مواد و ساخت پیشرفته

در چند دهه گذشته دوام بتن سیمانی پرتلند به شدت مورد توجه قرار گرفته است. حمله سولفاتی یکی از عوامل اصلی تاثیرگذار بر دوام محصولات پایه سیمانی است که منجر به انبساط، پوسته ­شدن، ترک خوردن و در نهایت از هم پاشیدگی بتن می ­شود. بنابراین توسعه بتن مقاوم در برابر حمله سولفاتی برای سازه ­ها و ساختمان­ های مهندسی اهمیت زیادی دارد. در عین حال، برای به دست آوردن مقاومت اولیه بالا و در نتیجه بهبود بهره ­وری، به طور کلی از عمل­ آوری با بخار برای تسریع سخت­ شدن بتن استفاده می­ شود. اما، عمل­ آوری با بخار منجر به آسیب حرارتی ریزساختار می­ شود، به عنوان مثال، توزیع ناهموار محصولات هیدراتاسیون، ریزترک­‌ها، ساختار درشت­ دانه و غیره، که بر دوام طولانی مدت بتن مانند خوردگی سولفاتی تأثیر می­‌گذارد. بنابراین باید توجه بیشتری به حمله سولفاتی بتن پخت شده با بخار شود. حمله سولفاتی به بتن معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که سولفات‌های نفوذ داده شده، با کلسیم (یعنی پورتلندیت) و کانی‌های آلومینات (مانند AFm، مونو سولفوآلومینات) واکنش داده و اترینگایت (حصول هیدراسیون سیمان پرتلند) و/یا گچ را تشکیل دهند. تشکیل این محصولات خوردگی انبساطی، به ویژه اترینگایت، باعث ایجاد فشار کریستالیزاسیون (تبلور) در ماتریس بایندر می­شود که منجر به انبساط و ترک می­ شود که به نوبه خود باعث نفوذ یون­ های سولفات به بتن و در نتیجه تسریع حمله سولفاتی بتن می­ شود.

بر اساس درک مکانیسم­‌های تخریب موجود، مطالعات بسیاری به ایجاد روش­ های موثر برای بهبود مقاومت سولفاتی بتن اختصاص یافته است. به طور کلی، این روش­ ها به دو نوع طبقه­ بندی می­ شوند:

(1) بهبود مقاومت سولفاتی خود بتن، مانند بهینه­ سازی ترکیب سیمان و مخلوط بتن، افزودن مواد سیمانی تکمیلی و نانوذرات و غیره.

(2) کاهش حمله سولفات با استفاده از عملیات سطحی، که در جلوگیری از ورود مواد تهاجمی مانند SO₄²⁻ موثر است.

برخی از محققان معتقدند که در مقایسه با افزودن مواد سیمانی مکمل، عملیات سطحی روشی مقرون به صرفه ­تر و راحت­تر برای بهبود مقاومت سولفاتی بتن است. در دهه­ های گذشته، عملیات سطحی مختلفی برای بهبود دوام بتن توسعه یافته است. عملیات سطحی را می­ توان از نظر عملکردی به چهار دسته طبقه­ بندی کرد: پوشش سطحی، اشباع آبگریز، عملیات مسدود کننده منافذ و عملیات سطحی چند منظوره. پوشش سطحی، مانند رزین اپوکسی، اکریلیک، کوپلیمر پلی اتیلن، پلی اورتان، و ملات اصلاح شده با پلیمر، یک لایه محافظ بر روی سطح بستر سیمانی تشکیل می­ دهد تا از نفوذ مواد تهاجمی جلوگیری کند. اشباع آبگریز با ایجاد یک سطح منفذ آبگریز با نفوذ در منافذ بتن با محصولات دافع آب، از جمله مواد پایه سیلان و سیلوکسان کار می‌کند. عملیات سطحی مسدودکننده منافذ می‌تواند منافذ مویرگی سطح بتن را پر کرده و در نتیجه نفوذ ناپذیری را بهبود بخشد. ثابت شده است که مواد پایه سیلیکاتی، از رایج­ ترین مسدود­کننده منافذ خوب هستند. در همین حال، رسوب کربنات کلسیم و نانو SiO₂ توجه گسترده­ای را به خود جلب کرده است. عملیات سطحی چند منظوره حداقل دارای دو عملکرد مانند آب­گریزی و مسدود کردن منافذ هستند.

بر اساس بررسی­ های اخیر، ایده استفاده از یک لایه کربناته پاششی مبتنی بر سرباره فولادی برای بهبود دوام محصولات مبتنی بر سیمان پیشنهاد شده است. در این تحقیقات، لایه کربناته با پاشیدن دوغاب پایه سرباره فولادی بر روی سطح محصولات مبتنی بر سیمان و سپس پخت آنها با CO2 با غلظت بالا تهیه شده است. نتایج نشان داده است که لایه کربناته مقاومت عالی به سولفات دارد. علاوه بر این، به طور موثری از ملات‌های پخت استاندارد و پخت شده با بخار در برابر حمله سولفات محافظت می­کند و ضریب مهاجرت یون‌های کلرید را به ترتیب به میزان 57.1% و 53.8% را کاهش می­ دهد. حفاظت از لایه کربناته روی ملات­ ها، به ساختار متخلخل بهتر لایه کربناته و منطقه انتقال سطحی متراکم لایه کربناته و ماتریس ملات نسبت داده شده است.

در نهایت گفته می­ شود لایه کربناته پاششی مبتنی بر سرباره فولاد، سرباره فولاد را بازیافت می­کند، CO₂ را منجمد می­ کند و دوام محصولات مبتنی بر سیمان را بهبود می­ب خشد، که اهمیت زیست‌محیطی و مهندسی زیادی دارد.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0958946522004929