سازه های بتنی در محیط دریایی

تعداد وسیعی از باراندازها، حوضچه های تعمیراتی، تیرها و پایه های پل، موج شکن ها و تونل های زیردریایی از بتن مسلح ساخته شده اند. بتن به عنوان مصالح ساخت مناسب برای سازه هایی که در معرض محیط دریایی قرار دارند، مورد پذیرش کلی قرار گرفته است و در صورتیکه طبق اصول صحیح ساخته و نگهداری شود، می تواند بر مشکلات فائق آید. ولی در صورت انتخاب مصالح نامناسب، کیفیت ضعیف اجرا و عدم نگهداری کافی، دچار فساد و خرابی خواهد شد. مکانیزم های اصلی تخریب سازه های بتنی در محیط دریایی خوردگی میلگردهای کار گذاشته شده در بتن، تجزیه و تخریب بتن، سیکل های یخ زدن و آب شدن و تشکیل ترکیب اترینگایت و واکنش قلیایی – سیلیسی را شامل می شود.

غالباً خوردگی در سرتاسر طول یک عضو یکنواخت نیست و معمولاً به وسط یا دو انتهای عضو محدود می شود. در رابطه با شمع ها امکان دارد خوردگی در بالای سطح آب، شدید و در زیر آن ضعیف باشد و یا اصلا اتفاق نیافتد. این ناحیه که در معرض حداکثر خوردگی است، غالباً دورتر از مقاطع مربوط به حداکثر لنگرها و نیروهای برشی است ولی میلگردها ممکن است در سرتاسر عضو یکنواخت باشند.

با پیشرفت خوردگی، نهایتاً فرو ریختگی ناشی از آن اتفاق می افتد. نتایج نهایی سازه ای مادامی که میلگردها در بتن به صورت گیردار باقی باشند، بستگی به میزان افت فولاد دارد. به هر حال خوردگی به ویژه خوردگی حفره ای باعث تمرکز تنش افزایش یافته می شود که منجر به افت شکل پذیری و کاهش تغییر طول نهایی گسیختگی می گردد. همچنین تحت بارهای ضربه ای و دینامیکی شکست نهایی ممکن است به صورت تردد و شکننده باشد. در سازه های پیش تنیده نیز علیرغم اجرای بسیار عالی در محیط دریایی به علت آنکه بتن آن ها نفوذپذیری کم تری داشته و عاری از ترک های میکروسکوپی (ریزترک ها) است، ولی وقتی کابل های پیش تنیدگی خورده می شوند، نتایج و آثار سازه ای به دلیل قطر کم کابل ها و تنش زیاد موجود در آنها شدیدتر بروز می نماید. البته چنین وضیعتی از لحاظ خوردگی کابل های پیش تنیدگی در محیط دریایی زمانی روی می دهد که سازه در معرض ناحیه پاشش بوده و بتن دارای نفوذپذیری بالایی (مثلاً ناشی از نسبت آب به سیمان کنترل نشده) باشد.

محل و نوع سازه نیز میزان خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهد. اعضای سازه ای بتنی واقع در ناحیه جزر و مدی و ناحیه پاشش عموماً دچار بیشترین میزان خوردگی هستند. در این نواحی، اعضاء به طور ثابت تحت اثر سه عامل اولیه هدایت کننده خوردگی شامل اکسیژن، کلریدها و رطوبت قرار دارند. شمع ها بیشتر از سایر اعضای سازه ای در معرض خوردگی هستند، زیرا در نواحی فوق با پتانسیل بالای خوردگی قرار دارند، اما بخش هایی از شمع ها که زیر آب واقع شده اند، به دلیل کمبود اکسیژن در زیر آب، دچار خوردگی کمتری می شوند.

اعضایی مانند سرشمع ها، تیرها و عرشه ها در محیط دریایی فعال و در جایی که امواج و پاشش اتفاق می افتد، نسبت به محیط های با آسیب کم تر، نوعا تخریب های جدی تری را متحمل می شوند. به همین دلیل در سازه باراندازهای ساحلی، اعضای نزدیک به خشکی دچار تخریب های بیشتری نسبت به اعضای دورتر از ساحل هستند. در واقع وقتی ضربه امواج به شیب ساحل و دیوار ساحلی برخورد می کند، اسپری های مملو از یون های کلرید مستقیماً پرتاب شده و به این اعضاء برخورد می نمایند. نوع اسکلت سازه نیز نقش مهمی را در روند پیشرفت خوردگی بازی می کند. مثلاً باراندازهای با عرشه تخت که سطح زیرین آن ها فاقد سر شمع یا تیرهایی است که به وضوح دیده شوند، نسبت به باراندازهای رایج دارای عرشه های با سر شمع و تیر، خوردگی کمتری را دارند. علت این امر در کاهش گوشه های در معرض محیط است. گوشه های سازه ای به دلیل امکان نفوذ بیشتر کلر از دو وجه آنها و همچنین نیاز به فشار کمتر جهت تخریب سازه ای ناشی از احاطه نبودن کامل، با سرعت بیشتری دچار خوردگی، آسیب و تخریب می گردند.

خرابی بتن

تخریب سازه های دریایی بتنی ممکن است ناشی از اثرات فیزیکی یا شیمیایی آب دریا بر روی آنها باشد. خوشبختانه تجزیه بتن توسط خودش منجر به آسیب وسیع به سازه های مدرن نشده است ولی به هر حال از بین رفتن و آسیب پوشش بتنی روی میلگردها، عامل اصلی تشدید خوردگی فولاد روی بتن است. خرابی بتن امر بسیار پیچیده ای است، به دلیل آن که به پارامترهای متعددی بستگی دارد که به آسانی قابل تفکیک از یکدیگر نیستند و بسته به ترکیب مواد و محیط با درجات و شدت های متفاوتی عمل می نمایند.اگر سازه کاملاً غوطه ور باشد، آسیب مصالح در اثر آب دریا اساس مربوط به فرآیند شیمیایی است. در ناحیه پاشش، خرابی و آسیب دارای ماهیت شیمیایی و فیزیکی است. عمل مکانیکی موج ها، تورم و انقباض ناشی از تر و خشک شدن متناوب، شرایط جوی (باد، تابش مستقیم آفتاب، یخ زدگی) و خوردگی الکترو شیمیایی میلگردهای فولادی فرآیندهای فیزیکی هستند که با فرآیندهای مخرب شیمیایی جمع شده اند. تخریب بتن غوطه ور در آب به عواملی چون تشکیل ترکیب اترینگایت، واکنش قلیایی- سیلیسی و خوردگی محدود می گردد و بتن در ناحیه پاشش و ناحیه جوی در معرض پدیده یخ زدن و آب شدن نیز هست.