بتن خود ترمیم شونده

بتن خود ترمیم شونده، به عنوان توانایی بتن برای رفع ترک های خود به خودی خود یا اختیاری شناخته می شود. این نوع بتن نه تنها ترک ها را آب بندی می کند بلکه به طور جزئی یا کامل خواص فیزیکی عناصر سازه را بازیابی می کند. این نوع بتن، به بتن خود ترمیمی نیز معروف است. از آنجایی که بتن در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی از مقاومت کششی ضعیفی برخوردار است، اغلب باعث ایجاد ترک در سطح می شود. در ادامه این مطلب از بتن کاور اطلاعات کامل در مورد این نوع بتن را در اختیار شما قرار می دهیم.

بتن خود ترمیم شونده : تاریخچه مختصری از بتن

رومیان باستان، از نوعی ملات آهکی استفاده می‌کردند که مشخص شده بود از نوع خود درمان‌کننده است. بلورهای استراتلینگیت در امتداد نواحی سطحی بتن رومی تشکیل می شوند و سنگدانه و ملات را به هم می چسبانند و این روند حتی پس از 2000 سال ادامه یافت و توسط زمین شناس ماری جکسون و همکارانش در سال 2014 کشف شد.

در اوایل دهه 1990،Carolyn M. Dry اولین رویکرد مدرن خود ترمیمی را با توسعه پیکربندی که آزادسازی مواد شیمیایی ترمیم کننده از الیاف تعبیه شده در یک ماتریس سیمانی را تسهیل می‌کند، ایجاد کرد.

✅توجه! محصول ابرروان کننده و کاهنده قوی آب PSN419 را هم ببینید!

البته از آن زمان، جامعه تحقیقاتی، تکنیک های مختلفی را برای ترکیب خواص خود ترمیمی در بتن توسعه داده اند و در میان سایر مواد خود ترمیم شونده، در سال های اخیر، کارهای تحقیقاتی بتن خود ترمیم شونده به دلیل کنسرسیوم های دولتی مانند SARCOS COST Action، RM4L، ReSHEALience و SMARTINCS به طور تصاعدی در حال رشد هستند.

ترک بتن و نکات مهم در بتن خود ترمیم شونده

ترک های بتن، دوام بتن را کاهش می دهند چراکه جریان مایعات و گازهایی را که ممکن است حاوی ترکیبات مضر باشند را تسهیل می کنند. اگر ریزترک‌ها منبسط شوند و به آرماتور برسند، نه تنها خود بتن در معرض حمله قرار می‌گیرد، بلکه میلگردهای فولادی تقویت‌کننده نیز مستعد حمله خواهند بود.

بنابراین، محدود کردن عرض ترک و تعمیر آن در اسرع وقت ضروری است. بتن خود ترمیم شونده نه تنها مصالح را پایدارتر می کند، بلکه به افزایش طول عمر سازه های بتنی کمک می کند و مواد را بادوام تر و دوستدار محیط زیست می کند.

خود ترمیمی یک پدیده قدیمی و شناخته شده برای بتن است، با توجه به اینکه دارای ویژگی های شفابخش خودزای ذاتی است.لازم به ذکر است؛ ترک ها ممکن است در طول زمان به دلیل هیدراتاسیون مداوم مواد معدنی کلینکر یا کربناته شدن هیدروکسید کلسیم بهبود یابند.

کنترل بتن دشوار است چراکه فقط می تواند ترک های کوچک را التیام بخشد و تنها زمانی موثر است که آب وجود داشته باشد. (این مورد محدودیت استفاده از آن را دشوار می کند).

✅ توجه : محصولات مربوط به ثابت سازی را هم در بتن کاور ببیند.

از سوی دیگر، بتن ممکن است برای ایجاد قابلیت های خود ترمیمی برای ترک ها تغییر یابد. راه‌حل‌های زیادی برای بهبود درمان خودزا با افزودن مواد افزودنی مانند افزودنی‌های معدنی، افزودنی‌های کریستالی و پلیمرهای سوپرجاذب وجود دارد.

علاوه بر این، بتن را می توان به روش های خود ترمیم خودکار داخلی تغییر داد. خودترمیمی مبتنی بر کپسول و خودترمیمی میکروبیولوژیکی رایج‌ترین انواع تکنیک‌های خودترمیمی هستند.

ترمیم خودکار بتن در بتن خود ترمیم شونده

ترمیم خودزای مواد سیمانی، بر خود بسته شدن ترک و متعاقباً دوام و عملکرد فیزیکی-مکانیکی کامپوزیت ها تأثیر می گذارد. یکی از دلایل اصلی افزایش عمر بناها و بناهای باستانی است.

خود ترمیم‌شوندگی در کامپوزیت‌های مبتنی بر سیمان برای اولین بار توسط آکادمی علوم فرانسه در سال 1836 مورد توجه قرار گرفت، زمانی که ترک‌ها در لوله‌ها، سازه‌های نگهدارنده آب و غیره، خود ترمیم شدند.

تحقیقات نظری و تجربی قابل توجهی در دهه 1900 نشان داد که فرآیندهای خودترمیمی خودزا عمدتاً به فرآیندهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی در داخل ماتریس سیمانی مرتبط هستند که در این طرح نشان داده شده است.

در طول به اصطلاح “توسعه کریستال کنترل شده از سطح” که هنگام ایجاد ترک رخ می دهد، یون های کلسیم بلافاصله از سطوح شکستگی قابل دسترسی هستند و رشد کریستال تسریع می شود.

پس از تشکیل یک لایه اولیه از کلسیت بر روی دیواره‌های ترک و غنی‌تر شدن لایه بتن اطراف از یون‌های کلسیم، انتقال به اصطلاح “رشد کریستالی کنترل‌شده با انتشار” اتفاق می‌افتد، به این معنی که یون‌های Ca2+ باید از طریق یون‌های کلسیم منتشر شوند. بتن، و لایه CaCO3 به منظور رسیدن به سطح ترک و اطمینان از بارش محصولات بهبودی.

واضح است که فاز دوم بسیار کندتر از مرحله اول است. در مورد سیمان کامپوزیت، از جمله افزودنی های پوزولانی، بخشی از هیدروکسید کلسیم، که به عنوان منبع اولیه یون های Ca2+ شناخته شده است، در واکنش پوزولانی خاص برای تشکیل CSH استفاده می شود. این مورد، منجر به رسوب تاخیری و ضعیف‌تر کربنات کلسیم می‌شود.

✅توجه! محصولات مربوط به کفسازی را هم در بتن کاور ببینید!

سایر مکانیسم‌های جزئی نشان‌داده‌شده در طرح، شامل تورم خمیر سیمان هیدراته در امتداد دیواره‌های ترک به دلیل جذب آب توسط هیدرات‌های سیلیکات کلسیم و انسداد مکانیکی ترک با استفاده از آوار و ذرات ریز بتن، نتایج مستقیم فرآیند ترک‌خوردگی یا در نتیجه ناخالصی های موجود در آب وارد شکاف می شود.

مکانیسم‌های ترمیم خودکار فقط برای ترک‌های کوچک مؤثر هستند، اگرچه طیف وسیعی از حداکثر عرض برای ترک‌های قابل درمان وجود دارد: 10-100 میکرومتر، گاهی اوقات تا 200 میکرومتر اما کمتر از 300 میکرومتر، فقط در حضور آب.

✅کنترل و پیش‌بینی آن‌ها به دلیل نتایج معمولاً پراکنده و وابستگی آنها به تعدادی از عوامل و متغیرها چالش برانگیز است.

1) قدمت و ترکیب خود بتن

2) وجود آب

3) ضخامت و فرم شکستگی بتن

این 3 عامل تأثیرگذارترین عناصر هستند.

تحلیل ساختار میکرو بتن خود ترمیم شونده

آنالیزهای SEM و EDX بتن معمولی و باکتریایی در شکل زیر نشان داده شده است. توجه کنید که وجود اشکال چهاروجهی و هرمی در بتن باکتریایی وجود کلسیت را نشان می دهد. این بدان معناست که منافذ در مخلوط بتن با کلسیت رسوب‌شده پر شده و در نتیجه دوام و استحکام بتن افزایش می‌یابد .

از تجزیه و تحلیل EDX متوجه می شویم که مقدار کلسیم برای بتن باکتریایی بیشتر از بتن اول است. آنالیز عنصری وجود مقدار بیشتری از کلسیم را در بتن باکتریایی را تایید می کند. آنالیزهای SEM و EDX وجود CaCO3 را در بتن باکتریایی را هم تایید می کنند. این کار منافذ و حفره های ریز بتن را پر می کند و دوام و استحکام بتن را بهبود می بخشد.

✅ توجه : دیگر محصولات افزودنی های بتن را در بتن کاور ببیند.

توجیه اقتصادی استفاده از بتن خود ترمیم شونده

لازم به ذکر است؛ در صنعت ساختمان، بتن، پرمصرف ترین ماده در جهان است و بعد از آب دومین ماده مصرفی است. بتن در فشار قوی و چندین هفته در کشش است و شکل پذیری محدودی دارد،هم چنین؛ ترک در بتن اجتناب ناپذیر است.

تکنیک‌های تعمیر بسیاری برای تعمیر سازه‌های بتنی وجود دارد. ایجاد ترک باعث کاهش طول عمر بتن می شود. هزینه های تعمیر سازه های بتنی روز به روز در حال افزایش است. در این رابطه؛ یک مطالعه تخمین می زند که هزینه تولید بتن 65 تا 80 دلار در متر مکعب است، در حالی که هزینه تعمیر ترک ها و تعمیر و نگهداری تقریباً 147 دلار در متر مکعب است. با این حال، این روش ها سازگار با محیط زیست و اقتصادی نیستند.

✅لازم به ذکر است؛ در صنعت ساختمان، بتن، پرمصرف ترین ماده در جهان است و بعد از آب دومین ماده مصرفی است. بتن در فشار قوی و چندین هفته در کشش است و شکل پذیری محدودی دارد،هم چنین؛ ترک در بتن اجتناب ناپذیر است.

تکنیک‌های تعمیر بسیاری برای تعمیر سازه‌های بتنی وجود دارد. ایجاد ترک باعث کاهش طول عمر بتن می شود. هزینه های تعمیر سازه های بتنی روز به روز در حال افزایش است.

در این رابطه؛ یک مطالعه تخمین می زند که هزینه تولید بتن 65 تا 80 دلار در متر مکعب است، در حالی که هزینه تعمیر ترک ها و تعمیر و نگهداری تقریباً 147 دلار در متر مکعب است. با این حال، این روش ها سازگار با محیط زیست و اقتصادی نیستند.