در زمان گیرش بتن، محلول اختلاط به صورت یکپارچه و آب بند جابجا می شود تا به محلول حفره ای موجود در خمیر سخت شده سیمان در بتن، تبدیل شود. شکل گیری و مشخصات حفرات که محلول حفره ای به داخل آنها انتقال می یابد، یک مشخصه مهم و پیچیده ساختار داخلی چسباننده های بتن می باشد. با وجود سال ها تحقیق فعال و هزاران مجموعه تحقیقاتی به چاپ رسیده، هنوز یک درک کاملا واقعی از چگونگی ایجاد ساختار حفره در بتن، موجود نمی باشد. دسته بندی معمول حفرات در چسباننده سیمان پرتلند ارائه شده در کتاب ها و حتی بسیاری از مقالات تحقیقاتی، بسیار ساده می باشد. پس از ارائه طرح کلاسیک پیشنهادی توسط پاورز و برون یارد، حفرات، به طور کلی به صورت «حفرات مویینه» یا «حفرات ژلی» در نظر گرفته می شوند. چنانکه بعدا ملاحظه خواهد شد، چنین دسته بندی چندان کافی به نظر نمی رسد. تصویری واقعی تر و دقیق تر از انواع مختلف حفرات موجود در بتن های شبه اصلی همراه با بینشی محدود درباره چگونگی تکامل ساختارهای حفره ای با زمان، در این بخش ارائه می گردد.
در این بررسی، ساختار حفره ای سنگدانه ها در بتن به طور کلی نادیده گرفته می شود، چنانکه معمولا نیز اینگونه می باشد. با این وجود، اغلب سنگدانه ها دارای مقداری حفرات بوده و برخی سنگدانه ها دارای حفرات بسیاری می باشند و به ویژه سنگدانه های سبک، ساختارهای حفره ای بسیار زیادی را شامل می شوند. بنابراین، حداقل در برخی موارد، حفرات سنگدانه ها می توانند نقش قابل ملاحظه ای را در انتقال سیمان یا یون ها ایفا نمایند و در چنین مواردی، این اثرات باید مورد بررسی قرار گیرند.
تاثیر میکروسیلیس بر بتن
همچنین بررسی مشارکت احتمالی حفرات هوا در ظرفیت نفوذ، خصوصا در بتن های حاوی مواد هوازا ضروری می باشد. حفرات هوا دارای وضعیت مبهمی در مراجع می باشند یعنی گاهی به عنوان حفرات مربوط به خمیرها در بتن ها شناخته می شوند و گاهی تنها به عنوان عامل ثانویه مورد بررسی قرار می گیرند و نیز در بسیاری از بررسی ها در زمینه ساختارهای حفره ای در بتن، وجود آنها کاملا نادیده گرفته می شود. حفرات هوا همواره در بتن های شبه اصلی وجود دارند (و نیز در خمیرهای سیمانی مخلوط شده در آزمایشگاه) و این مطلب در صورت وجود و یا عدم وجود مواد هوازا صحیح می باشد. تنها استثنای ممکن، برای بتن ها یا خمیر سیمان هایی است که معمولا در شرایط خلا مخلوط می شوند.
مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
چگونگی شکل گیری و ساختار شیمیایی محلول های حفره ای در بتن
انواع درزها و درزبندهای بتن
پیدایش «حفرات مویینه» در بتن ها
الگوی معلول هیدراسیون سیمان شامل واکنش های سریع اجزاء سیمان قرار گرفته در معرض سطوح شکسته دانه های مجزای کلینکر می باشد. این مطلب به طور عام پذیرفته شده است که این واکنش های سریع، محصولات هیدراسیون سطحی تولید می کنند (عمدتا اترینگایت یا مشابه اترینگایت) و نیز اینکه این محصولات موجب جداسازی موقت دانه های زیرین سیمان از تماس موثر با محلول اختلاط می شوند که به اصطلاح دوره آرام از هیدراسیون محدود شده ایجاد ی شود. چند ساعت پس از رفع مانع موجود برای هیدراسیون بیشتر، فرایند هیدراسیون سریع خودکاتالیزوری ادامه می یابد. توضیحات دیگر مربوط به دوره آرام شامل مباحث پیشرفته می باشد.
در هر صورت، چند ساعت پس از آغاز هیدراسیون سریع، محصولات کافی هیدراسیون جهت ایجاد گیرش تولید می شود که نشانگر تبدیل بتن تازه (یک مخلوط غلیظ) به بتن تازه سخت شده (یک جامد متخلخل ویسکوالاستیک) می باشد. به غیر از حفرات هوا، حفرات موجود در بتن تازه سخت شده عموما پر یا تقریبا پر از محلول هستند، بجز در مورد بتن های با w:c پایین که دارای ویژگی خود خشک شدگی می باشند. از شکل 2-2 که توسط ک.اُ.کیلسن تهیه شده است، می توان نگرشی راجع به آرایش مکانی ذرات سیمان در بتن تازه به دست آورد.
شکل 2-2 یک تصویر میکروسکوپ الکترونی SEM با حالت پس پراکنش است که از سطح نازکی از یک مخلوط تازه ملات با w:c برابر 4/0 و حاوی خاکستر بادی تهیه شده است که اندکی پس از اختلاط، در هیدروژن مایع به سرعت منجمد شده است. پس از حذف آب منجمد از نمونه سریع منجمد شده، نمونه با رزین اپوکسی اشباع گردید تا فضاهای مربوط به آب حذف شده پر شوند. سپس محصول به دست آمده از تثبیت با رزین اپوکسی به دقت صیقل داده شد با کربن پوشش داده شد تا برای آزمایش در SEM پس پراکنش آماده گردد.
شکل 2-2- تصویر میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM) پس پراکنش از یک ملات تازه مخلوط شده، تهیه شده از طریق انجماد سریع در نیتروژن مایع، تصعید آب منجمد، و اشباع سازی با رزین اپوکسی. نواحی خاکتری ماسه، نواحی سفید دانه های سیمان، و نواحی سیاه فضاهای پر شده با اپوکسی هستند که قبلا در ملات تازه توسط آب پر شده بودند.
نواحی خاکستری رنگ صاف در شکل 2-2، دانه های ماسه می باشند. فضاهای میان آنها شامل دانه های سیمان هیدراته نشده به رنگ سفید روشن، برخی ذرات خاکستر بادی به رنگ های خاکستری مختلف و رزین اپوکسی به رنگ سیاه می باشد که این رزین اپوکسی اشغال کننده فضاهایی است که ابتدا توسط آب پر شده است. تا جایی که آرایش و ساختار قبلی دانه ها به هم نخورده باشد، نواحی سیاه رنگ «اجداد» اولیه اغلب حفرات بزرگی محسوب می شوند که در زمان گیرش ملات در آن وجود نخواهند داشت. چنانکه بعدا بحث خواهد شد، واژه «اغلب» از قصد به کار برده شده است. چنانکه برای پاورز و براون یارد نیز شناخته شده نبود، بخش عمده ای از حفرات بزرگ در بسیاری از بتن ها بجای آنکه ناشی از فضای اولیه پر شده توسط آب باشد، از فضای اولیه موجود در میان برخی دانه های سیمان ناشی می شود.
سیمان معمولا به صورت ذراتی با اندازه حدود mµ80 و کمتر تا حدود 1 تا mµ2 آسیاب می شود. اندزه ذرات برای دانه های سفید سیمان که در شکل 2-2 مشاهده می شوند، با این محدوده مورد انتظار تطبیق می نماید. ضخامت فضاهای سیاه رنگ جداکننده آنها -که ممکن است در بررسی پاورز- براون یارد به صورت «حفرات مویینه» مورد توجه قرار گرفته باشد حدود mµ30-20 و کمتر می باشد. در داخل بتن، هنگامی که گیرش موجب ثابت شدن ذرات سیمان در جای خودشان می شود، حفرات جدید ایجاد شده و دارای پیوستگی بالا نیز در جای خود ثابت می شوند. ادامه هیدراسیون و ته نشینی محصولات هیدراسیون به تدریج اندازه حفرات را کاهش داده و ارتباط موجود میان حفرات بزرگ را تغییر می دهد. این فرایندها از نظر هندسی و نیز شیمیایی پیچیده به نظر می رسند و برخلاف فرض قدیمی، مستقیما منجر به تقسیمات کوچکتر فضاهای حفره ای نمی شوند.
نویسنده : کلینیک بتن ایران