نفوذپذیری بتن چیست؟ اثرات و راهکارها

نفوذپذیری بتن به معنای توانایی آب (مایع) در خروج از بتن است. بهترین بتن، غیرقابل نفوذ‌ترین نوع آن است.

به‌طور معمول حدود 38 درصد آب نسبت به وزن خمیر سیمان برای پرکردن منافذ ژل و هیدراتاسیون کامل سیمان مورد نیاز است. اگر آب بیش از 38 درصد مصرف شود، آب اضافی می‌تواند در برخی از شرایط باعث شود که بتن متخلخل شده و نفوذپذیری آن زیاد شود.

این مقاله با تعریف نفوذپذیری بتن، به اثرات مخرب ناشی از آن پرداخته، عوامل نفوذ را بررسی می‌کند و در نهایت راه‌کارهایی را برای کاهش نفوذپذیری ارائه می‌کند.

اثرات ناشی از افزایش نفوذپذیری بتن

• در بتن آرمه سیمانی، ورود آب و هوا ناشی از نفوذپذیری، منجر به خوردگی آرماتورهای فولادی و انبساط می‌شود.
• اگر بتن به دلیل نفوذپذیری از آب اشباع شود، در برابر یخ‌زدگی آسیب‌پذیرتر می‌گردد.
• نفوذ مواد مضر به داخل بتن ممکن است بر دوام آن تأثیر منفی بگذارد.

کنترل نفوذپذیری در هر سازه، مخصوصا سازه‌های نگهدارنده مایع، مانند سدهای آبی و مخازن بسیار مهم است.

عوامل موثر بر نفوذپذیری

عوامل مختلفی بر نفوذپذیری بتن تاثیر می‌گذارند که مهمترین آنها به شرح زیر هستند:

• نسبت آب به سیمان
• خواص سیمان
• سنگ‌دانه‌ها
• جذب و همگنی بتن
• روش درست کردن
• استفاده از مواد افزودنی
• سن بتن

نسبت آب به سیمان

نفوذپذیری بتن متناسب با نسبت آب به سیمان است.

سیمان معمولی به حدود 25 درصد وزنی آب برای هیدراتاسیون نیاز دارد. علاوه بر آن، آب برای پرکردن منافذ ژل هم مورد نیاز است. بنابراین مقدار کل آب مورد نیاز برای هیدراتاسیون سیمان و پرکردن منافذ ژل حدود 38 تا 42 درصد وزنی است. بر این اساس، حداقل نسبت آب به سیمان 0.4 (گاهی اوقات 0.36) مورد نیاز است. اگر نسبت آب بیشتر شود، نفوذپذیری بتن و آسیب به آن افزایش می‌یابد.

خواص سیمان

خواص سیمان نیز بر نفوذپذیری بتن تأثیر می‌گذارد. در یک نسبت یکسان آب به سیمان، سیمان درشت تمایل به تولید خمیری با تخلخل بالاتر نسبت به سیمان ریزتر دارد. به‌طور کلی، اگر مقاومت خمیر سیمان بیشتر باشد، نفوذپذیری بتن کمتر است.

سنگدانه‌ها

نفوذپذیری سنگدانه‌ها نیز بر رفتار بتن تأثیر می‌گذارد. اگر سنگدانه‌ها دارای نفوذپذیری بسیار کمی باشند، به کاهش نفوذپذیری کل کمک می‌کنند، زیرا وجود سنگدانه مانعی برای جریان آب ایجاد می‌کند.

علاوه بر این، از آنجایی که مسیر جریان آب باید ذرات سنگدانه را دور بزند، با کاهش نفوذپذیری سنگدانه‌ها مسیر عبور آب به‌طور قابل توجهی طولانی‌تر شده و نفوذپذیری کاهش می‌یابد.

برای نسبت یکسان آب به سیمان، اندازه بزرگ سنگدانه‌ها سبب افزایش نفوذپذیری بتن می‌شود. این به خاطر حفره‌های نسبتاً بزرگی است که بین سنگدانه‌های بزرگ وجود دارد. دانه‌بندی خوب باعث کاهش نفوذپذیری می‌شود.

جذب و همگن بودن

«جذب» با حجم فضای منافذ بتن اندازه‌گیری می‌شود. جذب یک فرآیند فیزیکی است که در آن بتن آب را به داخل حفره‌ها و منافذ خود می‌کشد. این ویژگی بتن به ترکیب ساختاری بتن بستگی دارد. عدم همگنی نیز بر نفوذپذیری تأثیر می‌گذارد.

افزایش جذب بتن به دلیل ایجاد ترک در سازه، ایجاد لانه زنبوری و یا پوسته‌پوسته‌شدن بتن افزایش می‌یابد.

آماده‌سازی بتن

هیدراتاسیون مداوم خمیر سیمان منجر به کاهش اندازه حفره‌ها می‌شود که به کاهش نفوذپذیری بتن کمک می‌کند. از طرف دیگر، عمل‌آوری مناسب بتن نیز به کاهش این فاکتور منجر می‌شود. نفوذپذیری بتن عمل‌آوری شده با بخار (steam-cured concrete) معمولاً بیشتر از سازه‌هایی است که بتن آنها به‌شکل مرطوب عمل‌آوری شده‌اند (wet-cured concrete).

استفاده از مواد افزودنی

استفاده از افزودنی ضد آب باعث کاهش نفوذپذیری بتن می‌شود. با این حال معمولاً استفاده از سیمان اضافی در کاهش نفوذپذیری مؤثرتر خواهد بود. در مورد بتن متخلخل، می‌توانید از روش‌های سطحی برای کاهش نفوذپذیری استفاده کنید.

سن بتن

سن بتن نیز بر نفوذپذیری آن تأثیر می‌گذارد.

در خمیر بتن تازه، جریان آب توسط اندازه، شکل و غلظت دانه‌های اصلی سیمان کنترل می‌شود. نفوذپذیری با افزایش سن بتن کاهش می یابد، زیرا منافذ توسط محصولات هیدراتاسیون پر می‌شوند.

راهکارهای کاهش نفوذپذیری

آموزش صفر تا صد آرماتور بندی

راهکارهای کاهش نفوذپذیری

عملاً غیرممکن است که بتن را کاملاً غیرقابل نفوذ کنیم، اما نفوذپذیری را می‌توان تا حدی کاهش داد که دیگر تهدیدی برای دوام سازه نباشد. این کار را می‌توان از طریق بهینه‌سازی نسبت مخلوط و همچنین فرآیندهای ساخت و پخت خوب به‌دست آورد. همچنین می‌توان با استفاده از مواد سیمانی تکمیلی (SCM) یا مواد افزودنی که به پرکردن فضاهای خالی در بتن کمک می‌کنند، به آن دست یافت. گاهی اوقات به این محصولات، افزودنی‌های ضد آب (waterproofing admixtures) یا افزودنی‌های کاهش‌دهنده نفوذپذیری (permeability reducing admixtures ) یا PRA گفته می‌شود.

از نظر تئوری، واردکردن سنگدانه با نفوذپذیری کم به خمیر سیمان، نفوذپذیری بتن را کم می‌کند.  اما در عمل، مشاهده می‌شود که این‌طور نیست. این سنگدانه‌ها، به ویژه با اندازه بزرگ‌تر، نفوذپذیری را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند.

استفاده از مواد پوزولانی به نسبت بهینه، باعث کاهش نفوذپذیری بتن می‌شود. بدیهی است که این اثر به‌دلیل تشکیل هیدروکسید کلسیم است.

بتن‌های عمل‌آوری شده با بخار فشار بالا همراه با سیلیس خرد شده، نفوذپذیری کمتری دارند. این به‌دلیل تشکیل ژل C-S-H درشت‌تر، انقباض کمتر در زمان خشک‌شدن و تبدیل تسریع هیدروکسید کلسیم به محصولات سیمانی است.

به طور کلی برای کاهش نفوذپذیری بتن باید مراحل زیر را طی کرد:

• باید از سیمان پوزولانا یا سرباره استفاده کرد.
• سازه‌های پیش ساخته باید دارای اولویت باشند، پلاسترینگ باید نادیده گرفته شود.
• عدم استفاده از آجر، سنگ آهک نرم یا سایر سنگدانه‌های متخلخل
• افزایش پوشش روی میلگردها

افزایش خرید فوم لس پس از گرانی یونولیت بسیار قابل توجه شده است!

سخن آخر

سرعت حرکت مایعات و گازها در بتن با نفوذپذیری آن تعیین می‌شود. نفوذپذیری بتن اغلب ‌عنوان علت اصلی عدم دوام سازه برشمرده می‌شود. نفوذپذیری بر نحوه مقاومت بتن در برابر حمله خارجی و میزانی که سازه بتنی می‌تواند دوام بیاورد تأثیر می‌گذارد.

این ویژگی تا حد زیادی به‌اندازه منافذ، اتصال منافذ، و میزان پیچ‌در‌پیچ‌بودن مسیر برای عبور مایع نفوذ‌کننده بستگی دارد. منافذی که نفوذپذیری بتن را زیاد می‌کنند آنهایی هستند که حداقل قطر آنها 120 یا 160 نانومتر است و به هم متصل هستند.

عوامل مختلفی مانند نسبت آب به سیمان، تراکم بتن، عمل‌آوری و سن بتن بر نفوذپذیری تاثیر می‌گذارند. بنابراین در طراحی مخلوط و ساخت سازه بتنی باید این عوامل را در نظر گرفت. باری ساخت یک بتن با نفوذپذیری کم، لازم است عوامل متعددی در نظر گرفته شود.

Water-cement Ratio | Properties of Water Necessary to Get Good Concrete

Permeability of Concrete and Factors Influencing It

https://www.civilexperiences.com/permeability-of-concrete/

Permeability Reducing Admixtures

Permeability of Concrete: Function, Factor Affecting, Importances, Preventive Measures