تحقیق مقاله آسیب شناسی بتن

پیشگفتار

   ایران یکی از قدیمی ترین گاهواره های تمدن است و معماری و شهرسازی، دست کم از چهار هزار سال قبل در این سرزمین متداول بوده است.

   آثار شامخ معماری و بقایای قصرها و شهرهای باستانی و دوام و بقای شگفت انگیز تعدادی از کهن ترین نمونه های ساختمانی و شهرسازی حکایت از تطّور و شکوفایی این فن ظریف و زیبا در کشور ما می کند. هنوز بیگانگان با شگفتی و اعجاب از ویرانه های در خور مباهات تخت جمشید دیدن می کنند. ساختمانها، میدانها، مساجد و گلدسته های شهر نام آور اصفهان در صدر فهرست جاهای دیدنی و مورد توجه سیاحانی قرار دارد که هر سال راهی خاور زمین می شوند.([1])

سرٌ پایداری شگرف این آثار باستانی و تاریخی که در موارد عدیده ای حتی در خور استفاده برای مردم این روزگار هستند، مانند شبستان و صحن مساجد قدیمی چند صد ساله شیراز و اصفهان و از مهمتر آستان قدس رضوی و امثالهم را باید در کوشندگی، دقت نظر، انتخاب مواد و مصالح مناسب و بادوام و موشکافی سازندگان آن جست که طبعاً وقوف و تبحرشان را در فن معماری بیان می کند.

طی شصت سال اخیر فن معماری و ساختمان و شهرسازی در ایران دگرگون شد. پس از یک دوره دویست ساله فترت که آشوبها و جنگهای داخلی و خارجی به معماران ایرانی فرصت خلق آثار بی همتایی مانند ساخته های دوران صفوی را نمی داد، به تدریج با شکل گیری دانش نوین معماری در ایران، تحصیل و تجربه دانشجویان ایرانی در خارج و تأسیس دانشکده های فنی و مهندسی، احداث ساختمان و سازه وارد مرحله تحول نوینی شد و چهرهء شهرهای ایران دگرگون شد. آمیزه هایی از سبکهای معماری باستانی-اسلامی و اروپایی در ساختمانهای رفیع و با عظمت دولتی، بانکها و شهرسازی پدید آمد. می توان پذیرفت که مهندسان ساختمانی و شهرسازی اروپایی مانند آلمانها، ایتالیاییها، چکها و فرانسویها که در خلال سالهای 13201310 در فعالیتهای ساختمانی ایران به کار گمارده شده بودند، گامهای نخستین را برداشتند. پیش از آن در دوران قاجار، گرچه آثاری به وجود آمد، امٌا این آثا هرگز به پای دوران صفوی نمی رسید و از دیدگاه بعضی از آگاهان، نشانهء انحطاط فن معماری اصیل ایران به شمار می رفت.

مهندسین اروپایی با شناخت و کاربرد ظریف معماری کهن ایرانی و نگرش به سبکهای عصر هخامنشی و ساسانی و تلفیق آن با معماری صفوی، زیبایی و اصالت معماری ایرانی را جلوه گر ساختند.

هنوز یک دهه به پایان نرسیده، مهندسین جوان ایرانی که به تدریج جایگزین بیگانگان می شدند بسیار شتابان و پر امید، مراحل بعدی را پیمودند و نتیجه آن هزاران سازه است که چهرهء مناطقی از کشور را دگرگون ساخته است. چهره ای که در خور مقایسه با سیمای معماری و شهرسازی در صد سال پیش نیست و نه تنها از نظر ظاهر بلکه از نظر استحکام و پا برجا ماندن ساختمان و مقاومت در برابر بلایایی چون زلزله در خور توجه است.

در طول همین دهه بود که با آغاز فعالیتهای گسترش ارتباطات دریایی نظیر احداث بنادر جنوب و شکل گیری شهرهای بندری مانند خرمشهر، بندر جدیدالاحداث شاهپور (امروزه امام خمینی)، بندر جدید بوشهر، بندر جدید انزلی، بندر جدید شاه (امروزه ترکمن) و ساخت اسکله های گوناگون، موج شکن، بارانداز و غیره در این بنادر، توجه به سازه های بتنی دریایی متداول گردید.

برای آنکه نویسنده، متهم به قضاوت یک جانبه نشود توجه خواننده را به کتاب جالب و خواندی روزنامه اعتماد السلطنه([2]) حاوی یادادشتهای مرحوم اعتماد السلطنه محمدحسن خان وزیر انطباعات دوران اخیر ناصرالدین شاه جلب می کنم.

نویسنده یادداشتها که یادداشتهایش را برای خود و نه برای انتشار در دوران حیاتش می نوشته بارها و بارها از فرو ریختن سقف اتاق خانه خود یا خانه رجال دیگر عصر ناصری بر اثر ریزش برف و باران، فرو ریختن سقف و دیوار خانه خود را نگاشته است. در حالی که نویسنده یادداشتهای مذکور، وزیر احتساب (یعنی شهردار دار الخلافه تهران) نیز بوده است و از نظر اعتبار شخصی و اهمیت مقام، لابد در خانه ای مجلل و آبرومند به سر می برده است؛ حال آنکه در قبال ریزش سقف و دیوار اتاق بر اثر باران و برف مصونیت نداشته است.

توجه به نکته کوچک بالا و نیز این داستان که در دورانهای اخیر تاریخ یعنی عصر ناپدید شدن معماریهای با شکوه باستانی و صفوی، دیوار و حصار شهرهای ایران که از گِل بنا می شده است بنا به عقیده یک صاحب منصب انگلیسی حتی در برابر فشار شدید آب فرو می ریخته است؛ حکایت از آن می کند که از اوایل قرن 19 میلادی، معماری علمی و فنی و مبتنی بر محاسبات و داده های آماری، به مثابه یک ضرورت تام و تمام خود نمایی کرده و هنر و مشخصه معماران ایرانی در این بوده است که با در آمیختن سنت و صنعت و زنده کردن نمادهای کهن معماری اصیل ایرانی، از دستاوردهای تکنیک نوین نیز بهره مند شوند.

******

تخصص نگارنده، آسیب شناسی و بهسازی (ترمیم، تعمیر، مرمت و تقویت) سازه های بتنی است که برهه هایی طولانی از جوانی خود را بر سر توشه اندوزی از آن دانش گذارده و با توجه به اهمیت بتن در صنایع راه و ساختمان امروز کشور و در جهت بهینه سازی و حفظ و حراست سازه های بتنی، سخن گفتن از آن را ولو به اجمال بی مناسب نمی داند.

عنوان «آسیب شناسی و بهسازی سازه ها» که ظاهراً شامل بیش از چهار پنج واژه نیست، مفاهیم عمیق و گسترده و پیچیده ای را زیر پوشش دارد که عبارتست از:

مطالعه، تحقیق، آزمایش، بررسی، آسیب شناسی، ارائه طرح، نظارت، اجرا در خصوص تعمیرات، تعمیر، مرمت، بهسازی، حفاظت، احیا، تثبیت، آماده سازی سطوح (از قبیل سند بلاست، گریت بلاست و اترجت، اسید شویی)، آب بندی، بازیابی، آسیب درمانی، حل مشکل نفوذ پذیری، تزریق، تقویت و تعمیرات زیر آبی، در رابطه با کلیه سازه های صنعت راه و ساختمان اعم از فنداسیون- سد- پل- تونل- معادن- اسکله و بندر- سازه های دریایی و نفتی- ابنیه تاریخی و مذهبی و باستانی، ساختمانهای سنگین بتنی و فلزی، تأسیسات آبیاری و زهکشی استخرها و منابع آب و مایعات خورنده (شیمیایی، فاضلاب صنعتی)، تأسیسات فاضلاب- کشتارگاهها- سردخانه ها- کارخانجات و مراکز تولیدی با کف مخصوص- مترو- نیروگاهها- شمع و پایه- فرودگاهها- موج شکن- حوضچه های خشک- کانالها و مخازن بتنی و فلزی- سیلوها- سازهای بتنی پیش تنیده و پس تنیده- ابنیه دیوارهای ساحلی- استادیومها- راه و راه آهن ... که در اثر نفوذ نمکها، حملات کریدی و سولفاتی، اکسیداسیون، کربناسیون، مواد شیمیایی مخرب، چربیها، انبساط و انقباض، عوامل جوی و محیطی، سایش خطاهای طراحی، خطاهای اجرایی، آتش سوزی، تصادفات، بار و ضربه های پیش بینی نشده، حوادث غیر مترقبه و ... آسیب دیده یا خواهد دید، با استفاده از مواد: کانی، پوزولانی، سرباره ای، سیلیسی (سیلیکافیوم...)، مواد شیمیایی از قبیل پلیمری (آکریلیک، استایرن، بوتادین)، لاتکس، مواد ازدیاد کننده حجم، الیاف مصنوعی، سیمانها یا چسبهای مخصوص، با به کارگیری روشهای دستی و مکانیکی پیشرفته معمول در صنعت راه و ساختمان و روشهای تخصصی از قبیل شاتکریت (بتن پاشی) پلیمراسون، حفاظت کاتودی، بخیه زدن، تزریق تَرکها و انجام کلیه آزمایشهای مربوط به موارد فوق الذکر.

از سوی دیگر کشور ما از اقلیم (آب و هوای) متنوع و متغیری برخوردار است. در زمستان، در بعضی نقاط شمالی ایران برفهای سنگین و سرمای سخت مشاهده می شود. در همان روزها که برف ارتباط روستاهای دور دست را قطع کرده و تأمین سوخت برای مردم از مسائل مبتلا بِه دایمی است، در جنوب کشور می توان تن به آبهای گرم خلیج فارس سپرد و در هوایی گرم و مطبوع به شنا پرداخت.

این چند گونگی آب و هوا، طبعاً نیاز به سازه های متنوع و متفاوت از نظر مصالح و موارد مصرفی، طراحی و اجرا را الزامی می دارد. هنوز دو دهه از بنا کردن دهها بندر و پل و اسکله و صدها آپارتمان و ویلا و دهها قصر و بازار و بازارچه در کرانه های شمالی خلیج فارس نگذشته، آثار اقلیم شرجی بر بیشتر این سازه ها پدیدار شده و نتیجتاً هزینه سنگینی برای بازسازی و بهسازی آنها، مورد نیاز می باشد.

هدف از نگارش این کتاب دقیقاً پرداختن به این مشکلات است که در مواردی به صورت مبهمات جلوه گر می باشد. به دلیل جدید بودن موضوع حتی در سطح جهانی، در بیان معرفی علل آسیب دیدگی و خرابی سازه های بتنی و راههای مرمت آن در زبانهای دیگر نیز مراجع زیادی یافت نمی شود و طبیعی است که این اولین کتابی است که در این خصوص به زبان فارسی به نگارش در می آید. به طور کلی می توان ادعا کرد که مستندات و مدارک در این خصوص بسیار نایاب و در حکم هیچ است. جای آن داشت که در این مورد گامهایی چند، ولو اولیه برداشته شود و میدان برای سخن گفتن در این بابِ نو گشاده گردد.

با اینکه موضوع و محتوای این کاتب کاملاً تخصصی است و معمولاً برای تشخیص دقیق علت یا علل آسیب دیدگی و انتخاب مواد و گزینش روشهای بهینه و بسنده برای بهسازی، سازه های بتنی باید از متخصصین بهره جست ولی چه جای درنگ و کوتاهی که در این خصوص به ارائه مدارک کتبی و رهنمودهای  ولو نخستین نپردازیم و برای دانشجویان، مهندسان و مدیران و حتی معماران سنتی که عملاً به تلاش در این راه اشتغال دارند مطالب خواندنی و درخور توجه را فراهم نیاوریم.

نگارنده یقین دارد که در آینده نه چندان دور، تعداد دست اندر کاران فرهیخته و تحصیلکرده در صنعت راه و ساختمان در ایران، این سرزمین پهناوری که در جهت افزوده شدن چندین میلیون سازه و ساختمان کاملاً آمادگی دارد چندین صد برابر خواهد شد و پاسخگویی به نیازهای مختلف جمعیت صد میلیونی آن در سه دهه آینده، اقتضا خواهد کرد که معماری سازه و ساختمان دوران شکوفایی طلایی خود را آغاز کند.

در چنان شرایطی است که بی گمان روزی خواهد رسید بنٌای ساده ما نیز ارزش مطالعه و روی آوردن به سنگپایه های علمی و تجربی مبتنی بر چرخهء فزاینده تکنیک را در خواهد یافت.

از این رو کوشیدم تا به زبان ساده و بدون وارد شدن به جزئیات و ذکر فرمولهای مربوط به کنش و واکنش، فرمولهای ریاضی، فیزیکی و شیمیایی که مصداق مثنوی هفتاد مَن خواهد شد، اطلاعاتی در اختیار علاقمندان قرار دهم.

در حقیقت کاتب به مثابه رهنمود و مدرک مفیدی برای کلیه مدیران و دست اندر کاران صنعت بتن کشور خود برانگیزاننده مباحث جدید و مشوق نویسندگان و محققان بعدی در آفرینش آثار آتی به شمار خواهد رفت.

تجربه های طولانی نویسنده در زمینه های مشاوره و اجرایی آسیب شناسی و بهسازی سازه های بتنی در ایران و خارج از کشور این واقعیت ذهنی پایدار را در مفکره اش شکل بخشیده که بسیاری از مهندسین رشته های راه و ساختمان به یک دلیل عمده و اساسی یعنی تدریس نشدن این رشته در دوران تحصیل در دانشکده و نیز جدید بودن مواد شیمیایی مورد مصرف در امور بهسازی سازه های بتنی آشنایی کافی با مطالب عنوان شده مندرج در این کتاب ندارند و اصولاً این رشته علمی در جهان و به عبارت اولی ایران، نوپا و ابتدایی می باشد.

از سوی دیگر با توجه به جمعیت فزاینده کشور، روز به روز نیاز به مسکن و شهرکها و مجتمعات مسکونی، پلها، راهها و شاهراههای ارتباطی، بنادر و اسکله بیشتر و مبرم تر خواهد شد و نیز نباید از یاد ببریم که همزمان با اختصاص بودجه های کلان به پروژه های عمرانی در کشورهای پیشرفته و در حال توسعه در سطح جهان، در خاک پهناور ایران نیز با توجه به سیاست سرمایه گذاریهای حال و آتی در حواشی خلیج فارس، حتی علیرغم کمبود آب، میلیونها هکتار اراضی وجود دارد که در قرن آینده بر حسب اجبار و احتیاج به مراکز تجمع و فعالیت بدل خواهد شد. مقایسه زودگذر جمعیت شهرهای ایران در حال حاضر با گذشته نزدیک حتی چهل یا پنجاه سال پیش و نگاهی سطحی به نقشه تقسیم بندی سیاسی و استانهای ایران در سال 1316 و تطبیق آن با سال1372 و وضع خاص دموگرافی کشور، صحت ادعای نگارنده را به ثبوت می رساند.

در ایران فرصتهای نامتناهی درخشانی برای صنعت راه و ساختمان و شکل گیری مجتمعات مسکونی و صنعتی و تجاری و ارتباطی و شهرهای جدید وجود دارد. در این راستاست که مهندسین آینده، هرگاه بدون آشنایی کافی با مطالب آورده شده در این دانش جدید یعنی آگاهیهای لازم از نحوه عملکرد سیستمهای انتخابی و روشهای پیشنهادی در محیط کاملاً متفاوت کشورمان گامی بردارند و اقدام به کپی موارد مذکور از بعضی از استانداردها یا نشریات پراکنده نمایند و از طرف دیگر مدیران مسؤول پروژه ها بدون در دست داشتن منابع اطلاعاتی کافی تن به قبول پیشنهادهای آنان دهند؛ فرجام کار تحمل هزینه های کلان و ضایعات جبران ناپذیر خواهد بود.

نویسنده در کنفرانس بین المللی بتن که در آبان ماه 1371 در دانشگاه تهران برگزار شد در خصوص «تعمیرات بتنی؛ انتخاب بهینه روش و مواد» به مواردی اشاره نموده و تکرار آن مواد مطروحه را لازم نمی داند ولی امید وافر دارد که این زمینه جدید و در خور تحقیقات و بررسیهای متوالی و ممتد مورد توجه جامعه صنعت بتن کشور از جمله دانشجویان، مهندسین و مدیران پر تلاش قرار گیرد و راه برای آینده شکوفایی که در انتظار صنعت راه و ساختمان کشور است هموار گردد.

در خاتمه آرزو و انتظار دارد خوانندگان فرهیخته و ارجمند این کتاب پس از مطالعه با ارسال نظرات جالب و ارزنده خویش بر نگارنده منت گذارند تا محتوای کتاب در چاپهای بعدی با پر باری و ارزش بیشتر ایده گرفته از نتایج تحقیقات و تجارب و آزمایشها و رهنمودهای دوستان گرامی از نظر نکته سنج خوانندگان بگذرد.

________________________________________

بخش ا ول

علل مختلفی که باعث فرسودگی و تخریب سازه های بتنی می شوند - علائم هشدار دهنده که کار مرمت را الزامی می دارند.

1- علل فرسودگی و تخریب سازه های بتنی

(CAUSES OF DETERIORATIONS)

علل مختلفی که باعث فرسودگی و تخریب سازه های بتنی می شود همراه با علائم هشدار دهنده دیگری که کار تعمیرات را الزامی می دارند، در نخستین بخش از کتاب مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند:

1-1- نفوذ نمکها

 (INGRESS OF SALTS)

نمکهای ته نشین شده که حاصل تبخیر و یا جریان آبهای دارای املاح می باشند و همچنین نمکهایی که توسط باد در خلل و فرج و ترکها جمع می شوند، هنگام کریستالیزه شدن می توانند فشار مخربی به سازه ها وارد کنند که این عمل علاوه بر تسریع و تشدید زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها به واسطه وجود نمکهاست. تر وخشک شدن متناوب نیز می تواند تمرکز نمکها را شدت بخشد زیرا آب دارای املاح، پس از تبخیر، املاح خود را به جا می گذارد.

1-2- اشتباهات طراحی

 (SPECIFICATION ERRORS)

به کارگیری استانداردهای نامناسب و مشخصات فنی غلط در رابطه با انتخاب مواد، روشهای اجرایی و عملکرد خود سازه، می تواند به خرابی بتن منجر شود. به عنوان مثال استفاده از استانداردهای اروپایی و آمریکایی جهت اجرای پروژه هایی در مناطق خلیج فارس، جایی که آب و هوا و مواد و مصالح ساختمانی و مهارت افراد متفاوت با همه این عوامل در شمال اروپا و آمریکاست، باعث می شود تا دوام و پایایی سازه های بتنی در مناطق یاد شده کاهش یافته و در بهره برداری از سازه نیز با مسائل بسیار جدی مواجه گردیم.