آب بند بودن ( نفوذ ناپذیری ) بتن عبارت است از مقاومت بتن در برابر هرگونه عامل خارجی که به سطح بتن حمله میکند و ممکن است به داخل آن نفوذ کند. مثل آب ، هوا ، گازهای خارجی اعم از خورنده و غیر خورنده ، مواد شیمیایی با Ph بالا یا پایین و ... . بتون آب بند عاری از ترک خوردگی های سطحی ، لوله های موئینه در داخل به میزان کم یا صفر و دارای خلل و فرج ناچیزی می باشد که نفوذ هر گونه عامل خارجی به بتن را به حداقل رسانده و یا ناممکن ساخته و به اصطلاح بتن آب بند می شود.

در ساخت بتن عوامل بسیاری چون طرح اختلاط نامناسب ، میزان آب به سیمان بالاتر از حد مجاز ، استفاده غلط از مواد افزودنی بتن ، استفاده بیش از حد مجاز از مواد هوازا در بتن ، عمل آوری نا مناسب ، میزان سیمان ناکافی ، دانه بندی نامناسب که در آن شکاف وجود داشته باشد و یا عدم وجود یا میزان ناکافی از سنگ دانه های با قطر مورد نیاز در بتن و ... می تواند منجر به ایجاد خلل و فرج زیاد و در نتیجه افت آب بندی شدید بتن شود.

در ASTM آزمایشی جهت تعیین میزان نفوذ پذیری بتن وجود ندارد ، زیرا نفوذ پذیری مقوله ای در مورد جسم بتن است نه سطح آن. تنها آزمایش در مورد نفوذ پذیری بتن در DIN آلمان می باشد. در این آزمایش که سه مرحله دارد ابتدا آب یا گاز را تحت فشار در بتن نفوذ می دهند ( Penetration ) ، سپس بتن آن را می پذیرد ( Fusion )و بعد سیال را در خود پخش می کند. ( Dispersion )

این آزمایش و نتایج آن در مورد ساختار بتن می باشد و نه سازه ساخته شده از آن. این آزمایش با جذب سطحی آب متفاوت است. تعیین میزان جذب سطحی آب در بتن با خیساندن آن حاصل می شود.

100 گرم سیمان با آب ترکیبی طبق واکنش شیمیایی زیر تولید می کند :

gr 100 Cement + H à CSH + Ca (OH) 2

در حالت معمولی ساخت بتن میزان 0.25 وزن سیمان ، آب احتیاج داریم. آب بتن در دمای بالای 105 درجه تبخیر و در دمای زیر 40- درجه سانتیگراد منجمد می شود. اگر میزان 15% وزن بتن CSH در آن وجود داشته باشد این عنصر با آب وارد واکنش شیمیایی می شود ، در نتیجه 15% بیشتر از 0.25 وزن سیمان آب نیاز پیدا می کنیم که چیزی حدود 35 تا 40 درصد آب خواهد بود. پس اگر بتن را بسازیم ، با طرح اختلاط و احجام ثابت در طرف چپ معادله بالا ، کاهش حجم در طرف چپ رابطه خواهیم داشت . یعنی بتن پس از ساخت دچار کاهش حجم یا Shrinkage می شود.

بحثی که در مورد بتن تا کنون بسیار مورد توجه بوده و در ساخت بتن بسیار مهم است و به آن به خوبی پرداخته می شود ، بحث Mix Design یا طرح اختلاط بتن است ، اما جنبه دیگری از ساخت بتن که باید مورد توجه واقع شود موضوع Mix Proportion یا نسبت اختلاط بتن است که با طراحی و کنترل آن می توان میزان خلل و فرج های ایجاد شده در بتن را به فراخور استفاده کمتر یا بیشتر کرد و باعث کمتر مصرف شدن سیمان شد. خلل و فرج موجود در در بتن مهمترین عامل تضعیف آب بند بودن بتن می باشد و باید به دقت از داخل بتن خارج شده با موادی که به سلامت ، مقاومت و پایایی بتن صدمه نزنند جایگزین شود.

در منحنی دانه بندی نشان داده شده بهترین دانه بندی و بهترین سنگدانه ها در ناحیه هاشور خورده واقع می باشد.

در ساخت بتن در ایران چون میزان سنگدانه های نرم ( نرم دانه ) در خاکهای طبیعی کم است ، کمبود این اندازه سنگدانه را با سیمان جبران می کنند. در واقع شکاف ایجاد شده در منحنی دانه بندی سنگدانه های مصرفی در بتن را با سیمان پر می کنند. این امر هرچند بدون دانش فنی کافی و به صورت ناخود آگاه صورت گرفته باعث بالا رفتن مقاومت بتن می شود.

شستن بتن می تواند باعث ایجاد خلل و فرج در آن شود. یکی از ضعیف ترین و پر خلل و فرج ترین نقاط بتن ، محل زیر آرماتور ها و سنگدانه های درشت می باشد. این نقاط در ویبره کردن بتن دور از دسترس ویبراتور می مانند و خلل و فرج آنها در همانجا محبوس می شود. درز های اجرایی ایجاد شده در بتن ریز از مقاطع پر خلل و فرج بتناست.

برای از بین بردن خلل و فرج در بتن می توان خود خمیر سیمان را متراکم کرد. خلل و فرجی که به این ترتیب از بین می روند خلل و فرج ژلی هستند. یعنی خلل و فرجی که در ژل سیمان ایجاد میشوند.

استفاده از SiO2 یا اکسید سیلیس که با Ca ( OH ) 2 میل ترکیبی خوبی دارد و در کنار آب با هم خوب ترکیب می شوند ، باعث ایجاد سیلیکات کلسیم محلول در آب می شود و نفوذ پذیری بتن را با کم کردن خلل و فرج کاهش می دهد. زیرا دانه های ایجاد شده بسیار ریز هستند و نقاط خالی را به خوبی پر میکنند و هرچه فاصله بین خمیر سیمان و سنگدانه کمتر باشد خلل و فرج نیز کمتر و آب بندی بتن بیشتر است.

میکروسیلیس حدود 99.9 % سیلیس دارد . اصل نام آن سیلیکا فیوم است که در واقع میکرو سیلیکات است نه میکرو سیلیس. قطر دانه های پودر میکروسیلیس ده ها برابر کوچکتر از قطر دانه های سیمان است و به کار بردن آن در بتن فاصله بین دانه های سیمان باهم ، و سیمان با سنگدانه را به خوبی پر می کند و جسم یک پارچه تری به بتن می دهد. کار با پودر میکرو سیلیس به دلیل نرمی بیش از حد دانه های آن برای کارگران پر مخاطره است ، زیرا با استنشاق آن پودر میکرو سیلیس وارد دستگاه تنفسی شده و به جدار داخلی ریه می چسبد و ایجاد مشکلات تنفسی و سرفه های شدید می کند. برای احتراز از این مشکل ژل میکروسیلیس به بازار عرضه شده است.

میکرو سیلیس از زائدات دودکش های کارخانجات – که برای جمع آوری آن پارچه های بسیار ظریف با منافذ خیلی کوچک را روی دود کش می کشند - و مزارع برنج می باشد - که در پی کوبیدن شلتوک برنج حاصل می شود - و از یافتن کار برد آن در بتن زمان زیادی نمی گذرد.

پس از مدتی از استفاده میکرو سیلیس در بتن و در پی مقاومت بالا و نفوذ پذیری پایینی که به دلیل استفاده از میکرو سیلیس حاصل شد ، نانو سیلیس مطرح شد. نانو سیلیس همان فرمول میکروسیلیس را دارد ولی بسیار نرم تر و ریز تر از آن است و واکنش قوی تری با آب دارد.

نانو سیلیس معلق در آب با درصد 15 ( یعنی 15 نانو ) سفید رنگ می باشد. نانوسیلیس با درصد 5 در آب بیرنگ می باشد.

برای کاهش خلل و فرج بتن از مواد حباب ساز و فیلر نیز میتوان استفاده نمود. بزرگترین حباب ایجاد شده توسط حباب ساز ها 0.6 میلیمتر قطر دارد. با افزودن حباب ساز ها قطر لوله های موئینه بتن کاهش میابد ، جداره داخلی آنها لیز می شود و حالت دمپر ایجاد شده و نیروی ضربات استاتیکی را جذب می کنند.

پس از الک سنگدانه ها هرچه زیر الک شماره 200 بریزد فیلر نام می گیرد. در بتن حتماً باید فیلر داشته باشیم و نسبت آن را هم باید به دست بیاوریم به نحوی که Gap Grain دانه بندی از بین برود.

هرچه نفوذناپذیری بتن بالا برود مقاومت بتن هم بالا تر می رود ولی عکس این جمله الزاماً همیشه صحیح نیست . یعنی هرچه مقاومت بالا برود الزاماً نفوذناپذیری بالا نمی رود. به طور مثال می توان بتن متخلخلی ساخت که مقاومت 400 کیلو پاسکال داشته باشد ولی زهکش بوده و آب به راحتی از آن عبور کند. ( Pervious Conceret ) . این نوع بتن استفاده سازه ای ندارد و در ساخت آن فقط یک نوع سنگدانه ( یک الک ) به کار می رود. در ساخت منهول ها ، کف پارکینگ ها و جاهایی از این دست – که می خواهیم آب به راحتی از سطح عبور کرده و به عمق نفوذ کند - به کار می رود.

بتن از لحاظ آب بندی رتبه بندی شده است . رتبه 1 ضعیف ترین نوع آب بندی است که در سطح بتن می توان لکه های آب را دید ، مثل قطره آبی که بر سطح آن به جای مانده باشد. برای تست این درجه آب بندی یک روزنامه خشک را به سطح بتن می چسباینم. اگر روزنامه خشکی و سفتی خود را از دست داد و خیس شد یعنی جسم بتندر آب غوطه ور است. برای از بین بردن این حالت دو گزینه وجود دارد. گزینه منفی این است که آب را از سطح بتن خشک کنیم و گزینه مثبت این است که از داخل بتن یک غشاء جای گذاری کنیم. در این حالت آب روی لایه آب بند فشار میاورد و جلوی ورود آب را می گیرد. عمل پلاستر کاری یعنی از مواد پلیمری یا اپوکسی برای بتن روکشمی گذاریم و آن را آب بند می کنیم.

برای آب بندی سازه های بتنی در درزهای اجرایی آن water stop میگذاریم. واتر استاپ مناسب برای این نقاط واتر استاپ های تخت هستند. برای نقاطی از سازه که ممکن است دچار انبساط و انقباض شوند واتر استاپ های انبساطی قرار می دهیم. این واتر استاپ ها دارای حفره ای در وسط هستند که تحت فشار یا کشش به راحتی منقبض و منبسط می شود.

واتر استاپ ها باید حالت کشسان داشته باشند. برای تست این رفتار واتر استاپ ها دوسر آن را در دو گیره کششی قرار می دهیم و تحت کشش در هر لحظه با متر اندازه گیری می کنیم و درست در لحظه گسیخته شدن واتر استاپ شماره متر را قرائت می کنیم و این میزان را بدست میاوریم. (elongation at break ). سفت بودن واتر استاپ به دلیل کربنات کلسیم آن است. هرچه میزان کربنات کلسیم کمتر باشد واتر استاپ کشسان تر است.

سطح بتن باز مانده در واتر استاپ که از توالی قرار گرفتن حفره های دایره ای واتر استاپ ها تشکیل می شود را sealant می زنند که 0.25 می تواند بازی داشته باشد و به خود و بتن صدمه نزند. ولی چون Sealant ( درزگیر ) گران است همه آن فضا را پر نمی کنند.

نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))