دوام بتن توانایی مصالح برای حفظ یکپارچگی سازه، ظرفیت حفاظتی و ظاهر زیبایی در مدت زمان طولانی است. توجه به این نکته حائز اهمیت است که مزایای بتن به شکل پذیری و سخت شدن زود هنگام با افزودنی های کاهنده آب بدون اثرات نامطلوب بر دوام طولانی مدت بتن جبران نمی شود.
بدون شک یکی از مهمترین اقدامات برای مقاوم سازی سازه های بتنی بکار گیری تهیه و خرید چسب بتن سهند شیمی است. این نوع چسب با فرمولاسیون شگفت انگیز خود درز های سازه های بتنی را می پوشاند و از نفوذ آب به داخل آن جلوگیری کرده و استحکام و دوام آن را بالاتر می برد.
دوام بتن را می توان از نظر ویژگی های زیر در نظر گرفت:
1- مقاومت در برابر مایعات مضر که معمولاً کلریدهای محیطهای آبی یا نمکهای ضدیخ و سولفاتهای آبهای زیرزمینی هستند.
مقاومت در برابر چرخه ذوب-یخ زدگی را می توان در طول ماه های زمستان در بسیاری از کشورها تجربه کرد. این تابعی از میانگین دمای زمستان در کشورهای مختلف نخواهد بود، در واقع محیط های بسیار سرد تنها چند چرخه انجماد و ذوب خواهند داشت.
در کشورهایی مانند بریتانیا، دمای روز در زمستان اغلب بالای صفر و در شیب کم است. با در نظر گرفتن این موضوع، چرخه های یخبندان بیشتر از کشورهایی مانند اسکاندیناوی یا آمریکای شمالی خواهد بود، جایی که دمای روز اغلب در زمستان زیر صفر باقی می ماند.
2- حفاظت از زره فولادی
بتن یک لایه غیرفعال بین فولاد و بتن ایجاد می کند و هر شکافی در این حالت می تواند احتمال خوردگی آرماتور را افزایش دهد. علاوه بر این، حفظ بتن در حالت "نفوذ پذیری کم" برای به حداقل رساندن رطوبت و هوای خالی در فولاد مهم است.
3-اکثر محاسبات بار برای سازه های بتنی بر اساس مقاومت فشاری بتن در 28 روز انجام می شود، بر این اساس که بتن در سال های بعدی به مقاومت خود ادامه می دهد.
هر تغییر اساسی در کسب این استحکام بدیهی است که برای یکپارچگی سازه مضر است و در واقع هر تغییر ناگهانی در ویژگی های مقاومت می تواند فاجعه بار باشد.5. بتن به ویژه در شرایط خشک شدن دستخوش تغییرات حجمی می شود. هنگام تخلیه، تغییر حجم را انقباض می گویند.
در حالی که تغییرات بیشتر در حجم تحت بار اعمال شده خزش نامیده می شود. تغییرات در سرعت انقباض یا خزش بتن (به دلیل مواد افزوده شده) می تواند مشکل ساز باشد، به ویژه زمانی که بتن با خواص تغییر شکل با حجم های مختلف در تماس با یکدیگر باشد، یا در جایی که بتن درز برای مقدار مشخصی حرکت طراحی شده است.
تخریب بتن در اثر فعالیت مواد مضر برای مجموعه سیمان به نفوذپذیری یا تخلخل بتن بستگی دارد که می توان به طور غیر مستقیم با استفاده از آزمون ISA اندازه گیری کرد. همانطور که نشان داده شده است، برای مخلوط های بتن حاوی 300-255 سیمان، که برای عملکرد یکسان و مقاومت 28 روزه طراحی شده اند، بین این مخلوط های بدون افزودنی و مخلوط های دارای عامل کاهنده آب لیگنوسولفونات (در حدی که مرتبط است) تفاوت معنی داری وجود دارد. تا جذب سطح اولیه) وجود ندارد.
بتن ها همچنین با استفاده از یک سوراخ سنج جیوه ای تحت ارزیابی توزیع مقاومت فشاری در خلاء قرار گرفتند. به نظر می رسد که اندازه گیری مستقیم اثر عوامل مهاجم آسیب رسان بر دوام بتن محدود به حمله آب دریا و سولفات است.
در هر دو منطقه تأیید شده است که هرچه نسبت آب به سیمان کمتر باشد، مقاومت در برابر تجمع و استفاده از یک افزودنی کاهنده آب بیشتر است. این توسط کار در هلند و ژاپن تأیید شده است، و یک نتیجه کلی این است که کاهش نسبت آب به سیمان از 0.5 به 0.4 اجازه می دهد تا ضخامت پوشش تقویت کننده تا حدود 50٪ کاهش یابد.
در این زمینه، اثرات انواع مواد افزودنی هیدروکسی کربوکسیلیک اسید و لیگنوسولفونات کاهنده آب از منظر اثر بتن هایی با طرح مخلوط یکسان مورد بررسی قرار گرفته است. اما با نسبت آب به سیمان کمتر زمانی که مخلوط ها حاوی مواد افزودنی هستند.
علاوه بر این، کار کمی روی مخلوط های مربوطه با محتوای سیمان کمتر و با نسبت آب به سیمان یکسان و مقاومت یکسان در 23 روز برای مخلوط های حاوی مواد افزودنی انجام شده است. مجموعه ای از نتایج برای انواع مختلف افزودنی های کاهنده آب با استفاده از یک روش تجربی که در آن بتن به طور دوره ای در معرض محلول های حاوی سولفات برای چندین سیکل قرار می گیرد تا به انبساط خاص برسد.
موادی مانند هیدروکسی کربوکسیلیک اسید و لیگنوسولفونات معمولاً در برابر سولفات ها مقاومت می کنند. کاری که روس ها انجام دادند این بود که ابتدا یک عامل کاهش دهنده آب نامشخص تهیه کردند و مستقیماً آن را اضافه کردند. روش آزمایش اندازه گیری فرکانس رزونانس نمونه های بتن پس از دوره های مختلف غوطه وری در محلول سولفات سدیم 5 درصد بود.
پس از آن، فرمولی برای یافتن ضریب دوام KC پیشنهاد شد. این کار نشان داد که کاهش میزان سیمان در حضور یک عامل کاهنده آب بر دوام در حضور محلول‌های سولفات تأثیر معکوس دارد. از این منظر، به این نتیجه رسیدیم که هر دو عامل کاهنده آب لیگنوسولفونات و هیدروکسی کربوکسیلیک اسید را می توان برای کاهش نسبت آب به سیمان مخلوط بتن استفاده کرد.
این امر باعث افزایش دوام در برابر حمله سولفات می شود. با این حال، هنگامی که مقدار سیمان کاهش می یابد در حالی که عملکرد و خواص مقاومتی تثبیت می شود، باید قبل از استفاده در کاربردهای حساس به سولفات آزمایش شود.
از نقطه نظر اثرات مضر شناخته شده افزودنی های کلرید کلسیم و احتمال تأثیر مشابه بر ترکیب کلسیم، توصیه می شود که از افزودنی های تسریع کننده کاهش دهنده آب در مناطقی که مقاومت به سولفات مهم است استفاده نشود.
بتن به دلیل قرار گرفتن در شرایط مذاب-یخ زدگی آسیب می بیند. این آسیب به دلیل انبساط آب در مویرگ های یخ زده و تشکیل یخ است. یکی از نتایج انبساط در ریزترک ها کاهش استحکام و مدول الاستیسیته است.
علاوه بر این، بتن مذکور به دلیل شرایط نامساعدی که بر روی سطح خود تثبیت می کند، از نظر زیبایی شناختی غیرقابل قبول است. این امکان وجود دارد که نفوذ آب و هوا از طریق ریزترک ها نیز منجر به خوردگی تقویتی شود. از این منظر، هر گونه کاهش در نسبت آب به سیمان در بهبود دوام در این شرایط مفید خواهد بود.
در بتن های با مقاومت کم تا متوسط ساخته شده از سنگدانه های معمولی، هم تخلخل ناحیه انتقال و هم تخلخل خمیر تعیین کننده است و رابطه مستقیمی بین نسبت آب سیمان و مقاومت وجود دارد. در مورد بتن با مقاومت بالا (با نسبت آب به سیمان بسیار کم) این رابطه کاملاً درست به نظر نمی رسد.
برای مخلوط هایی با نسبت آب به سیمان کمتر از 0.3، افزایش متناسبی در مقاومت به دلیل تغییر بسیار کم در نسبت آب به سیمان حاصل می شود. این پدیده به بهبود مقاومت ناحیه انتقال آب به سیمان های پایین نسبت داده می شود. بحث دیگر این است که با کاهش نسبت آب به سیمان، اندازه کریستال هیدروکسید کلسیم نیز کوچکتر می شود.
یکی از محدودیت های قانونی نسبت W/C باید به این نکته اشاره کرد که اگر نسبت آب و سیمان به حدی کم باشد که نتوان بتن را به خوبی متراکم کرد، این عدم تراکم مناسب باعث مقاومت کم می شود. زیرا بتن ضعیف تراکم دارای منافذ بزرگی نسبت به تخلخل آن است.
به همین دلیل است که در نسبت‌های کم آب/سیمان که تراکم کامل دشوار است، شاهد استحکام کم هستیم. در جایی که این واقعیت رخ می دهد، مقاومت تابعی از روش فشرده سازی مورد استفاده است.
در این خصوص بهتر است اشاره کنیم که برخی از روش های پیچیده تراکم (معمولاً در عملیات پیش تنیدگی استفاده می شود) و استفاده از روان کننده های فوق العاده، امکان تولید بتن با مقاومت بالا را با مقدار معمولی سیمان فراهم می کند. به عبارت دیگر، اگر بتوان به فشرده سازی کامل دست یافت، حتی در نسبت های W/C بسیار پایین نیز می توان به مقاومت بالایی دست یافت.
تاثیر سیمان پرتلند بر مقاومت بتن به ترکیب شیمیایی و نرمی سیمان بستگی دارد. استحکام خمیر سیمان سرد عمدتاً توسط C3S (مقاومت اولیه) و C3S (مقاومت کند) داده می شود و این عوامل در داخل بتن منتقل می شوند. بتن ساخته شده با غلظت های بالای C3S به سرعت استحکام می یابد.
اما در سنین بالاتر ممکن است با کمبود کمتری مواجه شود. مقاومت های مختلف به دست آمده توسط پنج نوع سیمان پرتلند، اگرچه تفاوت های قابل توجهی در مقاومت تا یک ماه وجود دارد، اما تفاوت بین پنج نوع سیمان معمولی در سنین بعدی کمتر می شود. سیمانی که به دلیل تغییر در ترکیب، شرایط فرآوری یا استفاده از مواد افزودنی به کندی هیدراته می شود. این سیمان ها عموماً تمایل بالایی برای رسیدن به سطح نهایی دارند.
تأثیر نرمی بتن بر مقاومت بتن نیز مهم است. این به این دلیل است که سرعت هیدراتاسیون با افزایش شیرینی افزایش می یابد و منجر به افزایش میزان مقاومت می شود. به طور کلی، بزرگترین اندازه ذرات بتن حدود 50 میکرون است و مقاومت در خاک ها یا بتن های نرم سریعتر است. اما از شستشوی خیلی آرام خودداری کنید.
با ذرات بسیار ریز، تجمع بیش از حد می تواند منجر به مناطقی با نسبت W/C بالا در بتن شود. از سوی دیگر، ذرات بزرگتر از 60 میکرومتر قطر کمتری به مقاومت کمک می کنند.
در طول سالیان متمادی، روند ساخت سیمان پرتلند با نرمی فزاینده وجود داشته است. باید توجه داشت که متغیرهای ذاتی سیمان منجر به متغیرهای مشابه مقاومت بتن می شود و در نتیجه میانگین مقاومت سازه بیشتر می شود.
نه تنها سیمان طبقه بندی شده به عنوان یک نوع ASTM از کارخانه ای به کارخانه دیگر متفاوت است، بلکه در یک کارخانه معین، خواص سیمان در طول زمان به دلیل تغییر در مواد خام، شرایط پخت و غیره تغییر می کند. تخمین زده شده است که تغییرات کیفیت سیمان منجر به ضریب تغییر مقاومت بتن در حدود 5٪ می شود.
اگرچه نسبت W/C تاثیرگذارترین عامل در مقاومت است، اما نمی‌توان خواص سنگدانه را نادیده گرفت. به خصوص خواص کششی و شکستی بتن. مهمترین پارامترهای سنگدانه برای بتن با مقاومت فشاری عمومی، شکل، بافت و اندازه سنگدانه در حداکثر سن است.
در نسبت W/C، سنگ خرد شده استحکام بیشتری به بتن می دهد. زیرا کوپلینگ مکانیکی بهتر است اما با افزایش نسبت W/C این اثر از بین می رود. این تفاوت ناچیز خواهد بود. این به این دلیل است که نسبت W/C خمیر به دلیل نیاز آبی کم سنگدانه های ریز کم است. بنابراین اثر سفتی کمتر کاهش می یابد
استفاده از سنگدانه های سایز بزرگتر از چند جهت در مبارزه با آن موثر است.
تحت بار فشاری، ذرات سنگدانه بزرگتر غلظت تنش بیشتری ایجاد می کنند و در نتیجه مقاومت فشاری کاهش می یابد. همچنین ذرات سنگدانه بزرگتر محدودیت های بیشتری برای تغییرات حجمی در خمیر ایجاد می کند و در نتیجه پتانسیل بیشتری برای تنش های اضافی در خمیر ایجاد می کند که باعث ضعیف شدن بتن می شود.
تأثیر حداکثر سن را بر مقاومت کلی بتن با سه نسبت W/C مختلف کاملا . برای مخلوط های نشان داده شده در این شکل، کارایی بتن با افزایش اندازه سنگدانه درشت افزایش می یابد.
اما اگر با مقدار ثابت سیمان، آب مخلوط کاهش یابد، اثرات منفی ناشی از افزایش اندازه عرض در مقاومت ثابت ایجاد می شود. ممکن است در اثر کار بتن، مقاومت بتن برای مخلوط هایی با سیمان کمتر افزایش یابد و فقط برای مخلوط غنی کاهش یابد.
بتن های ساخته شده از سنگدانه های درشت، انعطاف پذیری بیشتری از خود نشان می دهند، که احتمالاً به دلیل تمایل به جدا شدن ذرات است.
افزودنی های بتن به دو دسته کلی «افزودنی های شیمیایی» و «افزودنی های معدنی» تقسیم می شوند. افزودنی های شیمیایی، افزودنی هایی هستند که با ترکیب شیمیایی خاص، به مقدار کم و احتمالاً چند دهم وزن سیمان (تا 2%) تنظیم می شوند و خواص مهمی در آن ایجاد می کنند.
برخلاف مواد افزودنی معدنی، پودرهای معدنی وجود دارند که به مقدار بسیار زیاد به بتن اضافه می شوند، مثلاً بین 10 تا 20 درصد وزن سیمان یا حتی بیش از 20 درصد برای بهبود سیمان. استحکام، دوام و کارایی بتن. پوزولان ها و سرباره ها ناخالصی های معدنی محسوب می شوند.
استفاده از مواد معدنی منجر به تغییر در ساختار خمیر سیمان سخت می شود و می تواند منجر به تغییر در ناحیه مرزی شود. برای بتن با مقاومت معمولی می توان از مواد افزودنی مانند خاکستر بادی و سرباره کوره ذوب آهن برای جایگزینی سیمان پرتلند استفاده کرد که تاثیر کمتری بر مقاومت دارد.
با این حال، نرخ کسب مقاومت اولیه را می توان کاهش داد، در حالی که مقاومت طولانی مدت را می توان افزایش داد.یک پوزولان مهم دوده سیلیس است که اغلب برای افزایش استحکام استفاده می شود و این کار را با همان نسبت W/C انجام می دهد.
مقاومت کششی بتن بسیار کمتر از مقاومت فشاری است. زیرا ترک ها می توانند به راحتی تحت بارهای کششی ایجاد شوند. مقاومت کششی بتن معمولاً در طراحی در نظر گرفته نمی شود (اغلب آن را صفر فرض می کنند)، اگرچه این یک ویژگی مهم است، زیرا ترک خوردگی بتن اغلب نتیجه تنش های کششی است که تحت بار یا در اثر تغییرات محیطی ایجاد می شود.
شکست کششی بتن با ریزترک به ویژه با منطقه مرزی بین ذرات سیمان و سنگدانه مرتبط است. ضعیف ترین رفتار بتن در کشش دیده می شود. به طوری که مقاومت کششی بتن حدود 10 تا 15 درصد مقاومت فشاری آن است.
در اغلب موارد، استحکام کششی بتن با استفاده از آزمون تنش، که در آن بتن ساده تحت فشار قرار می‌گیرد، یا آزمایش استوانه‌ای که در آن یک نمونه استوانه‌ای به صورت جانبی قرار می‌گیرد و بارگذاری می‌شود، آزمایش می‌شود. در کشش مورب برای ایجاد کشش طولی.
هنگامی که یک ترک در بتن ایجاد می شود، لبه اصلی اغلب از چندین شاخه ترک کوچک تشکیل شده است که در نهایت با افزایش جابجایی کششی به یک ترک بزرگ تبدیل می شوند.
ظاهر ماکروسکوپی سطح شکست بسته به مقاومت کششی نسلی ملات، سنگدانه ها و سطح رابط می تواند صاف یا ناهموار باشد. نسبت کم استحکام سنگدانه به استحکام رابط باعث ایجاد سطح شکست نسبتاً صاف می شود.
همانطور که استحکام نسبی سنگدانه افزایش می یابد، سطح شکست در طول زمان ناهموارتر می شود و به طور کلی منجر به استحکام کششی بالاتر و بهبود خواص شکست می شود. از آنجایی که مقاومت فشاری یک ویژگی اساسی ماده است و برای بتن سخت شده اندازه گیری می شود، رابطه بین مقاومت کششی و فشاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
خستگی به پدیده‌ای اطلاق می‌شود که در صورت قرار گرفتن مکرر در معرض بارهایی که به اندازه زمانی که تحت بارهای تکی قرار می‌گیرند، باعث گسیختگی و مصالحه می‌شوند. این پدیده به این واقعیت اشاره دارد که تغییرات داخلی پیش رونده ثابت در بتن در هنگام بارگذاری مکرر رخ می دهد.
این تغییر، که ممکن است به آسیب خستگی مربوط باشد، نه تنها شامل رشد میکروترک، بلکه شامل جریان ویسکوز یا خزشی نیز می شود. شناخته شده است که خستگی تحت بارهای فشاری، کششی و خمشی رخ می دهد. همانند فلزات، همان عواملی که بر مقاومت ساکن بتن تأثیر می‌گذارند نیز بر خستگی تأثیر می‌گذارند.
اگر یک عنصر بتنی تحت بارهای متناوب و مکرر قرار گیرد، به طوری که هر یک از این بارها کمتر از مقاومت فشاری عنصر باشد، ممکن است به طور ناگهانی تحت بار کمتر از مقاومت عنصر شکست بخورد. این بار را بار خستگی و مقاومت مربوطه را مقاومت خستگی می نامند.
اساساً مقاومت در برابر خستگی بتن فقط برای عناصر بتنی که تحت بارهای مکرر قرار می گیرند، مانند پل ها یا پایه های بتنی مرتبط با ماشین های ارتعاشی مهم است.
مطالعات نشان داده اند که هر چه مقاومت فشاری استاتیکی بتن بیشتر باشد، انرژی کمتری در هر ضربه قبل از ترک خوردگی جذب می شود. اگر مقاومت فشاری ثابت باشد، هر چه تعداد کلوخه ها، زوایای و سنگدانه های ناهموار در بتن استفاده شود، بتن در برابر ضربه مقاومت بیشتری خواهد داشت.
کاهش اندازه دانه های درشت مصرفی و استفاده از سنگدانه ها و مدول الاستیسیته پایین و نسبت پواسون و همچنین محدود کردن مقدار سیمان به 400 کیلوگرم بر متر مکعب تأثیر مثبتی در افزایش مقاومت ضربه ای بتن نشان داد. برخی از مطالعات نشان داده اند که استفاده از ماسه و ماسه درشت بیشتر مقاومت ضربه ای بهتری را برای بتن ایجاد می کند.
تأثیر شرایط ذخیره سازی بتن بر مقاومت ضربه ای تا حدودی با تأثیر شرایط ذخیره سازی بر مقاومت فشاری بتن متفاوت است. مقاومت ضربه ای بتن ذخیره شده در آب کمتر از مقاومت ضربه ای بتن خشک است. اگرچه بتن در آب ذخیره می شود، اما قبل از ترک خوردن می تواند ضربه های زیادی را تحمل کند.
حتی تحت یک بار ضربه ای یکنواخت، مقاومت ضربه ای بتن به طور قابل توجهی بالاتر از مقاومت فشاری استاتیکی آن است. این بدان معنی است که بتن توانایی خوبی در جذب انرژی تحت ضربه یکنواخت دارد.
