حمله سولفات به بتن یکی از اصلی‌ترین دلایل تخریب بتن و از بین رفتن سازه اصلی آن است که در نهایت منجر به کاهش استحکام مکانیکی آن می‌شود. سولفات از جمله مواد شیمیایی است که کاملاً بر ترکیب داخلی سیمان تأثیر گذار است و عملکرد طبیعی آن را مختل می‌کند. انواع مختلفی از حمله سولفاتها به بتن را داریم که می‌توان به حمله سولفات کلسیم به بتن و سولفات سدیم به بتن اشاره کرد.
ما هم با این مقدمه کوتاه به سراغ حمله سولفاتی به بتن می‌رویم و آنها را به دو گروه حمله داخلی و حمله خارجی تقسیم می‌کنیم تا ببینیم که حمله سولفات به بتن می‌تواند چه تأثیری داشته باشد.
انواع مختلف حمله سولفات به بتن
بطور کلی حمله سولفاتها به بتن را می‌توان در دو گروه خارجی و داخلی قرار داد. حمله خارجی این ماده شیمیایی به علت نفوذ سولفات‌های محلول در آب، به عنوان مثال، در آبهای زیرزمینی به داخل بتن است که از خارج وارد می‌شوند و به طور مستقیم بر ساختار بتن تأثیر منفی می‌گذارد. این در حالی است که در حمله داخلی، منبع اصلی حمله در زمان مخلوط شدن وارد ساختار بتن می‌شوند و به مرور زمان بر روی سایر قسمت‌ها تأثیر می‌گذارد. نمونه رایج و پر تکرار حمله داخلی مربوط به وارد شدن ذرات گچ به داخل بتن است که حمله سولفات به بتن از داخل را موجب می‌شود.
حمله سولفات خارجی
این نوع حمله شایع‌تر است و معمولاً زمانی اتفاق می افتد که آب حاوی سولفات به صورت محلول به داخل بتن نفوذ می‌کند. اغلب واحدها و پروژه‌های ساخت و ساز با استفاده از مواد عایق کننده جلا داده می‌شوند و با وجود اینکه جلوه بتن همانند بتن طبیعی است، اما یک لایه محافظ در برابر ورود سولفات دارد. زمانی که سولفات وارد بدنه بتن می‌شود پس از انجام چند واکنش، ساختار بتن را تغییر می‌دهد و استحکام آن را پایین می‌آورد.
تغییرات به وجود آمده در جریان حمله سولفات به بتن از خارج ممکن است با توجه به نوع سولفات و شدت حمله آنها متفاوت باشد. اما به طور کلی نتیجه آنها شامل موارد زیر است:
- ترک خوردگی وسیع در سطح و در بخش داخلی بتن.
- انبساط بخش داخلی بتن و از هم گسستگی آن.
- از بین رفتن پیوند بین دانه‌های سیمان و دانه‌های ماسه سنگ و در نتیجه تخریب بتن.
اثرات فوق نوعی از حمله سولفات سدیم و سولفات پتاسیم به بتن است. محلول‌های حاوی سولفات منیزیم عموماً برای برخی غلظت‌های خاص خاصیت تهاجمی دارد. این به این دلیل است که منیزیوم در بیشتر واکنش‌ها دخالت می‌کند و جایگزین کلسیم در فاز جامد بتن می‌شود. در این حالت ما شاهد تشکیل هیدروکسید منیزیم و هیدرات‌های سیلیکات منیزیم هستیم که مستقیماً بر روی استحکام بتن تاثیرگذار است.
منابع حمله سولفاتها خارجی به بتن
طبیعتاً در جریان حمله سولفات به بتن از بخش خارج ما باید با یک محلول یا یک محیط حاوی ذرات سولفات مواجه باشیم که امکان نفوذ سولفات به بخش داخلی بتن را به وجود می‌آورند. در حال حاضر رایج‌ترین عوامل حمله به بتن شامل موارد زیر می‌شوند:
- آب دریا یا هرگونه آب شور
- اکسیداسیون مواد معدنی حاوی سولفید در خاک‌های مجاور بتن
- عملکرد باکتریایی در فاضلاب
- سولفات موجود در آجر
زمانی که اکسیداسیون مواد معدنی رخ می‌دهد، منجر به تولید اسید سولفوریک می‌شود که با بتن واکنش داده و باعث تخریب آن می‌شود. در جریان عملکرد باکتری‌ها در فاضلاب، باکتری‌های بی هوازی در وهله اول گوگرد دی اکسید تولید می‌کنند که در آب حل شده و سپس تبدیل به اسید سولفوریک می‌شود. همچنین سولفات موجود در آجر در طولانی مدت آزاد شده و از طریق حل شدن در آب تبدیل به یک ماده خورنده می‌شود که تعریف کاملی از حمله سولفات به بتن است.
حمله سولفات داخلی
هنگامی که بتن آماده می‌شود و ذرات آن با یکدیگر مخلوط می‌شوند، مسلماً قرار گرفتن هر ماده‌ای به عنوان منبع سولفات می‌تواند عاملی مهم و تأثیرگذار برای حمله سولفات به بتن باشد. به عنوان مثال استفاده از سنگ آهک غنی از سولفات، اضافه شدن گچ در سیمان یا بتن و همچنین آلودگی ذرات تشکیل دهنده بتن می‌توانند منبع سولفات باشند. به همین دلیل در جریان تولید بتن باید به مسئله سالم بودن آب و مواد اولیه دیگر توجه شود. این شاید یکی از اصلی‌ترین دلایل شرکت‌ها برای استفاده از بتن آماده باشد که در شرایط استاندارد و تحت کنترل کیفیت تولید می‌شود.
حمله سولفات به بتن به شکل تائوماسیت
حمله سولفات به بتن به شکل تائوماسیت (Thaumasite form of sulfate attack) یک شکل خاص است که نیاز به منبع سولفات و همچنین کربنات دارد. این روش از حمله سولفاتها رواج چندانی ندارد و معمولاً در دماهای پایین رخ می‌دهد. حمله تائوماسیت می‌تواند هم در بتن و هم در ملات شکل گیرد. محصولات فرآیند هیدراتاسیون سیمان به طور معمول شامل هیدرات کلسیم سیلیکات و هیدروکسید کلسیم می‌شوند. از آنجایی که هیدرات کلسیم سیلیکات در بتن است و بیشترین قدرت را به خود اختصاص می‌دهد، شکل گیری تائوماسیت و تأثیر آن بر روی این قسمت باعث تضعیف بتن می‌شود.
فرمول شیمیایی این ماده به صورت [Ca3Si (OH) 6.12H2O] (SO4) (CO3) است. این ترکیب تمایل دارد که در دماهای پایین بین ۴ تا ۱۰ درجه سانتیگراد شکل گیرد. همزمان که این ترکیب تشکیل می‌شود، بتن یا ملات تبدیل به یک ماده خالص می‌شود که بیشتر بخش‌های آن استحکام کششی قبلی خود را نداشته و به راحتی شکسته می‌شود.
چرا حمله سولفاتی به بتن اهمیت بالایی دارد؟
علیرغم نقاط ضعفی که از لحاظ استحکام کششی و استحکام خمشی در بتن وجود دارد، هنوز هم از آن به عنوان محبوب‌ترین ماده اولیه برای ساخت سازه‌های مختلف استفاده می‌شود. این موضوع باعث شد که در بسیاری از پروژه‌های بزرگ مانند سد سازی و اسکلت سازی و همچنین ساخت منبع آب برای شهرهای مختلف از بتن استفاده شود. از طرف دیگر این حقیقت وجود دارد که احتمال وجود سولفات به صورت محلول در منابع مختلف غیر قابل انکار است.
این سولفات محلول هم به صورت محلول در آب و هم به صورت محلول در خاک می‌تواند عامل اصلی حمله سولفات به بتن باشد. حالا اگر سازندگان و مهندسین سازه این مسئله را نادیده بگیرند، در وهله اول با ترک بسیار زیاد در سطح بتن مواجه می‌شوند که در گام بعد تبدیل به شکستگی و تخریب بتن می‌شود. بنابراین به هنگام ساخت و ساز برای پروژه‌های بتنی، اولین موضوع بررسی وضعیت سولفات موجود در خاک یا در آب است تا به شکل‌های مختلف از نفوذ آن جلوگیری شود. در گام دوم هم باید به سراغ سیمان ضد سولفات برویم که به طور ویژه برای این کاربرد تولید شده و کارایی بالایی دارد.
خرید بتن آماده می‌تواند راهکار خوبی برای جلوگیری از حمله سولفات باشد؟
باید اعتراف کنیم که اصلی‌ترین دلیل حمله سولفاتها به بتن به خاطر کوتاهی ما یا عدم آشنایی ما با این پدیده است. بطور کلی برای جلوگیری از حمله خارجی سولفات ما باید از سیمان مخصوص یا از یک پوشش برای جلوگیری از نفوذ سولفات استفاده کنیم. برای جلوگیری از حمله داخلی هم باید شرایط مناسب و استاندارد را برای تولید بتن و محل مصرف آن در نظر بگیریم.
وقتی که ما سفارش بتن آماده می‌دهیم، طبیعتاً شرایط پروژه خود را برای کارخانه بتن آماده توضیح می‌دهیم. آنها با توجه به نظر کارشناس ممکن است از یک نوع سیمان خاص برای مقابله با حمله سولفات بتن استفاده کنند. همچنین وجود کنترل کیفی این امکان را به آنها می‌دهد که مقدار سیمان و سولفات موجود در آن را تغییر دهند. در نهایت تولید بتن در کارخانه‌ها کاملاً تحت شرایط استاندارد و به دور از هرگونه آلودگی مانند گچ و آهک صورت می‌گیرد. این یعنی احتمال ورود سولفات به داخل بتن به حداقل رسیده و ما می‌توانیم نسبت به حمله سولفاتها به بتن یک سد محکمی ایجاد کنیم.
تلاش ما در گروه کارخانه بتن آماده پاسارگاد این است که شما را نسبت به عوامل مختلف مؤثر بر کیفیت بتن (5 عامل شیمیایی موثر بر تخریب بتن) آشنا کنیم و در جریان آن بهترین گزینه‌ها را به شما پیشنهاد دهیم. بنابراین شما هم میتوانید سفارش خرید بتن آماده را در سیستم ما ثبت کنید تا کارشناسان ما اطلاعات کامل و دقیق را در اختیار شما قرار دهند.