند خوردگی
- بررسی اجزای مخلوط بتن و تأثیر آنها بر خوردگی
- بررسی فرایند عملآوری بتن
درک این فرایندها و تأثیرشان بر خوردگی ناشی از کربناته شدن یا نفوذ کلرید، امکان انتخاب روش عملآوری مناسب و نسبتهای اختلاط بهینه برای کنترل خوردگی را فراهم میکند.
کنترل فرایند کربناته شدن
فرایند کربناته شدن را به سادگی میتوان نفوذ دیاکسید کربن (CO₂) به داخل بتن تا رسیدن به سطح میلگردها تعریف کرد. این فرایند لایهٔ محافظ غیرفعال اطراف میلگردها را از بین میبرد و در نتیجه، خوردگی آغاز میشود. فرایند کربناته شدن بهشدت تحت تأثیر شرایط آبوهوایی قرار دارد.
تأثیر شرایط محیطی
فرایند کربناته شدن بهشدت تحت تأثیر میزان رطوبت موجود در بتن است. زمانی که رطوبت نسبی بسیار بالا باشد، حفرههای موجود در بتن پر از آب میشوند و نفوذ CO₂ به داخل بتن دشوار میشود. برعکس، در رطوبت نسبی بسیار پایین، به دلیل کمبود رطوبت، واکنش شیمیایی کربناته شدن بهکندی انجام میشود. نتایج نشان میدهند که این رفتار، چه در عمر ۲ سالگی سازه و چه در ۱۶ سالگی، مشابه است.
باید میان رطوبت نسبی هوای اطراف سازه و رطوبت نسبی داخل حفرههای بتن تمایز قائل شد. همچنین بتن با گذر زمان و با افزایش عمق، بهآرامی خشک میشود و رطوبت پوشش بتنی در طول زمان متغیر است. به همین دلیل، محاسبهٔ نرخ کربناته شدن صرفاً بر اساس رطوبت نسبی، دقت کامل ندارد؛ هرچند بسیاری از معادلات تجربی موجود برای برآورد عمق کربناته شدن بر همین مبنا تدوین شدهاند.
عوامل دیگری نیز بر عمق کربناته شدن اثرگذارند، از جمله قرار گرفتن مستقیم بتن در معرض باران یا محافظتشدن آن از باران، و نیز نسبت آب به سیمان. عمق کربناته شدن با گذر زمان افزایش مییابد و این روند تحت تأثیر مستقیم نسبت آب به سیمان است. برای نمونه، پس از ۵۰ سال، عمق کربناته شدن در نسبت آب به سیمان ۰٫۴۵ حدود ۱۵ میلیمتر است، در حالیکه در نسبت آب به سیمان ۰٫۷۵ به بیش از ۵۰ میلیمتر میرسد.
بتنی که زیر سایبان قرار دارد و از باران محافظت میشود، معمولاً عمق کربناته شدن بیشتری نسبت به بتن بدون محافظت نشان میدهد. همچنین، آزمایشهای آزمایشگاهی معمولاً در بازهٔ رطوبت نسبی ۴۰ تا ۶۰ درصد انجام میشوند که دقیقاً محدودهای است که فرایند کربناته شدن در آن سریعتر رخ میدهد؛ به همین دلیل، نتایج آزمایشگاهی معمولاً بدترین حالت ممکن از کربناته شدن را نشان میدهند و نسبت به نتایج میدانی، عمق کربناته شدن بالاتری را گزارش میکنند.
از این یافته میتوان نتیجه گرفت که بتن داخل ساختمان (که از محیط بیرون محافظت میشود)، در مقایسه با بتن نمای بیرونی، بیشتر تحت تأثیر فرایند کربناته شدن قرار میگیرد ، به شرط آنکه منبع CO₂ در هر دو مورد یکسان باشد. البته در عمل، معمولاً عضو بیرونی به دلیل مجاورت بیشتر با هوای آزاد، در معرض غلظت بالاتری از CO₂ قرار دارد.
یکی دیگر از عوامل آبوهوایی مؤثر بر کربناته شدن، دما است. با افزایش دما، سرعت فرایند کربناته شدن نیز افزایش مییابد؛ بهگونهای که با افزایش دما از ۲۰ به ۳۰ درجهٔ سانتیگراد، عمق کربناته شدن (در نسبتهای مختلف آب به سیمان) بین ۵۰ تا ۱۰۰ درصد افزایش مییابد. این نتایج بر اساس آزمایشهایی بهدست آمده که نمونهها به مدت حدود ۱۵ ماه در معرض جو قرار گرفتهاند.
این یافته بهویژه برای مناطقی با آبوهوای گرم و منابع بالای انتشار CO₂ (مانند مناطق صنعتی، پالایشگاهی و پتروشیمی واقع در جنوب کشور) اهمیت دارد؛ چراکه سازههای بتنی در معرض دمای محیط بالاتر، معمولاً به دورهٔ زمانی کوتاهتری برای تعمیر و نگهداری دورهای نیاز پیدا میکنند.
هنگام ارزیابی وضعیت یک سازهٔ آسیبدیده، آگاهی از دمای محیطی که سازه در طول عمر خود در معرض آن بوده، اهمیت زیادی دارد؛ حتی اگر در زمان بازرسی، دمای هوا معتدل باشد، ممکن است سازه پیشتر برای مدتی طولانی در معرض دمای بالا قرار گرفته باشد. این اطلاعات میتواند در انتخاب راهکار تعمیر و برنامهٔ نگهداری آتی، نقش تعیینکنندهای داشته باشد.
اجزای مخلوط بتن
عوامل آبوهوایی خارج از کنترل مهندس اجرایی هستند، اما اجزای مخلوط بتن از جمله مقدار سیمان، نسبت آب به سیمان و فرایند عملآوری پس از بتنریزی کاملاً قابل کنترلاند. همانطور که اشاره شد، تأثیر نسبت آب به سیمان بر عمق کربناته شدن بسیار زیاد است: با افزایش این نسبت، عمق کربناته شدن نیز افزایش مییابد.
استفاده از خاکستر بادی (پوزولان) نیز بر روند کربناته شدن تأثیرگذار است؛ بهطوریکه در مخلوطهای حاوی خاکستر بادی، عمق کربناته شدن معمولاً بیشتر از مخلوطهای ساختهشده صرفاً با سیمان پرتلند معمولی است. در هر دو حالت، افزایش نسبت آب به سیمان باعث افزایش عمق کربناته شدن میشود.
بر اساس تحقیقات ، با افزایش مقاومت فشاری بتن، عمق کربناته شدن کاهش مییابد. این رابطه برای بتن حاوی سیمان پرتلند معمولی، در سن ۳ و ۸ سالگی سازه بررسی شده و نشان میدهد که با کاهش مقاومت فشاری، عمق کربناته شدن بهسرعت افزایش مییابد.
مطالعهٔ دیگری از اسمولچیک نیز رابطهٔ میان مقاومت فشاری و عمق کربناته شدن را برای سنین مختلف (۱، ۱۰ و ۵۰ سال) بررسی کرده است. با افزایش عمر سازه، عمق کربناته شدن افزایش مییابد؛ اما این افزایش در سنین ۱ تا ۱۰ سالگی سریعتر از روند مشاهدهشده در سن ۵۰ سالگی است.
برای مثال، در مقاومت فشاری ۲۰ نیوتن بر میلیمتر مربع، عمق کربناته شدن پس از ۱۰ سال حدود ۲۴ میلیمتر است؛ در حالیکه در همان شرایط با مقاومت فشاری ۴۰ نیوتن بر میلیمتر مربع، این عمق تنها ۵ میلیمتر خواهد بود، یعنی کاهشی تقریباً پنج برابر. این تفاوت اهمیت زیادی در تدوین برنامهٔ تعمیر و نگهداری و انتخاب مقاومت فشاری مناسب بتن دارد: انتخاب مقاومت فشاری پایینتر هرچند هزینهٔ اولیهٔ کمتری دارد، اما ممکن است باعث شود خوردگی میلگردها پس از تنها ۱۰ سال آغاز شود؛ درحالیکه با مقاومت فشاری بالاتر، ممکن است خوردگی تا ۵۰ سال به تأخیر بیفتد و نیاز به تعمیر در طول عمر پروژه از بین برود.
عملآوری
نتایج آزمایشهای ذکرشده معمولاً بر اساس عملآوری بتن در آب یا شرایط آزمایشگاهی بهدست آمدهاند که با شرایط واقعی کارگاهی متفاوت است. عملآوری استاندارد نمونههای استوانهای یا مکعبی برای آزمایش مقاومت فشاری، معمولاً با غوطهورسازی در حوضچهٔ آب به مدت ۲۸ روز انجام میشود، در حالیکه در محل اجرای پروژه، بهویژه در مناطق با هوای گرم و خشک، عملآوری اغلب ناکافی است.
بر اساس نتایجی مربوط به یک شهر ساحلی در منطقهای گرم و خشک با دمای حدود ۳۰ درجهٔ سانتیگراد و رطوبت نسبی ۴۰ درصد (پس از ۵ سال)، عملآوری نامناسب میتواند عمق کربناته شدن را به میزان دو تا چهار برابر افزایش دهد.
فرایند عملآوری به دو دلیل اهمیت دارد:
- عملآوری نامناسب میتواند مقاومت فشاری بتن را حدود ۲۰ درصد کاهش دهد (طبق تحقیقات بنتور و یاگرمن)
- عملآوری نامناسب تأثیر قابلتوجهی بر افزایش عمق کربناته شدن دارد
این تأثیر در بتن حاوی خاکستر بادی، به دلیل کندتر بودن واکنش پوزولانی، شدیدتر است. برای نمونه، پس از ۲ روز، نرخ افزایش عمق کربناته شدن با افزایش درصد خاکستر بادی، حدود ۳۰ درصد بیشتر خواهد بود.
با توجه به این یافتهها، طراح باید در سازههایی که در معرض کربناته شدن قرار دارند، در استفاده از خاکستر بادی احتیاط کند، مگر آنکه فرایند عملآوری بهدقت کنترل شود. توجه به این نکته ضروری است که افزودنیهای معدنی مختلف (مانند دوده سیلیس، سرباره و خاکستر بادی) با وجود شباهت ظاهری، رفتار متفاوتی در برابر عملآوری دارند و این تفاوتها همیشه در مشخصات فنی رایج لحاظ نشده است. بنابراین انتخاب و مقدار مصرف افزودنیهای معدنی باید متناسب با نوع سازه، کاربری آن و شرایط آبوهوایی محل تعیین شود.
کنترل نفوذ کلرید
کلریدها دومین عامل اصلی خوردگی میلگردهای مدفون در بتن هستند. میلگردها میتوانند هم تحت تأثیر کلریدهای موجود در خود مخلوط بتن و هم کلریدهای خارجی مانند آب دریا، پاشش آب دریا یا هوای اشباع از نمک قرار گیرند. آییننامهها و مشخصات فنی مختلف، حداکثر محتوای مجاز کلرید در مخلوط بتن را تعیین میکنند تا احتمال شروع خوردگی به حداقل برسد.
عوامل آبوهوایی مؤثر بر خوردگی ناشی از کلرید
کلریدها ممکن است از دو منبع وارد بتن شوند: کلریدهای موجود در اجزای مخلوط در زمان بتنریزی، یا کلریدهای خارجی نظیر آب دریا (برای سازههای فراساحلی). انتشار کلرید در بتن با معادلهٔ قانون دوم فیک و ضریب نفوذ توصیف میشود. عوامل آبوهوایی محیطی نقش مهمی در میزان و سرعت این نفوذ دارند، بهویژه در نواحی خاصی مانند منطقهٔ پاشش آب در سازههای فراساحلی، یا در پلها و پارکینگهایی که از نمک برای ذوب یخ استفاده میشود.
کلرید همچنین میتواند از طریق پاشش با هوا در محیطهای دریایی وارد سازه شود؛ نمونهٔ بارز آن، سازههای نزدیک به ساحل در شهرهای ساحلی است. درجهٔ خطر برای هر سازه، به فاصلهٔ آن از ساحل و همچنین ارتفاع آن بستگی دارد؛ هرچند این معیارها صرفاً راهنما هستند و باید بر اساس شرایط آبوهوایی خاص هر منطقه تفسیر شوند.
عامل مهم دیگر، دمای هوا است، بهویژه در مناطق دریایی گرم. رابطهٔ زیر تأثیر دما بر ضریب نفوذ کلرید را نشان میدهد:
که در آن D₁ و D₂ بهترتیب ضرایب نفوذ در دماهای مطلق T₁ و T₂ هستند و k ثابتی است که از آزمایشهای تجربی بهدست میآید.
بر اساس این رابطه و دادههای تجربی موجود، با افزایش هر ۱۰ درجهٔ سانتیگراد دما، ضریب نفوذ کلرید تقریباً دو برابر میشود. برای مثال، با افزایش دما از ۱۰ به ۲۰ درجهٔ سانتیگراد، ضریب نفوذ حدود ۱۰۰ درصد افزایش مییابد. در هر دما، کاهش نسبت آب به سیمان باعث کاهش ضریب نفوذ میشود؛ همچنین افزودن دوده سیلیس به مخلوط، ضریب نفوذ را تقریباً به نصف کاهش میدهد.
ترکیب مخلوط بتن
عوامل اصلی تعیینکنندهٔ طرح اختلاط بتن عبارتاند از نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، و نسبت سنگدانهٔ درشت به ماسه. در بررسی تأثیر کلریدها بر خوردگی آرماتور فولادی، دو عامل نسبت آب به سیمان و مقدار سیمان اهمیت ویژهای دارند.
بر اساس آزمایشهای راشدظفرکه در آن نمونههای بتن تا حدی در محلول ۵ درصد کلرید سدیم غوطهور شدند با افزایش نسبت آب به سیمان، زمان لازم برای شروع خوردگی کاهش مییابد. همچنین استفاده از سیمان مقاوم در برابر سولفات، این زمان را کوتاهتر میکند.
افزایش محتوای C₃A در سیمان پرتلند میتواند بروز ترکها و تخریب ناشی از خوردگی را در سازههای در معرض آب دریا به تأخیر بیندازد. علاوه بر این، افزایش مقدار سیمان مصرفی در مخلوط (در نسبت آب به سیمان ثابت) باعث کاهش ضریب نفوذ کلرید میشود، هرچند این تأثیر در نسبتهای آب به سیمان پایینتر (مانند ۰٫۴) کمتر محسوس است.
عملآوری در برابر حملهٔ کلرید
همانگونه که در مورد کربناته شدن دیده شد، عملآوری مناسب تأثیر قابلتوجهی بر کاهش نفوذ کلرید دارد، بهویژه در سازههای واقع در محیط دریایی و هوای گرم. بر اساس مطالعات، عمق نفوذ کلرید (در غلظت ۰٫۴ درصد) در بتن با نسبت آب به سیمان ۰٫۵ که به مدت ۷ روز عملآوری شده، بهطور محسوسی کمتر از بتنی است که تنها ۲ روز عملآوری شده است. این تأثیر در سال اول عمر سازه بیشتر از تأثیر آن پس از حدود ۵ سال است.
مقایسهٔ نرخ نفوذ کربناته شدن و کلرید در شرایط عملآوری و نسبت آب به سیمان یکسان نشان میدهد که نفوذ کلرید سریعتر از کربناته شدن اتفاق میافتد. همچنین مقایسهٔ سیمان پرتلند معمولی با سیمان حاوی ۲۵ درصد خاکستر بادی (پس از ۱ سال قرارگیری در هوای گرم دریایی با عملآوری سریع) نشان میدهد که محتوای کلرید در عمقهای مختلف بتن، در حضور خاکستر بادی متفاوت است. بنابراین در استفاده از افزودنیهای خاکستر بادی، انجام آزمایشهای اولیه برای تعیین نسبت مناسب مصرف، از نظر کنترل خوردگی ضروری است.
روشهای اجرایی عملآوری
بتن تازهریخته باید از باران و خشکشدگی سریع ناشی از هوای گرم و خشک یا وزش باد شدید محافظت شود. این کار معمولاً با پوشاندن سطح بتن پس از پایان بتنریزی و تا زمان سختشدن نهایی انجام میشود.
هدف اصلی عملآوری، حفظ رطوبت بتن به مدت حداقل ۷ روز برای سیمان پرتلند معمولی و ۴ روز برای بتن با مقاومت اولیهٔ بالا یا حاوی افزودنیهای تسریعکنندهٔ گیرش است. روشهای رایج عملآوری عبارتاند از:
- پاشیدن آب عاری از نمک و مواد مضر روی سطح بتن
- پوشاندن سطح با منسوج درشت، ماسه یا خاکارهٔ کارخانه و مرطوبنگهداشتن مداوم آن
- پوشاندن سطح با ورقهای پلیاتیلن با چگالی بالا
- استفاده از مواد شیمیایی ضدتبخیر روی سطح بتن
- عملآوری با بخار برای سازههای خاص
پاشیدن آب در اوایل صبح و شب توصیه میشود؛ پاشیدن آب پس از طلوع آفتاب میتواند به دلیل تبخیر سریع، باعث ترکخوردگی سطحی شود. در مناطقی با دمای تابستانی بسیار بالا (تا حدود ۵۵ درجهٔ سانتیگراد)، معمولاً از مواد شیمیایی ضدتبخیر همچون ECOCURE 250 یا پوششهای پلاستیکی مخصوص استفاده میشود.
اهمیت اقتصادی عملآوری در این نکته نهفته است که هزینهٔ آن در برابر کل هزینهٔ بتن ناچیز است، اما تأثیر آن بر افزایش مقاومت بتن قابلتوجه است. مقاومت بتن با افزایش مدت عملآوری از ۳ به ۷ روز بهطور محسوس افزایش مییابد و این افزایش با تمدید عملآوری تا ۱۴ روز، حتی مشهودتر خواهد بود.
عملآوری بیش از ۱۴ روز (مثلاً تا ۲۸ روز) معمولاً بهبود قابلتوجه بیشتری نسبت به عملآوری ۱۴ روزه ایجاد نمیکند. با این حال، مشخصات هر پروژه باید روش و مدت دقیق عملآوری را با توجه به شرایط آبوهوایی محل و نوع اعضای بتنی، بهطور شفاف تعیین کند.
الزامات آییننامهٔ ACI برای عملآوری
بر اساس این آییننامه، عملآوری بتن باید در دمای بالای ۱۰ درجهٔ سانتیگراد (۵۰ درجهٔ فارنهایت) و در شرایط مرطوب، حداقل به مدت ۷ روز اول پس از بتنریزی حفظ شود. برای بتن با مقاومت اولیهٔ بالا، این مدت حداقل ۳ روز است. در صورت لزوم، استفاده از عملآوری تسریعشده (بخار پرفشار، بخار در فشار اتمسفر، یا سایر روشهای پذیرفتهشده) مجاز است، به شرط آنکه مقاومت فشاری و دوام موردنیاز طراحی تأمین شود.
مقاومت فشاری و مدول الاستیسیتهٔ بتن عملآوریشده با بخار، معمولاً با بتن عملآوریشده در شرایط مرطوب معمولی متفاوت است؛ به همین دلیل توصیه میشود طرح اختلاط بر اساس نمونههای آزمایشی عملآوریشده به همان روش، تنظیم شود.
معیار پذیرش کفایت عملآوری میدانی این است که مقاومت استوانههای عملآوریشده در محل، در سن آزمایش (معمولاً ۲۸ روز)، نباید کمتر از ۸۵ درصد مقاومت استوانههای استاندارد آزمایشگاهی باشد. برای مقایسهٔ معتبر، استوانههای محل و آزمایشگاه باید از یک نمونه تهیه شده و تحت شرایطی مشابه با شرایط واقعی سازه عملآوری شوند.
الزامات استاندارد بریتانیا برای عملآوری
بر اساس این استاندارد، عملآوری فرایند جلوگیری از اتلاف رطوبت بتن، همراه با حفظ دمای مناسب است. رژیم عملآوری باید از ایجاد گرادیانهای دمایی بالا در داخل بتن جلوگیری کند. توسعهٔ مقاومت در سنین اولیهٔ بتن ساختهشده با سیمان فوقسولفاته، در دماهای پایین بهشدت کاهش مییابد و این نوع بتن بهویژه به عملآوری کافی (حداقل ۴ روز رطوبت مداوم) حساس است.
عملآوری و محافظت باید بلافاصله پس از تراکم بتن آغاز شود تا از موارد زیر جلوگیری شود:
- خشکشدگی زودرس ناشی از تابش خورشید یا باد
- شستهشدن سطح توسط باران یا آب جاری
- سردشدگی سریع در روزهای نخست پس از بتنریزی
- گرادیانهای حرارتی داخلی بالا
- دمای پایین یا یخبندان
- لرزش و ضربهای که میتواند به چسبندگی بتن و آرماتور آسیب برساند
در سازههای حجیم یا طویل، مخلوطهای با مقدار سیمان بالا، یا مواردی که کیفیت پرداخت سطحی اهمیت زیادی دارد، باید از روشهای عملآوری ویژه یا تسریعشده استفاده و روش آن بهطور دقیق مشخص شود.
در طول دورهٔ عملآوری، دمای هیچ بخشی از سطح بتن نباید به کمتر از ۵ درجهٔ سانتیگراد برسد. دمای سطح تحت تأثیر عواملی چون اندازه و شکل مقطع، نوع و مقدار سیمان، عایقبندی قالب یا پوشش، دمای بتن هنگام ریختن، و دما و جریان هوای محیط قرار دارد؛ در صورت نبود اندازهگیری دقیق، میتوان دمای سطح را برابر با دمای هوای محیط در نظر گرفت.
روشهای رایج عملآوری مطابق مشخصات بریتانیایی عبارتاند از:
- نگهداشتن قالب در جای خود
- پوشاندن سطح با مادهٔ غیرقابلنفوذ مانند پلیاتیلن که باید کاملاً آببندی شود
- پاشیدن غشای عملآوری کارآمد ECOCURE 250 روی سطح
الزامات آییننامهٔ بتن ایران (آبا) برای عملآوری
آییننامهٔ بتن ایران (آبا) نیز، مشابه آییننامههای ACI و BS، الزامات مشخصی را برای مدت و روش عملآوری بتن تعیین کرده است. طبق این آییننامه، عملآوری باید بلافاصله پس از پایان تراکم و پرداخت سطح بتن آغاز شود تا از تبخیر زودهنگام آب جلوگیری شود؛ شروع دیرهنگام عملآوری میتواند به هیدراتاسیون ناقص سیمان، کاهش مقاومت نهایی و افزایش احتمال ترکخوردگی و نفوذپذیری بتن منجر شود.
بر اساس این آییننامه، حداقل مدت عملآوری بر مبنای نوع بتن (از نظر نسبت آب به سیمان و وجود افزودنیهای معدنی) و شرایط محیطی حاکم بر پروژه تعیین میشود:
حداقل مدت عملآوری بتن بر اساس نوع بتن و شرایط محیطی (بر مبنای آییننامهٔ بتن ایران، آبا)
| نوع بتن | شرایط محیطی معمولی (روز) | شرایط محیطی گرم (روز) | شرایط محیطی سرد (روز) |
| بتن معمولی با نسبت آب به سیمان ۰٫۴۳ | ۶ | ۷ | ۱۰ |
| بتن حاوی افزودنیهای معدنی (دوده سیلیس، سرباره، متاکائولین) با نسبت آب به سیمان کمتر از ۰٫۴۳ | ۱۰ | ۱۴ | ۱۴ |
در صورتی که نتایج آزمایش نشان دهد بتن برای رسیدن به مقاومت و دوام موردنظر به زمان بیشتری نیاز دارد، باید مدت عملآوری افزایش یابد. همچنین برای بتنهای ویژه که دوام آنها اهمیت بالایی دارد (مانند سازههای در معرض کلرید یا کربناته شدن شدید)، تعیین مدت عملآوری باید بر اساس یکی از سه رویکرد زیر انجام شود:
- استناد به سوابق و مستندات تاریخی عملکرد بتن مشابه در شرایط مشابه
- انجام ارزیابی آزمایشگاهی اختصاصی برای طرح مخلوط موردنظر
- افزایش مقادیر جدول فوق تا دو برابر، در صورت نبود اطلاعات کافی
آییننامه همچنین اجازه میدهد که در صورت تأیید، از محلولهای شیمیایی غشاساز (Curing Compound) با رنگ روشن یا سفید (ECOCURE 250) برای عملآوری استفاده شود؛ رنگ روشن این محلولها به کاهش جذب حرارت سطح بتن در هوای گرم کمک میکند.
در کنار آییننامهٔ آبا، نشریهٔ دستورالعمل ساخت و اجرای بتن در کارگاه (نشریهٔ ۳۲۷) نیز جدول مشابهی برای حداقل مدت عملآوری ارائه میدهد که بر اساس دو پارامتر تنظیم شده است: شدت شرایط محیطی (خوب، متوسط، ضعیف) و سرعت کسب مقاومت بتن (سریع، متوسط، کند). در این رویکرد، محیط «ضعیف» به معنای هوای خشک با رطوبت نسبی کمتر از ۵۰ درصد و بدون محافظت در برابر تابش خورشید و باد است، در حالیکه محیط «خوب» به رطوبت نسبی بیش از ۸۰ درصد و محافظتشده در برابر تابش و باد اشاره دارد. هرچه شرایط محیطی نامساعدتر و سرعت کسب مقاومت بتن کندتر باشد (مثلاً در بتنهای حاوی سیمان پوزولانی)، مدت لازم برای عملآوری نیز طولانیتر خواهد بود.
با توجه به اهمیت ویژهٔ کنترل خوردگی ناشی از کربناته شدن و نفوذ کلرید در مناطق با آبوهوای گرم و دریایی، توصیه میشود در چنین شرایطی، مدت عملآوری فراتر از حداقلهای تعیینشده در جدولهای آییننامهای در نظر گرفته شود، بهویژه در کارگاههای کوچک که احتمال اجرای ناقص عملآوری بیشتر است.
حفاظت از سازههای در معرض خطر بالا
در برخی سازهها، رعایت الزامات معمول آییننامهها برای مقابله با شرایط آبوهوایی بسیار نامساعد کافی نیست؛ نمونهٔ بارز آن سازههای فراساحلی، بخشهای در معرض آب متحرک (منطقهٔ پاشش)، یا پارکینگها و پلهایی است که برای ذوب یخ از نمک استفاده میکنند. همچنین ساختمانهای تجاری و مسکونی مدرن نزدیک به دریا، حتی بدون تماس مستقیم با آب دریا، در معرض کلریدهای موجود در هوا قرار دارند بهویژه در مناطق دریایی با هوای گرم مانند نوار ساحلی جنوب کشور.
در بسیاری از سرمایهگذاریهای ساختمانی در جزایر و مناطق ساحلی گرم، از جمله برخی شهرهای ساحلی ، خوردگی میتواند در نرخی بسیار بالا آغاز شود. در چنین شرایطی، کنترل خوردگی از طریق طرح اختلاط بهینهٔ بتن، تعیین دقیق مقدار سیمان و نسبت آب به سیمان، و رعایت دقیق فرایند عملآوری، نخستین و مهمترین خط دفاعی در برابر خوردگی محسوب میشود. با این حال، در سازههایی که در معرض خطر بسیار بالای خوردگی قرار دارند، این اقدامات بهتنهایی کافی نیست و لازم است از روشهای تکمیلی و تخصصیتر حفاظت از بتن در برابر خوردگی (همچون پوشش های حفاظتی) نیز بهره گرفته شود.
پرسشهای متداول
۱. چرا نسبت آب به سیمان تا این حد در کنترل خوردگی میلگردها اهمیت دارد؟ نسبت آب به سیمان مستقیماً بر تخلخل و نفوذپذیری بتن اثر میگذارد. هرچه این نسبت بالاتر باشد، حفرههای مویینهٔ بیشتری در بدنهٔ بتن ایجاد میشود و مسیر نفوذ دیاکسید کربن و کلریدها به سمت میلگردها کوتاهتر و سریعتر میشود. به همین دلیل، کاهش نسبت آب به سیمان یکی از مؤثرترین و کمهزینهترین راههای افزایش عمر مفید سازه در برابر خوردگی است.
۲. تفاوت اصلی بین خوردگی ناشی از کربناته شدن و خوردگی ناشی از کلرید چیست؟ کربناته شدن ناشی از نفوذ تدریجی CO₂ به داخل بتن است که بهمرور اسیدیتهٔ محیط اطراف میلگرد را کاهش داده و لایهٔ محافظ غیرفعال آن را از بین میبرد؛ این فرایند معمولاً کند و در سراسر سطح بتن یکنواخت است. در مقابل، حملهٔ کلرید میتواند حتی در محیط قلیایی سالم نیز رخ دهد، سرعت نفوذ آن معمولاً بیشتر از کربناته شدن است و اغلب به خوردگی موضعی (حفرهای) با شدت بیشتر منجر میشود، بهویژه در سازههای دریایی.
۳. آیا استفاده از خاکستر بادی یا سایر افزودنیهای معدنی همیشه به نفع دوام سازه است؟ نه لزوماً. افزودنیهای معدنی مانند خاکستر بادی معمولاً ضریب نفوذ کلرید را در بلندمدت کاهش میدهند، اما در برابر کربناته شدن میتوانند عملکرد ضعیفتری نسبت به سیمان پرتلند معمولی داشته باشند، مگر آنکه عملآوری بهاندازهٔ کافی و برای مدت طولانیتر انجام شود. بنابراین انتخاب این افزودنیها باید متناسب با غالببودن مکانیزم خوردگی (کربناتاسیون یا کلرید) در محیط پروژه صورت گیرد.
۴. حداقل زمان عملآوری بتن در هوای گرم چقدر است؟ بر اساس آییننامههای معتبر (از جمله ACI، BS و آبا)، حداقل زمان عملآوری در شرایط محیطی گرم معمولاً ۷ روز برای بتن معمولی است و برای بتنهای حاوی افزودنیهای معدنی با نسبت آب به سیمان پایینتر، این مدت میتواند تا ۱۴ روز نیز افزایش یابد. در صورت وجود شرایط بحرانی (رطوبت پایین، دمای بسیار بالا یا وزش باد شدید)، توصیه میشود این مدت فراتر از حداقل آییننامهای در نظر گرفته شود.
۵. آیا رعایت الزامات آییننامهای دربارهٔ پوشش بتنی و عملآوری، برای همهٔ سازهها کافی است؟ برای بیشتر سازههای معمولی، بله؛ رعایت دقیق نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، ضخامت پوشش بتنی و فرایند عملآوری، سطح حفاظت مناسبی فراهم میکند. اما در سازههای در معرض خطر بسیار بالا — مانند سازههای فراساحلی، منطقهٔ پاشش آب دریا، یا سازههای در معرض نمک یخزدا — این اقدامات بهتنهایی کافی نیست و باید با روشهای تکمیلی و تخصصیتر حفاظت از خوردگی همراه شود.
