واکنش قلیایی سیلیسی در بتن
واکنش قلیایی سیلیسی در بتن
در ابتدا لازم است به صورت مختصر واکنش قلیایی سیلیسی را شرح داده و سپس به تاثیرات واکنش قلیایی سلیسی بر روی سازه ها از جهت نحوه توزیع تنش و کرنش بپردازیم.
واکنش قلیایی سیلیسی در اثر واکنش بین یون های هیدروکسیل در محلول سیمان قلیایی با سنگدانه های فعال سیلیسی در سنگدانه بتن رخ می دهد. در نتیجه این واکنش، یک ژل تولید می شود که با جذب آب متراکم و حجم آن زیاد می شود. این افزایش حجم سبب افزایش فشار وارد به بتن و در نتیجه منجر به شکست آن می شود.
شکست ناشی از واکنش قلیایی سیلیسی در مناطقی که دارای مقدار زیادی رطوبت است، رخ می دهد؛ مانند اسکله ها، در نزدیکی سطوح آب زیرزمینی، پشت دیوارهای محافظ، نزدیکی محلهای اتصال، لبه های آزاد روسازی راه ها و در ستون ها و تیرهایی که در رودخانه ها در معرض جریان های آب قرار دارند.
عوامل موثر بر واکنش قلیایی سیلیسی سنگدانه ها
واکنش قلیایی سیلیسی به سه عامل بستگی دارد:
- آب
- قلیای آزادشده از سیمان حین هیدراسیون
- مواد سیلیکایی موجود در برخی از انواع سنگدانه ها
عوامل میکروسکوپی و گوناگونی در انبساط ناشی از واکنش قلیایی- سیلیسی دخیل هستند؛ مانند تخلخل بتن ، نفوذپذیری، مکان و مقدار سنگدانه های فعال درمصالح.
تاثیر مخرب واکنش قلیایی سلیسی
تعداد زیادی از سازه های موجود در جهان از بتن های فعال ساخته شده اندکه در معرض واکنش قلیایی سیلیسی هستند . با وجود انجام تعداد زیاد این پژوهش ها، برطر ف نمودن کامل اثرهای این واکنش غیرممکن است و تنها روش برای کاهش تأثیرهای مضر آن، کاهش آسیب های ناشی از این واکنش است.
مفید بودن این روش ها به طور قابل توجهی به پیش بینی مناسب نحوه گسترش تنش ها و کرنش ها در بتن بستگی دارد.
آزمایش هایی در ارتباط با واکنش های قلیایی سیلیسی
تاکنون تلاشهای بسیاری برای کاهش اثرهای مضر واکنش قلیایی سیلیسی بر روی بتن صورت گرفته است و تحقیق های زیادی نیز در ارتباط با واکنش های قلیایی سنگدانه ها بر روی سازه های بتن مسلح انجام شده است. در ذیل به چند مورد آزمایش در این مورد اشاره می شود و در آخر نتایج بدست آمده عنوان خواهد شد.
مرجع]۱[ یک مطالعه آزمایشگاهی را برای بررسی تأثیر واکنش قلیایی سیلیسی بر روی رفتار سازه ای تیرهای بتنی مسلح انجام داد.
در آزمایش آنها، نمونه های بتنی به مدت یک سال در شرایط فعالسازی واکنش قلیایی سیلیسی قرار گرفته و دو تیر برای شبیه سازی تیر در شرایط استفاده، تا لحظه ترک خوردگی تحت بارگذاری قرار گرفتند و اولین ترک خوردگی در سن ۱۲۵ روزگی مشاهده شد.
قبل از اولین ترک خوردگی، تغییرها در خواص مکانیکی نمونه ها کم بود. اما پس از آن، مقاومت فشاری، استحکام کششی و مدول دینامیکی نمونه ها به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافت.
پس از گذشت یک سال از تسریع فعالسازی واکنش قلیایی سیلیسی، مقاومت کششی تیرهای فعال شده تقریباً مشابه با تیرهای غیرفعال ۱ بود. همچنین تأثیر واکنش قلیایی سیلیسی بر روی مقاومت کششی نمونه تیرهای بتنی ناچیز بود.
مرجع ]۲[ اثر واکنش قلیایی سیلیسی را بر روی تیرهای فعال شده و نیمه فعال شده بررسی کرد. نتایج این بررسی نشان می دهند که نمونه تیرهای بتنی که دارای سنگدانه هایی با پتانسیل فعالیت بالا بودند و در معرض محلول هیدروکساید سدیم قرار گرفتند، دچار تغییرهای زیادی درخواص مکانیکی شدند. این در حالی است که نمونه ها با سنگدانه های نیمه فعال دچار تغییرهای بسیار کمی در خواص مکانیکی شده و تیرهای با مقاومت بالا که در معرض محلول هیدروکسید سدیم قرار داشتند نیز دچار تغییرهای کمتری در خواص مکانیکی شدند.
بر اساس تحقیق مرجع ]۳[، پس از آ نکه تیرها به مدت ۱۴ ماه تحت رطوبت بودند، وجه بالایی تیرهای فعال شده به وسیله آب به مدت ۹ ماه به طور کامل در آب قرار گرفت.
این پدیده پوشش دیرهنگام توسط آب به سرعت سبب گسترش زیاد واکنش قلیایی سیلیسی در راستاهای طولی و عرضی نمونه ها شده و موجب تر ک خوردگی های طولی شد.
نتایج تحقیق نشان می دهد که دادن آب بیشتر به نمونه ها سبب ایجاد تأثیرهای مخرب بیشتری در آنها خواهد شد.
مرجع ]۴[ میزان مقاومت اعضای سازه ای تحت تأثیر واکنش قلیایی سیلیسی را بررسی کرد. بعد از گسترش این واکنش در تیرها، هر دو وجه تیرهای فعال تحت مطالعات میکروسکوپی قرار گرفتند تا ویژگی های آسیب های ناشی از این واکنش مشخص شوند. پس از اندازه گیری شاخص های آسیب برای نمونه ها، تیرهای متعدد فعال و نیمه فعال تحت بارگذاری تا لحظه شکست قرار گرفتند.
نتایج نشان داد که بارگذاری های ثابت و چرخ ها و آرماتورهای طولی، نقش مهمی را در محدود کردن اثرهای این نوع واکنش بر روی نمونه ها دارند. همچنین در این مطالعه مشخص شد که واکنش قلیایی سیلیسی سبب کاهش سختی فشاری، بسامد تشدید و همچنین مقاومت کششی بتن خواهد شد. اما بر روی مقاومت فشاری تأثیری نمی گذارد. در زیر عکس های ریزساختاری گرفته شده از خمیر سیمان در هنگام وقوع این واکنش را مشاهده می فرمایید.
مراجع
[۱] S. Fan; J. M., Johnson; Effect of Alkali Silica Reaction Expansion and Cracking on Structural Behavior of Reinforced Concrete Beams, ACI Structural Journal, Vol. 95, No. 5, pp. 498‑۵۰۵, ۱۹۹۸٫
[۲] H., Marzouk; S., Langdon; the Effect of Alkaliaggregate Reactivity on the Mechanical Properties of High and Normal Strength Concrete, Journal of Cement and Concrete Composites, Vol. 25, Nos. 4-5, pp. 549‑۵۵۶, ۲۰۰۳٫
[۳] L. J., Monette; N. J., Gardner; P. E., Grattan-Bellew; Residual Strength of Reinforced Concrete Beams Damaged by Alkali-silica Reaction-Examination of Damage Rating Index Method, ACI Materials Journal, Vol. 99, No. 1, pp. 42‑۵۰, ۲۰۰۲٫
۴– نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره ۴۹ ، شماره ۱، سال ۱۳۹۶ ، صفحات ۳ تا ۲۳
محمد طاهری فرد ۹۷/۱۱/۲۹
سلام
باتشکر لطفا از مکانیسم آزمایش هم مطلب بگذارید.
منظورتون رو از مکانیسم بفرمایید دقیقا چیست؟