ASR چیست؟
واکنش‌پذیری قلیایی–سیلیسی (Alkali–Silica Reaction) یک واکنش شیمیایی میان قلیاهای موجود در سیمان و سیلیس واکنش‌پذیر برخی سنگدانه‌هاست که موجب تولید ژل منبسط‌شونده و ترک‌خوردگی تدریجی بتن می‌شود. این پدیده در بسیاری از سازه‌های عمرانی جهان گزارش شده و به دلیل اثرات مخرب طولانی‌مدت، “سرطان بتن” نامیده می‌شود.
واکنش‌پذیری قلیایی–سیلیسی چیست؟
واکنش‌پذیری قلیایی–سیلیسی یا ASR یکی از مهم‌ترین عوامل کاهش دوام بتن محسوب می‌شود و با وجود بیش از ۷۰ سال تحقیق همچنان در سازه‌های مهم و عمرانی مانند سدها، پل‌ها، سازه‌های نیروگاهی و روسازی‌ها مشاهده می‌شود. این واکنش در اثر برخورد قلیاهای موجود در سیمان با سیلیس واکنش‌پذیر موجود در سنگدانه‌ها رخ می‌دهد و می‌تواند باعث انبساط و ترک‌خوردگی بتن شود.
در ادبیات فنی بتن، ASR به دلیل اثرات طولانی‌مدت و مخرب آن بر سازه‌ها، به‌عنوان «سرطان بتن» نیز شناخته می‌شود.
ASR چگونه رخ می‌دهد؟
بر اساس تعریف ACI، این واکنش زمانی رخ می‌دهد که قلیای موجود در سیمان (سدیم و پتاسیم) با سیلیس موجود در برخی سنگدانه‌ها واکنش داده و محصولی ژل‌مانند تولید کنند. این ژل پس از جذب رطوبت منبسط شده و موجب ایجاد تنش، ترک‌خوردگی و در نهایت کاهش عملکرد و مقاومت بتن می‌شود.
ترک‌های ناشی از ASR اغلب زمینه را برای تشدید سایر فرآیندهای تخریب از جمله خوردگی میلگردها و آسیب‌های ناشی از چرخه یخ‌زدگی–ذوب فراهم می‌کنند.
نکات مهم درباره ASR
دانسته‌های موجود درباره ASR نشان می‌دهد:
-
این واکنش بسیار کند است و ممکن است چندین سال پس از ساخت ظاهر شود.
-
محصولات واکنش باعث انبساط و ترک‌خوردگی تدریجی بتن می‌شوند.
-
ASR تاکنون در بیش از ۶۰ کشور جهان مشاهده شده است.
-
در آمریکا تا سال ۲۰۰۳، ۴۰ ایالت وجود پدیده ASR را گزارش کرده‌اند.
-
در فرانسه ۵۰۰ پل و ۵ سد تحت تأثیر ASR قرار گرفته‌اند.
-
این پدیده نگرانی‌های جدی به‌ویژه در نیروگاه‌های هسته‌ای و سدها ایجاد کرده است.
تشخیص میزان ASR نیز چالش‌برانگیز است، زیرا:
-
همه سنگدانه‌های واکنشی رفتار یکسان ندارند.
-
واکنش در سازه‌های موجود به سختی قابل سنجش است.
-
پیش‌بینی میزان افزایش آسیب در آینده دشوار می‌باشد.
هزینه‌های بازسازی و تعمیر
وجود ASR می‌تواند هزینه‌های سنگینی به دنبال داشته باشد. برخی نمونه‌ها:
-
پایگاه هوایی جزیره چَنل (آمریکا): 16 میلیون دلار برای تعویض بخش آسیب‌دیده.
-
فرودگاه بین‌المللی دنور: 10 تا 30 میلیون دلار برای هر باند.
-
نیروگاه مکتاکواک: حدود 6 تا 7 میلیون دلار هزینه سالانه برای کاهش اثرات.
-
پل مونا پوینت، استرالیا: بیش از 5 میلیون دلار برای تعمیر و نگهداری.
چالش‌های کنترل ASR در سازه‌های موجود
اثربخشی بسیاری از روش‌های اصلاحی نسبی و محدود است، از جمله:
-
تزریق نیترات لیتیوم ممکن است به عمق کافی نفوذ نکند.
-
درزگیرها و پرکردن ترک‌ها همیشه مانع ورود رطوبت نمی‌شوند.
-
برش بتن، تنها فضای آزاد برای انبساط ایجاد می‌کند و واکنش را متوقف نمی‌سازد.
-
مهار یا محصورسازی می‌تواند میزان انبساط را کم کند اما ممکن است عملکرد سازه‌ای را تحت تأثیر قرار دهد.
روش‌های آزمایش ASR
به دلیل اینکه ASR در محیط واقعی طی سال‌ها بروز می‌کند، آزمایشگاه‌ها با افزایش دما و شرایط واکنش، فرایند را تسریع کرده و امکان ارزیابی سریع‌تر را فراهم می‌کنند.
چهار روش استاندارد متداول در آمریکا:
-
ASTM C1293: آزمایش تغییر طول بتن با گذر زمان.
-
AASHTO T380 (MCPT): ارزیابی واکنش‌پذیری بالقوه و عملکرد کاهش‌دهنده‌ها.
-
ASTM C1260: روش تسریع‌شده برای ارزیابی واکنش‌پذیری سنگدانه‌ها.
-
ASTM C1567: بررسی تأثیر مواد سیمانی مکمل بر کاهش ASR.
در کنار این روش‌ها، ASTM C295 و استانداردهای AASHTO R80 و ASTM C1778 توصیه‌هایی برای تشخیص سنگدانه‌های واکنش‌پذیر و انتخاب راهکارهای جلوگیری از انبساط ارائه می‌دهند.
آیا می‌توان از ASR جلوگیری کرد؟
بله. با انتخاب صحیح اجزای بتن می‌توان از ASR پیشگیری کرد. راهکارهای معمول:
-
استفاده از سنگدانه‌های غیرواکنشی
-
استفاده از سیمان کم‌قلیا
-
بهره‌گیری از مواد سیمانی مکمل مانند:
-
خاکستر بادی
-
سرباره
-
میکروسیلیس
-
-
افزودن نیترات لیتیوم به عنوان مهارکننده واکنش
ASR در سازه‌های موجود
در سازه‌هایی که ASR در حال توسعه است، ارزیابی دقیق و علمی با استفاده از:
-
میکروسکوپ الکترونی روبشی
-
مقاطع نازک سنگ‌نگاری
-
پراش پرتو ایکس
می‌تواند میزان پیشرفت واکنش و نیاز به اقدامات اصلاحی را تعیین کند.
جمع‌بندی
ASR یک پدیده شیمیایی پیچیده و پنهان است که می‌تواند در بلندمدت به تخریب عمیق بتن و کاهش عمر سازه منجر شود. با این حال:
-
تشخیص اصولی
-
انتخاب مناسب مواد
-
آزمایش استاندارد پیش از ساخت
-
به‌کارگیری روش‌های مهندسی دقیق
می‌تواند از بروز یا گسترش این پدیده جلوگیری کند.
