ساختار متخلخل بتن قابليت ايستادگي آن را در مقابل عبور سيالات يا گازها، تحت گراديانهاي مختلف تعيين مي كند، يك سيال مي تواند تا عمق كامل بتن تحت يك گراديان بوجود آمده بطور مثال ديواره بتني سازه آبي از جمله سد، مخزن آب و فاضلاب و غيره حركت كند.

مواد مضر (تركيبات) در محيط گازي يا مايع مي توانند به درون بتن بواسطه وجود فشار و غلظت، نفوذ كنند. انتقال از طـريق نفـوذ (انتـشار) بـا پديده تماس (Connection ) مي تواند تشديد شود. گازها و مايعات مي‌توانند همچنين دراثر بوجود آمدن يك گراديان حرارتي كه بين دو سطح مخالف يك عضو بتني در يك سازه با گراديان رطوبتي پديدار شده در جاي جاي بتن (كه داراي يك جسم متخلخل و لوله هاي موئينه است)، حركت كنند.گراديانهاي رطوبتي و حرارتي، انتقال آب (بصورت بخار يا مايع) را به درون بتن تعيين مي كنند و در نتيجه تنظيم كننده ميزان رطوبت در اعضاء سازة بتني هستند. مايعات ضمن حركت، مواد محلول در خود را نيز به همراه خود به ميان بتن منتقل مي سازند.

نفوذپذيري چيست؟

سرعت انتقال مواد از ميان بتن بستگي به ساختار آن دارد. براي مشخص كردن نفوذپذيري يك ساختار، بايد ضريب نفوذپذيري آن تأيين گردد كه عبارت است از ميزان جريان مايع يا گاز عبوري (معمولاَ بر حسب ليتر) در واحد زمان از ميان واحد سطح مقطع، تحت يك گراديان هيدروليكي واحد (نسبت هد، يك متر آب، به مسير عبور، واحد ضخامت بتن بر حسب متر) كه معمولاً بطور كمي نفوذپذيري بتن با ضريب نشت مايع (سيال) مشخص مي شود كه با عوامل نفوذ گاز يا آب با يك شاخص قراردادي تعيين شده و محاسبه مي گردد.

ضريب نفوذپذيري با واحد ذيل بيان مي شود :

نفوذپذيري بتن : سانتيمتر مكعب × سانتيمتر (يا) سانتيمتر مكعب × سانتيمتر × ثانيه× سانتيمتر سانتيمتر مربع × ثانيه × 1 اتمسفر

(Concrete Permeability) :

نفوذپذيري بتن يكي از خواص مهم بتن در رابطه با دوام آن است، كه اين خاصيت، تسهيلاتي را فراهم مي كند كه آب يا سيالات ديگر بتوانند از ميان بتن جريان پيدا کرده و مواد مضر و آسيب رسان را با خود به درون بتن حمل نمايند، به طور مثال :

حمله سولفاتها :

عبارت است از حركت يونهاي سولفات SO3 به داخل بتن و تركيب آنها با آلوميناتها و در نتيجه تورم و تركيدگي بتن در جايي كه واكنش هاي شيميايي مضر اتفاق مي افتد.

کوکاکا ( Webster) , ( Kukacka ) بيان مي كنند كه گازهاي خشك براي اجزاء ساختمان مضر نمي‌باشند، ولي همراه با رطوبت به داخل خمير سيمان نفوذ كرده باعث خرابي بتن مي شوند. هرچند SO2 (Sulfur Dioxide) خشك براي بتن مضر نمي باشد، ولي به هر حال يك واحد حجم آب، 45 واحد حجم گاز را حل مي كند كه محلول اسيد سولفوريك حاصل باعث خرابي بتن مي شود.

در تـأسيسات صنعتـي، در جائيـكه سولفـور دي اكسيـد از دوده آزاد شده و با رطوبت اتمسفر تركيب مي شود، باعث توليد اسيد سولفيدريك

Caco3 + H2SO4 + H2O Caso4 + 2H2O + CO2

(H2SO3) شده كه به تدريج با وجود اكسيژن، اسيد سولفوريك توليد مي شود، و باعث ايجاد باران هاي اسيدي می شود كه براي بتن و فولاد مضر مي باشد. اين واكنشها، عامل اصلي كاهش وزن مخصوص، مقاومت و دوام بتن مي شوندكه با اجزاء آلوميناتي سيمان تركيب شده توليد اترينگايت ( Itrringite ) مي نمايد كه به آلومينات – سولفو، كلسيم معروف است. اتـرينگايت در محلول كلـرور حل شده و در زمان شستشوي سطح بتن از روي آن پاك مي شود و به دلیل تخلخل زياد خلل و فـرجهاي موئينـه موجود در بتن سخت شده بخاطر نسبت آب به سيمان بالا W/C در زمان ساخت بتن و اثر حمله سولفاتها باعث خرابي بتن مي گردد. همچنين مي تواند در اثر سفيدك زدن (Leaching) مداوم، سولفات كلسيم و گچ بوجود آيد.

مكانيزم فيزيكي داشته كه در اثر از دست دادن رطوبت در منافذ موئينه، نمكها غليظ و كريستاله گردند، كه همانند مكانيزم عمل انجماد و ذوب شدن مكانيزم فيزيكي آن سبب ترك خوردگي مي شود. واكنش شيميايي سولفات ها با هيدرواكسيد كلسيم آزادCa(OH)2 ، محصول هيدراسيون تركيب شده ساختار منافذ بتن را تخريب مي نمايد. واكنش يـون سولفـات با فـاز C3A سيمان توليـد اترينگايت حجيم مي نمايد و سبب ترك خوردگي مي شود.

مقاومت در مقابل يخ زدگي :

نفوذ آب به داخل خلل و فرج موئينه، باعث ايجاد تنش در اثر تشكيل كريستالهاي يخ زدگي مي شود.

حمله قليايي ها با مصالح سنگي :

حركت يونهاي قليايي و واكنش با مصالح سنگي در حضور آب منجر به ايجاد ژل متورم مي شود.

ايستادگي در مقابل آتش سوزي :

بيرون زدن بخار آب ژلي (فرار بخار آب) از لايه هاي گرم شده بالاي 105C° باعث قلوه كن شدن بتن و تخريب پوشش روي آرماتورها مي شود.

خوردگي آرماتورهاي فولادي :

نفوذ يون هاي كلر به سطح فولاد و باعث ايجاد خوردگي و ترك خوردگي بتن مي شود

يون كلر با آلومينات تركيب شده توليد كلرور آلومينوم مي نمايد كه مقدار آنرا براي تركيب شدن با گچ يا سولفات ها كاهش مي دهد، در واقع كمك به كاهش تركيبات سولفاته مي شود.

واكنش شيميايي :

تركيب مواد شيميايي با هيدرواكسيد كلسيم و سيليكات كلسيم CSH در مجاورت رطوبت توليد ژل متورم مي‌نمايد كه سبب ترك خوردگي پوشش بتني مي گردد.

ساختمان خلل و فرج :

از آنجائيكه جريان سيالات از طريق سيستم خلل و فرج موئينه صورت مي گيرد، بررسي آزمايش ساختار خلل و فرج داخل بتن ضروري است

Pore Classification

خلل و فرجهاي درون بتن معمولي (Normal Weight Concrete) بخشي از خمير سيمان را تشكيل مي دهند و به لحاظ اندازه حجمي، داراي ابعاد بزرگي هستند.

Pore Size Classification for Cement Paste

دسته بندي خلل و فرج خمير سيمان

در دسته بندي كلاسيك، پيش بيني شده است توسط Power, Brown yard، خلل و فرج ها به دو دسته زير تقسيم مي شوند :

خلل و فرج هاي ژلي (Gel Pores) :

كه به همراه تشكيل محصولات هيدراسيون (ژل سيمان) تشكيل مي شوند كه خلل و فرج ساختاري محسوب مي‌شوند، در حاليكه خلل و فرج لوله هاي موئينه Capillary Pores به عنوان فضاهائي است كه با پر شدن آب بوجود آمده و باقي مي مانند.

خلل و فرج ميكروني (Micro Pores) :

تخلخل ساختاري را تشكيل مي دهند، در حاليكه، دلايل كافي وجود دارد كه شامل خلل و فرج Mesu نيز مي‌بـاشند. خلل و فـرج هاي Mesu و Macro همگي سيستم خلل و فرج لوله هاي موئينه را تشكيل مي دهند.

سيستـم خلل و فـرج در خميـر سيـمان، يك سيــستم ادامـه دار (Continuation) را تشكيل مي دهد كه مي‌توان آن را با سيستم (MIP) Basic Mercury Inmison Porosity اندازه گيري كرد. با ادامه و پيشروي هيدراسيون و يا كاهش نسبت آب به سيمان، حجم و اندازه خلل و فرج موئينه بطور محسوسي كاهش مي يابند.