وبلاگ

پدیده واکنش قلیایی سنگدانه ها واکنشی است  شیمیایی که بین  یون  هیدروکسید که به صورت هیدروکسید  سدیم و پتاسیم  در  سیمان  پرتلند  یافت  می شود و در بعضی از انواع سنگدانه های موجود در  بتن اتفاق می افتد . آب  نیز به عنوان یکی  از  مواد  اصلی بتن نقش یک  کاتالیزور  را در واکنش ایفا کرده و باعث تسریع واکنش می شود .
این واکنش سبب تورم بتن ، ترکهای ریز و در نهایت ترکهای قابل رویت  در بتن می شود . این اثر در  بتن توده  بیشتر قابل ملاحظه  می باشد . این واکنش می تواند  در  دراز  مدت  روی  بهره برداری سازه اثر بگذارد . سازه هایی چون  نیروگاه های برق آبی- سدهای بتنی –  پل ها – دال ها – که در شرایط مناسب  برای انجام این  واکنش  قرار دارند و مانند اینها می توانند تحت تاثیر این واکنش قرار گیرند .
2-1- انواع واکنش قلیایی سنگدانه ها
1-2-1- واکنش قلیایی سیلیسی
این نوع واکنش که شایعترین نوع واکنش سنگدانه هاست بین یون هیدروکسید موجود در سیمان و سنگدانه های سیلیسی ̨  سیلیسی چخماقی ̨  بلورهای آتشفشانی ومانند اینها اتفاق می افتد.
در طی  این نوع واکنش یک ژل سیلیکاتی  در بتن ایجاد می شود  که قابل  انبساط است و سبب تورم و ترک بتن  می شود . در  صورتی  که  میزان  سنگدانه هایی که از  موادی  چون  شن چرتی تشکیل شده اند در بتن بین 1تا 5 درصد باشد انبساط بتن سریعترشده و پس از 10 سال ترکهایی در بتن دیده می شود.
2-2-1- واکنش قلیایی سلیس- سیلیکات
این نوع واکنش قلیایی بیشتر به دلیل وجود کوارتز رخ می دهدو طی آن علاوه بر بتن ̨  سنگدانه های درشت  بتن نیز دچار انبساط می شوند . در این نوع واکنش پس از گذشت بیش از  20 سال ترکهای بتن قابل رویت است .
3-2-1- واکنش قلیایی کربنات
این نوع واکنش بین سنگ آهک دولومیت و یون هیدروکسید اتفاق می افتد . فراوانی این واکنش نسبت به دو نوع قبل کمتر است و در آن ترکهایی پس از حدود 5 سال در بتن قابل رویت است .
3-1- مکانیسم واکنش قلیایی سنگدانه ها

1-3-1- واکنش قلیایی سیلیسی (ASR )
واکنش ASR  یک  فرایند  چند مرحله ایست . از آنجا که  سیلیس در PH  بالا  ناپایدار است واکنش با حل شدن سیلیس موجود  در سنگدانه ها آغاز  می شود . در این مرحله یون هیدروکسید موجود در قلیای سیمان  به گروه سیانول Si-OH  و  پیوندهای Si-O-Si  شبکه کریستال سیلیکا حمله می کند . فرایند مرحله اول واکنش به طور خلاصه به صورت زیر نشان داده می شود :
در واکنش اول پیوند سیلیکسان  شکسته  و پیوندهای سیانول  شکل میگیرد . این پیوندها با یون هیدروکسید واکنش میدهند . در محیطی که یون   کم باشد  بار منفی حاصل از  واکنش دوم با یون های قلیایی  و  توازن ایجاد می کند . مکانیسم مرحله  دوم  واکنش که  سبب تولید مواد قابل تورم می شود هنوز به خوبی شناخته نشده است . اما به نظر می رسدکه یونهای نامحلول محیط در حفره های  ریز و ترک ها  پخش شده و محصولاتی چون ژل و رسوب و حتی کریستال تشکیل می دهند .
تشکیل ژل سیلیکاتی باعث به وجود آمدن فشار داخلی فزاینده در بتن می شود . این فشار داخلی می تواند ناشی  از  جذب آب یا فشار اسمزی باشد . در تمامی موارد  همین  فشار داخلی است که سبب تورم و انبساط بتن می شود .
واکنشهای  فوق  الذکر تحت  تاثیر عواملی  چون  حرارت  و رطوبت نسبی  و  قابلیت  واکنش پذیری سنگدانه ها قرار دارد  که  به  اختصار  توضیح داده خواهند شد . مکانیسم ASR وابسته به دماست . بدین معنی که هر چه دما بالاتر باشد فرایند سریعتر رخ می دهد و در دماهای خیلی پایین ممکن است واکنش متوقف شود .
این اثرناشی ازآن است که هر دو  فاز مکانیسم  یعنی حل  شدن  سیلیس و تشکیل ژل  سیلیکاتی تحت تاثیر دما قرار دارند .
رطوبت لازمه ASR است . چرا که  هم نقش  حلال  سیلیس را دارد  و هم محیطی برای پخش یونها در حین واکنش فراهم می کند که سبب پیشرفت واکنش ASR در سازه می شود .
میکرو ترکهای ناشی از تورم ASR  ابتدا  پیشاپیش  جبهه  موثر واکنش دیده  می شود . فشاری که تورم ASR در پشت این بخش به وجود  می آورد با تنشهای کششی که در سازه ایجاد می شود خنثی می گردد . در نهایت این تنشهای کششی بر مقاومت کششی بتن غلبه کرده و پاره ای خرابیها در سازه ایجاد می کند .
بنابراین مکانیسم کلی ASR به صورت زیر بیان می شود:
1- حل شدن مشتقات سیلیس که در محیط قلیایی (PH بالا ) ناپایدار هستند.
2- انجام یک سری واکنش و رسیدن سیستم به پایداری شیمیایی
3- به وجود آمدن محصولاتی نظیر ژل سیلیکاتی و میکرو کریستال ناشی از واکنش 
4- تورم بتن و یا سنگدانه ها در اثر جذب محلول حاوی ژل و نیز تورم خود ژل
5- به وجود آمدن فشار زیاد در حدود 5 تا 6 مگا پاسکال در سیمان مجاور
6- ایجاد ریز ترک در سیمان بتن
7- انبساط بتن
8- ترک در بتن