بهبود بتن در محیط های اسیدی

در حال حاضر سیمان پرتلند معمولی بیشترین استفاده به عنوان ماده چسبنده در بتن برای کاربردهای ساخت و ساز را دارا میباشد. متاسفانه عملکرد بتن ساخته شده با سیمان پرتلند در مقابل حمله عوامل شیمیایی همانند حمله اسیدی و حمله سولفاتی نگران کننده است. خمیر سیمان پرتلند در تماس با اسید دچار تجزیه می شود. 

بهبود عملکرد مصالح مورد استفاده در محیطهای خورنده و مهاجم یک نیاز اساسی است و مقاومت بتن در محیط اسیدی یکی از مشخصات ضروری مورد نیاز برای مصالح سازه ای و غیر سازه ای مورد ا ستفاده در محیط های خورنده میبا شد. بتن ساخته شده با سیمان پرتلند به علت ساختار شیمیایی آن نمیتواند عملکرد مطلوبی در محیط اسیدی دا شته با شد، در نتیجه نیاز به بکارگیری مصالح جایگزین سیمان جهت بهبود عملکرد ضروری به نظر میر سد.

به دلیل خسارات فزاینده ای که در سراسر دنیا حمله اسیدی ایجاده کرده است، تحقیقات گسترده ای در این زمینه در حال انجام است. محیط های اسیدی معمولا در نتیجه فعالیتهای صنعتی به وجود می آیند ولی به دلیل فعالیتهای شهری و طبیعی نیز میتوانند ایجاد گردند. بتن های در معرض باران اسیدی و یا فاضلاب ها نیز تخریبهای جدی را به علت تهاجم اسیدی تجربه میکنند. شاید مهمترین خسارات ناشی از حمله اسیدی، توسط سولفوریک اسید که عموماَ در لوله های فاضلاب وجود دارد، ایجاد میشود.

رایج ترین محیط های اسیدی بتن:

الف) فاضلاب (گاز سولفید هیدروژن) 
ب) آب دریا و خاک (سولفات)
ج) اتمسفر شهرک صنعتی (سولفور دی اکسید) 
د)باران اسیدی ( ترکیبی از چند اسید)
ه) صنایع مرتبط با اسید

مکانیزم تهاجم اسید
مکانیزم تهاجم اسید بستگی به نوع اسید دارد و در حالت کلی میتوان مکانیزم را در دو فاز مطرح نمود، فاز اول تشکیل نمک کلسیم و فاز دوم تهاجم اسید به ژل سیمان؛ البته فاز دوم زمانی صورت میگیرد که تمام هیدورکسید کلسیم در فاز اول مصرف شده باشد..

اگر نمک کلسیم محلول باشد در فاز ملات جابجا شده و فاز ملات سست خواهد شد.

مهمترین فاکتورهایی که در سرعت حمله اسیدی تاثیر گذارند؛ نوع اسید، غلظت اسید و شرایط کنش محلول اسیدی میباشند. در توضیح فاکتور سوم باید گفت که دو نوع کنش ممکن است؛ شرایط استاتیک که در آن هیچگونه جریان در محلول ایجاد نمی شود و نوع دوم شرایط دینامیکی است که در آن میزان و یا سطح محلول تغییر یا جریان در محلول ایجاد میشود که میتواند تر و خشک شدن، ذوب و یخبندان و یا ... ایجاد کنند که این خود سبب افزایش در میزان و شدت خوردگی خواهد شد. همچنین دمای و شرایط رطوبت نسبی محیط نیز که در فاکتور سوم جای میگیرد در خوردگی اسیدی تاثیر گذار است.
مهمترین فاکتورهای مقاومت مصالح سیمانی در برابر حمله اسیدی نوع سیمان، عیار مواد سیمانی، نسبت آب به مواد سیمانی، نحوه عمل آوری و ساختار خلل و فرج میباشد.

راهکارهای استفاده از بتن در محیط اسیدی
برای استفاده از بتن در محیط های خورنده 4 راهکار کلی زیر وجود دارد :
1-کاهش نفوذ پذیری بتن سیمان پرتلندی با استقاده از مواد مضاف و افزودنی برای افزایش دوام آن
2-ایجاد پوشش محافظ بر روی بتن سیمان پرتلندی جهت عدم نفوذ مواد خورنده به آن
3-استفاده از مواد جایگزین سیمان برای ساخت بتن همانند بتن گوگردی و بتن قلیا فعال
4-استفاده از نانو ذرات

تحلیل راهکارها

استفاده از بتن با مواد مضاف پایه سیلیس (همانند دوده سیلیسی و خاکستر بادی)، بتن با حباب هوا، بتن سرباره ای (جایگزینی درصدی از سرباره جایگزین سیمان)، بتن های فوق توانمند و در نهایت استفاده از نانو تکنولوژی بکارگیری ذرات در اندازه نانو و با سطح مخصوص بالا برای کاهش فضای خالی خمیر سیمان که هم منجر)
به کاهش تخلخل و هم افزایش مقاومت میشود).مواد هواساز به دلیل مسدود کردن میکرو حفره های ساختار بتن از تهاجم اسید از طریق این حفره ها جلوگیری به عمل میآورد و در نتیجه عملکرد بتن در محیط اسیدی  بهبود می یابد. همچنین استفاده از مواد مضاف پایه سیلیسی به علت واکنش با کلسیم هیدورکسید مستعد تجزیه در تهاجم اسیدی و تشکیل ژل که منشا مقاومت و سختی بتن است سبب بهبود عملکرد بتن در محیط مهاجم اسیدی میشود.
در نهایت محقیقن بهبود ساختار داخلی بتن با توجه به موارد ذکر شده را راهکار مناسبی برای مقابله با حملات شمیایی خارجی بیان می کنند