نفوذپذیری بتن چیست و عوامل موثر بر نفوذپذیری بتن کدامند؟

کلمه نفوذپذیری بتن به توانایی اجازه دادن به مایعات یا گازها برای عبور از آن اشاره دارد. در حالی که اصطلاح «تخلخل» به میزان فضای پر از هوا در داخل ماده اشاره دارد. بنابراین، نفوذپذیری بتن توانایی آن در مقاومت در برابر نفوذ مایع، گاز یا یون کلر به دلیل منافذ آن است.

منافذ متصل با قطر حداقل ۱۲۰ نانومتر تا ۱۶۰ نانومتر از دلایل اصلی ایجاد نفوذپذیری هستند. منافذ جدا شده و بسیار ریز، منافذ پر از آب یا منافذ بزرگ با ورودی‌های باریک از نفوذپذیری پشتیبانی نمی‌کنند.

چرا نفوذپذیری بتن اهمیت دارد؟

در بتن مسلح، ورود آب و هوا منجر به خوردگی فولاد می‌شود که منجر به انبساط، ترک خوردگی و اختلال در فولاد می‌شود. اگر بتن به دلیل نفوذپذیری از آب اشباع شود، بتن نمی‌تواند در برابر یخبندان مقاومت کند. تعیین نفوذپذیری بتن برای سازه‌های نگهدارنده آب مانند مخزن آب، سدی که در آن آب‌بندی لازم است، مهم می‌شود. هر چند محصولاتی همچون نفوذگر بلورساز پودری در بازار وجود دارد که وظیفه آب‌بندی را برعهده می‌گیرد.

آشنایی با عوامل موثر بر نفوذپذیری بتن

در ادامه مطلب به عوامل موثر بر بتن می‌پردازیم:

۱.عمل آوری بتن

در حین عمل آوری بتن؛ آب کافی در اختیار بتن قرار می‌دهیم تا از کم آبی آن جلوگیری شود. در نتیجه، آب جذب شده توسط بتن برای واکنش آن به منظور تقویت و کاهش منافذ استفاده می‌شود. بنابراین به دلیل وجود منافذ (حفره) پایین تر، نفوذپذیری پایینی خواهد داشت. از این رو عمل آوری بتن باعث افزایش کامل نفوذپذیری بتن یا کاهش نفوذپذیری بتن می‌شود.

۲.نسبت آب به سیمان

نسبت آب سیمان مسئول تخلخل سخت‌ترین خمیر سیمان است. هر چه نسبت w/c کمتر باشد نفوذپذیری در بتن کمتر است. این موضوع به این دلیل است که برای نسبت w/c کمتر مقدار بیشتری از سیمان وجود خواهد داشت. بنابراین، هنگامی که سیمان با آب مخلوط می‌شود، خمیر بیشتری ایجاد می‌کند و این خمیر پر می‌شود تا منافذ اضافی به راحتی پر شوند.

برای نسبت w/c بالا، ذرات سیمان و سنگدانه به اندازه نسبت w/c پایین‌تر متراکم نمی‌شوند. در نهایت، منافذی را ایجاد می‌کند که با هیدراتاسیون پر نمی‌شوند. از این رو، زمانی که آب آزاد به دلیل تبخیر از منافذ خارج شود، بتن نفوذپذیر خواهد بود. نفوذپذیری برای نسبت آب سیمان ۰.۴ عملا صفر است. اگرچه گاهی اوقات از روان کننده بتن برای کاهش محتوای سیمان و گرمای هیدراتاسیون در بتن انبوه استفاده می‌شود.

۳.سن بتن

نفوذپذیری بتن افزایش می‌یابد یا نفوذپذیری در بتن کاهش می‌یابد. زیرا با افزایش سن بتن، منافذ از آب پر می‌شوند که به دلیل فرآیند هیدراتاسیون طولانی مدت است.

۴.سایر عوامل

فشردگی در بتن، استفاده از مخلوط، اندازه سنگدانه در بتن، جذب و یکنواختی در بتن، خواص سیمان از جمله سایر عوامل موثر بر نفوذپذیری بتن هستند. از آنجایی که می‌دانیم آب تنها مسئول نفوذپذیری بتن نیست.

۳ روش برای تعیین نفوذپذیری در بتن

• نفوذپذیری آب توسط فشار؛
• تست با محلول نمک؛
• تست نفوذپذیری سریع کلرید.

در ادامه این روش‌ها را توضیح می‌دهیم:

۱.تست نفوذپذیری سریع کلرید

برای این آزمایش، یک نمونه بتن اشباع شده از آب، ضخامت ۵۰ میلی‌متر و قطر ۹۰-۱۰۰ میلی‌متر با استفاده از دستگاهی که دو مخزن بزرگ در دو انت‌ها دارد، به مدت ۶ ساعت تحت ولتاژ DC اعمالی ۶۰ ولت قرار می‌گیرد.

روش تست نفوذپذیری سریع کلرید

نمونه بتن یا نمونه آزمایشی درست در وسط دستگاه و به همان فاصله از هر دو مخزن قرار می‌گیرد. در یک مخزن یک محلول ۳.۰٪ NaCl و در مخزن دیگر یک محلول ۰.۳ M NaOH وجود دارد. از آنجایی که یک منبع ولتاژ ارائه می‌شود، بارها از طریق یک مخزن به مخزن دیگر منتقل می‌شوند.

اضافه جریان را به مدت ۶ ساعت بررسی کنید و در نهایت شارژ گذشته را به صورت ستونی دریافت کنید. جریانی که از بتن عبور می‌کند و از یک مخزن به مخزن دیگر می‌رسد توسط LCD تعیین می‌شود که به یک سلول ۶ ولتی متصل است.

۲.نفوذپذیری آب بتن با فشار

این روش برای بتن‌هایی با نفوذپذیری بسیار بالا بهترین است. آزمایش با استفاده از دال یا دیسک بتن انجام می‌شود و آب از سطح بالایی آن در آن ریخته می‌شود و سرعت جریان آب از بتن را در انتهای پایینی آن اندازه گیری می‌کنیم. برای سریعتر شدن فرآیند، آب با فشار اضافی اعمال می‌شود.

روش اجرای نفوذپذیری آب بتن با فشار

ضخامت بتن نباید خیلی نازک باشد زیرا آزمایش ممکن است زمان زیادی را ببرد. بتن با ضخامت بیش از ۲۰ میلی متر استفاده می‌شود. اگر نفوذپذیری بتن بسیار کم باشد، ممکن است آب از انتهای پایینی به هیچ وجه خارج نشود.

پس از اینکه آب به طور مداوم در بتن جریان پیدا کرد. نمونه آزمایشی یعنی دیسک بتن را از دستگاه خارج کنید و جرم دیسک را قبل از ریختن آب و بعد از ریختن آب نزدیک به ۰.۱ گرم اندازه گیری و ثبت کنید. اطمینان حاصل کنید که دمای دستگاه در طول فرآیند یکسان بوده است. سپس ضریب نفوذپذیری بتن را می‌توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

۳.تست با محلول نمک

در این آزمایش نفوذپذیری بتن با توجه به توانایی بتن در مقاومت در برابر یون کلرید محاسبه می‌شود. عمل نفوذ یون کلر در بتن در مقایسه با سایر مواد بسیار بد یا ناخوشایند است. از این تست به عنوان نوشتن مشخصات نیز استفاده می‌شود.

روش تست با محلول نمک

بتن با ۳.۰٪ NaCL در سطح آن موجود است. در این روش یک فیلم ضخیم از محلول NaCl ۰/۳ درصد در سطح دال بتنی آزمایش قرار می‌گیرد. برای این کار هر طرف بتن آب‌بندی می‌شود و سطح زیرین آن به محیط باز می‌شود. این دستگاه با مقدار ثابت محلول کلر در سطح بالایی به مدت ۹۰ روز نگهداری می‌شود.

پس از ۹۰ روز، دال بتنی به قسمت‌های مساوی بریده می‌شود و میزان نفوذ در هر برش با ترتیب رعایت می‌شود. اگر یون کلرید تا ۱/۳ یا تا ۱/۲ قسمت بتن از سطح فوقانی نفوذ کرده باشد، دال بتنی داده شده نفوذپذیر است. در صورت‌عدم نفوذ کلریدها به داخل دال، بتن غیر قابل نفوذ است.

نفوذپذیری مغناطیسی بتن

شاید جالب به نظر می‌رسد اما بتن‌های مغناطیسی را می‌توان با جایگزینی شن و ماسه با پرکننده‌های مغناطیسی درشت و ریز ساخته یا تهیه کرد. این نفوذپذیری مواد مغناطیسی می‌تواند با فشرده‌سازی بتن با آرماتور و ایجاد بتن سیمانی مسلح بسیار قوی مفید باشد.

نفوذپذیری مغناطیسی بتن نیز با افزودن پودر آهن نرم و الیاف فولاد ضد زنگ افزایش می‌یابد که توسط تحقیقات اخیر نشان داده شده است. استفاده از نفوذپذیری مغناطیسی بتن باید توسعه یابد زیرا انسان مشتاق توسعه شهرهای هوشمند است. بدیهی است که ما باید فناوری برق بی‌سیم را پیش ببریم. برای سرعت بخشیدن به شبکه‌های بی‌سیم، بدیهی است که به وسیله‌ای نیاز داریم تا میدان مغناطیسی از آن عبور کند که توسط نفوذپذیری مغناطیسی بتن ایجاد می‌شود.

راه حلی برای حل مشکل نفوذپذیری بتن

• عایق رطوبتی بتن برای جلوگیری از نفوذ آب و خشک نگه داشتن سازه‌های بتنی با استفاده از مواد افزودنی.
• همیشه نسبت آب به سیمان را پایین نگه دارید تا خمیری قوی ایجاد شود.
• بتن باید با استفاده از روش تراکم دستی یا روش تراکم ماشینی به اندازه کافی متراکم شود.
• سیمان ریزتر یا سیمان با کیفیت بالا باید برای تهیه بتن انتخاب شود.
• همیشه باید از سنگدانه‌های جامد با اندازه ریز برای بتن استفاده شود. همچنین، سنگدانه باید سخت جامد باشد، متخلخل نباشد.
• عمل آوری بتن باید به درستی انجام شود و بهتر است بتن ۲۱ روز متوالی عمل آوری شود.