خرابی بتن

بتن تخریب شده و میلگردهای زنگ زده و در معرض قرار گرفته، در پل رودخانۀ وِلَند در راه ملکه الیزابت در آبشارهای نیاگارا، انتاریو.

خرابی بتن ممکن است توسّط علل گوناگونی ایجاد شود. بتن ممکن است در اثر آتش، انبساط سنگدانه ها، تأثیرات آب دریا، خوردگی باکتریال، شسته شدن کلسیم، آسیب های فیزیکی و آسیب های شیمیایی (کربوناسیون، کلریدها، سولفات ها و جریان آب مقطّر) آسیب ببیند. آسیب دیدگی های فوق خود می توانند مسبّب تشدید در معرض بودن بتن برای خرابی های جدید باشند.

انبساط سنگدانه

الگوی ترک خوردگی رایج مربوط به واکنش سیلیسی-قلیایی که منجر به خرابی یک دیوار حفاظ در یک بزرگراه در ایالات متّحده شده است (عکس از ادارۀ فدرال بزرگراهها (وزارت ترابری ایالات متحده آمریکا).

انواع مختلفی از سنگدانه ها دستخوش واکنش هایی شیمیایی قرار می گیرند که منجر به پدیدۀ انبساط مخرّب می شود. در این بین بیشترین شیوع متعلّق به سنگدانه های حاوی سیلیس فعّال است، که می تواند با قلیای موجود در بتن (K₂O و Na₂O که عمدتاً از سیمان هستند) واکنش دهند (در حضور آب). از فعّال ترین کانی های موجود در سنگدانه ها می توان به اُپال، سنگ یمانی، چخماق و کوارتز تیره اشاره کرد. پس از انجام واکنش قلیایی-سیلیسی (ASR)، ژلی منبسط شونده شکل گرفته و ترک های گسترده و خرابی در عناصر سازه ای ایجاد می شود. در سطح روسازی های بتنی، ASR می تواند موجب بیرون پریدگی، به معنای خروج مخروط های کوچک (تا ۳ cm (۱ in) در محدودۀ قطر) مطابق با قرارگیری سنگدانه ها شود.

هنگامی که برخی سنگدانه های حاوی دولومیت مورد استفاده قرار می گیرند، یک واکنش دیدولومیزیشن رخ می دهد، به این ترتیب که ترکیب کربنات منیزیم با یون های هیدروکسیل واکنش داده و هیدروکسید منیزم و یون کربنات تولید می کند. انبساط حاصله ممکن است موجب خرابی ماده شود. بخش به مراتب کمتری از بیرون پریدگی های روسازی نیز به دلیل وجود پیریت، که سولفید آهنی است که موجب بروز انبساط با تشکیل دادن اکسید آهن و اترینگایت می شود، هستند.

واکنش ها و بازکریستالیزه شدن های دیگری نیز از قبیل هیدراسیون کانی های رسی در برخی از سنگدانه ها می تواند منجر به انبساط مخرّب شود.

خوردگی میلگردها

مثالهایی از قسمت های تخت جداشده از بتن با میلگردهای زیر آن، پل رودخانۀ وِلَند در راه ملکه الیزابت در آبشارهای نیاگارا، انتاریو.

گسترش محصولات خوردگی (اکسیدهای آهن) میلگردهای فولاد کربنی سازه های مسلّح ممکن است تنش های مکانیکی ایجاد نماید که می تواند منجر به پیدایش ترک ها و گسیختگی سازۀ بتنی شود. اگر میلگردها به صورتی بد جاگذاری شوند و نزدیک به سطح بتن، در تماس با هوا، قرار داشته باشند، پوسته شدن به راحتی رخ می دهد؛ به این معنا که قسمت های تختی از بتن توسّط خوردگی میلگردها جدا شده و ممکن است بیفتند.

آسیب شیمیایی

کربناسیون

نوشتار اصلی: کربوناتسیون

زوال بتن شروع شده توسّط کربوناسیون در هیپودروم وِلینگتون، بلژیک.

کربن دی‌اکسید موجود در هوا می تواند کلسیم هیدروکسید موجود در بتن واکنش داده و کلسیم کربنات تولید کند. این فرایند کربناسیون نامیده می شود، که در اصل عکس فرایند شیمیایی کلسیناسیون آهک است که در کورۀ سیمان رخ می دهد. کربوناسیون بتن فرایندی کند و ادامه دار از سطح خارجی به سمت درون است، امّا با افزایش عمق نفوذ کندتر می شود.

کربوناسیون دو نتیجه به همراه دارد: باعث افزایش مقاومت مکانیکی بتن می شود، ولی همچنین قلیاییت را که برای جلوگیری از خوردگی میلگردهای فولادی ضروری است، کاهش می دهد. در یک مقدار pH کمتر از 10، لایۀ نازک رویینگی سطحی حل شده و خوردگی پیش می رود. به دلیل نتیجۀ دوم، کربوناسیون پدیده ای ناخواسته در شیمی بتن است. این مورد را می توان با به کار بردن محلول فنول فتالئین، که یک معرّف pH است، بر روی سطحی تازه شکسته آزمایش کرد؛ که سطوح کربوناته نشده و بنابراین قلیایی را با رنگ بنفش نشان می دهد.

کلریدها

کلریدها، به طور خاص کلسیم کلرید، برای کاهش زمان گیرش بتن استفاده می شوند. با این حال نشان داده شده است که کلسیم کلرید و (به مقدار کمتری) سدیم کلرید کلسیم هیدروکسید را خارج کرده و باعث تغییرات شیمیایی در سیمان پرتلند می شوند. این امر به کاهش مقاومت به همراه حمله به فولاد در اکثر بتن های مسلّح می انجامد.

سولفات ها

سولفات هایی که به صورت محلول هستند، در تماس با سیمان می توانند باعث ایجاد تغییرات شیمیایی در سیمان شوند، و این موضوع ممکن است تغییرات ریزساختاری قابل توجّهی را به دنبال داشته باشد که منجر به ضعیف شدن چسب سیمان می شود (حملۀ شیمیایی سولفات). محلول های سولفات همچنین می توانند موجب آسیب دیدن مصالح سیمانی متخلخل از طریق کریستال شدن و دوباره کریستال شدن شود (حملۀ نمک). سولفات ها و سولفیت ها در محیط طبیعی در همه جا حاضر هستند و از منابع متعدّدی مانند سنگ گچ (ژیپس یا کلسیم سولفات) که معمولاً به عنوان افزودنی در سیمان حاوی خاکستر بادی موجود است، به وجود می آیند. به استثناء باریوم سولفات، اکثر سولفات ها به مقدار کم یا زیاد در آب حل می شوند. این محلول ها در باران اسیدی، که سولفور دیاکسید موجود در هوا در باران حل می شود، موجودند. در هنگام رعد و برق، دی اکسید با اکسیدشدن به تری اکسید تبدیل شده که باعث می شود سولفوریک اسید موجود در باران بیشتر اسیدی شود. زیرساخت های فاضلاب معمولاً با سولفات به وجود آمده از اکسید شدن سولفید هنگامی که باکتری ها گاز هیدروژن سولفید موجود را به یون های سولفید (-S) یا بای سولفید (-HS) تبدیل می کنند، خورده می شوند. این واکنش قابل بازگشت است، هم اکسیداسیون ناشی از در معرض هوا بودن و هم فاضلاب های سطحی با اکسیژن آمیخته؛ که منجر به تولید یون های سولفیت یا سولفات و یون های هیدروژن اسیدی در واکنش HS^- + H₂O+ O₂ -> 2H⁺ + SO₄^- می شود. خوردگی به وجود آمده در تاج (بالای) مجراهای بتنی فاضلاب مستقیماً به این فرایند مربوطند، که به خوردگی تخریب تاج شناخته می شود.