واکنش سنگدانه های قلیایی در بتن؛ انواع، دلایل و تاثیر

سنگدانه های قلیایی در بتن چه نقشی دارند؟ از مهم ترین عوامل آسیب دیدگی و فرسودگی بتن و سازه های بتنی می توان به واکنش های سنگدانه های قلیایی در بتن اشاره کرد. این واکنش در گذشته ای نه چندان دور توسط یک مهندس آمریکایی کشف شده است.

 در حدود دهه ی1930 در برخی سازه های بتنی مانند چند مدرسه، پل و راه ها و دیوارهای ساحلی در ایالت کالیفرنیا آمریکا، ترک هایی مشاهده شد که ناشی از منبسط شدن بتن مورد استفاده در این سازه ها بود.

در آن زمان مهندسان و دانشمندان موفق به کشف دلیل علمی مناسب و قابل قبولی برای رخ دادن چنین پدیده ای نشدند. اما در اواخر دهه  1930، یک مهندس آمریکایی به نام استانتون موفق شد با انجام آزمایشی، واکنش سنگدانه های قلیایی در بتن را به عنوان علت اصلی این پدیده کشف کند.

بتن یکی از سنگ های دست ساز بشر و از مصنوعات پرکاربرد است، که به دلیل دارا بودن مزیت های فراوان، در دسترس بودن مواد اولیه و سادگی تهیه آن امروزه در ساخت و ساز به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

حال اگر سنگدانه هایی که به عنوان مواد اولیه در بتن استفاده می شوند با هیدروکسید های قلیایی موجود در بتن یک واکنش شیمیایی دهند، منجر به تولید ماده ای می شوند که دارای کلسیم فراوانی است و میل زیادی به جذب رطوبت محیط اطراف خود دارد.

این ماده اگر در معرض رطوبت قرار گیرد و به جذب آن بپردازد ، رفته رفته حجیم تر شده و باعث انبساط بتن می شود که در نهایت منجر به ایجاد ترک در بتن می گردد و باعث می شود که بتن دیگر آن کارایی لازم را نداشته باشد.

با اینکه تاکنون هیچ سازه ای بر اثر واکنش سنگدانه های قلیایی در بتن فرونریخته است ، ولی مواردی وجود دارد که به تخریب سازه ی بتنی انجامیده است و همچنین وجود این ترک ها در یک سازه ی بتنی، موجب می شود که آن سازه زیبایی خود را از دست بدهد.

در ادامه ی این مقاله از بتن کاور به انواع واکنش های قلیایی سنگدانه ای،شرایط ایجاد آن، منابع قلیان در بتن، راه های پیشگیری از این مسئله و اهمیت پرداختن به این موضوع اشاره می کنیم.

سنگدانه های قلیایی دربتن: بررسی انواع واکنش ها

در کل واکنش سنگدانه های قلیایی دربتن بر اساس ماده ای که در بتن باعث چنین واکنشی می شود به دو دسته تقسیم می شوند:

1- واکنش قلیایی سیلیسی

2- واکنش قلیایی کربنات

واکنش قلیایی سیلیسی (ACR)

سنگدانه های سیلیسی دارای واکنش پذیری بالایی هستند و رایج بودن آن ها موجب می شود که بیشترین نقش را در واکنش سنگدانه های قلیایی در بتن داشته باشند.

در این نوع واکنش ها با میزان تبلور پایین یا مواد سیلیسی نیمه پایدار مواجه هستیم

درواقع فعل و انفعالاتی که بین (سنگدانه های دارای سیلیس فعال) و (خواص قلیایی موجود در  سیمان) رخ میدهد منجر به کاهش مقاومت بتن شده و چون  به منبسط شدن شدید بتن می انجامد، باعث می شود سازه ی بتنی به تدریج تجزیه و تخریب شود.

مشاهده کردن ترک های ناگهانی و یا پوسته پوسته شدن بتن می تواند از نشانه های این نوع واکنش باشد.

• نکته : معمولا شروع ترک خوردگی ها در یک سازه ی بتنی از ناحیه ای است که بیشتر در مجاورت رطوبت قرار دارد.

واکنش قلیایی کربناتی(ACR)

واکنش های قلیایی کربناتی موضوع تحقیقات تازه ای در حوزه ی بتن است و می توان آن را  محصول تحقیقات اخیر دانشمندان دانست. در این نوع واکنش ها با بیشترین تنوع در کوارتزها مواجه هستیم.

انواع خاصی از سنگدانه های دولومیتی که از پرکاربردترین سنگدانه های قلیایی در بتن هستند می توانند با عوامل قلیایی های بتن واکنش دهند و موجب انبساط هایی نامطلوب در سازه ی بتنی شوند که منجر به ترک خوردگی آن شود.

• نکته: نشانه های واکنش قلیایی سیلیسی خیلی زود تر از واکنش قلیایی کربناتی مشخص می شود و می تواند هرچه زود تر به آن پی برد.

سنگدانه های قلیایی در بتن : بررسی کیفیت سنگدانه های کربناته

می توانیم با قرار دادن نمونه های منشوری از بتن ساخته شده با سنگدانه های مشکوک و سیمانی با قلیات بالا در درمای 23 درجه ی سانتی گراد و رطوبت حداکثری به ثبت و برسی میزان انبساط بین سنگدانه ها و قلیای موجود در بتن در طی یک دوره ی زمانی مشخص بپردازیم.

همچنین می توانیم با نگهداری منشور های سنگی در هیدروکسید قلیایی، به بررسی انبساط نمونه هایی که دارای مصالح مشکوک هستند بپردازیم. اگر طی 12 ماه سنگدانه های مورد آزمایش انبساط طولی بیش از0/3% نسبت به نمونه های کنترل شده داشته باشند، احتمال واکنش بالا است و باید نگران ترک خوردگی باشیم.

استاندارهای کنترل واکنش سنگدانه های قلیایی در بتن

از آزمایش های پتروگرافی می توان برای شناسایی این واکنش ها در سازه ی بتنی استفاده کرد. این آزمایشات ملاک خوبی برای استاندارد کنترل واکنش سنگدانه های قلیایی در بتن می باشند.

آزمایش اول (استاندارد ASTM C227)

در این آزمایش به این این سوال پاسخ داده می شود که ترکیب های سیمان و سنگدانه های قلیایی در بتن تا چه میزان قابلیت واکنش پذیری با یکدیگر را دارند .

در واقع این روش به اندازه گیری انبساط طولی ای که توسط نمونه ملات که بالای آب در ظروف پوشیده در دمای 38 درجه نگهداری می شوند می پردازد.

آزمایش دوم (استانداردASTM C289 )

در این استاندارد با استفاده از یک روش شمیایی واکنش زایی یک نوع سنگدانه ای خاص با قلیایی ها در بتن بررسی می شود.

روش های پیشگیری از واکنش های سنگدانه های قلیایی در بتن

موادی که در بتن باعث ایجاد قلیا می شوند، می توانند حاصل منابع مختلفی باشند و در کل ممکن است شامل مواد تشکیل دهنده ی بتن در فرایند ایجاد قلیا دارای نقش باشند اما مهم ترین منبع ایجاد قلیا ، سیمان است .

سنگدانه ها و شن و ماسه لایروبی شده از کف دریا نیز می توانند میزان قابل توجهی قلیا را در بتن آزاد کنند.

برای جلوگیری از واکنش قلیایی سیلیسی می توان از روش های زیر استفاده کرد:

 1- برای کاهش احتمال وقوع چنین واقعه ای می توان از بتن هایی با درصد قلیایی کم تر از0/6 درصد استفاده کرد.

2- در انتخاب مواد اولیه بتن می توانیم از سنگدانه های غیر فعال استفاده کنیم.

3- از مهم ترین شرایط لازم برای ایجاد یک واکنش قلیایی و جود رطوبت کافی است. پس نگه داشتن شرایط محیطی خشک نیز میتواند تا حد خیلی زیادی از رویدادن چنین واکنشی جلوگیری کند.

4- استفاده از مواد بتنی مکمل مانند (دود سیلیس) و(خاکستر بادی) نیز می تواند گزینه ی مناسبی برای کنترل چنین پدیده ای باشد.

5- برای جلوگیری از واکنش قلیایی کربناتی صرفا توصیه می شود در بتن از سنگدانه هایی که به (ACR ) حساس هستند استفاده نشود.

دلایل اهمیت واکنش ها در سنگدانه های قلیایی در بتن

همان طور که اشاره شد واکنش های سنگدانه های قلیایی در بتن دارای آثار مخرب متعددی است و پیشگیری از آن برای کسی که با سازه های بتنی سر و کار دارد مهم است زیرا افراد را به صرف هزینه های فراوان برای نگه داری این سازه می کند و در کل عمر مفید آن را بسیار کاهش میدهد.

باید بدانید که برای سازه ای که دچار چنین عارضه ای شده است هیچ راه درمانی وجود ندارد و ترک ها درون سازه طی زمان مدام افزایش پیدا می کند و به همین دلیل هرکونه مواد تعمیری به مراتب از سازه جدا شده بی اثر می شوند.

سازه های تحت تاثیر واکنش سنگدانه های قلیایی در بتن باید به صورت مرتب وارسی شوند و صرفا میتواند عمیراتی جهت بهره برداری ایمن از این سازه انجام داد.

به همین دلیل است که پیشگیری از این واکنش از اهمیت بالایی برخوردار است.

البته باید به این نکته توجه داشت که در بیشتر بتن ها هیچ واکنش شیمیایی ای رخ نمیدهد ،اما میشود با رعایت کردن موارد پیشگیری از این واکنش مخرب از بسیاری از هزینه های آتی جلو گیری کرد.