واکنش قلیایی- کربناتی
این واکنش به صورت غیرمستقیم موجب تخریب سازه‌های بتنی می‌شود. این واکنش را می‌توان به دو مرحله تقسیم کرد:
در مرحله اول مواد قلیایی موجود در بتن با سنگ آهک دولومیتی خاصی که حاوی رس است واکنش می‌دهد. مواد حاصل از این واکنش بروسیت () و کلسیت ()هستند.
در مرحله­ دوم واکنش پس از نابودی دولومیت، سنگ شکافته شده و رطوبت به داخل نفوذ می‌کند و رس موجود به علت جذب رطوبت منبسط شده و ترک‌خوردگی در بتن و سنگدانه‌ها گسترش می‌یابد. لذا در این مرحله حضور آب، یکی از اصلی‌ترین عوامل تخریب می‌باشد[۲۰].
معادله واکنش را می‌توان به صورت زیر نشان داد:
مرحله اول:
مرحله دوم:

سایر واکنش­های قلیایی سنگدانه­ها
در پاره‌ای مواقع که سیمان‌ها دارای قلیاییت بسیار زیاد هستند به علت فعالیت بالای  و  در حضور رطوبت واکنش‌های دیگری هم بین مواد قلیایی موجود در ترکیبات سنگدانه‌ها رخ می‌دهد. به علت گستردگی نمی‌توان موارد را بررسی دقیق کرد ولی عمده موارد اتفاق افتاده در سه مورد فوق می‌باشند[۲۰].

برخی ازتحقیقات انجام گرفته در خصوص واکنش قلیایی سنگدانه­ها
باروز^[۲۳] [۲۱] در سال ۱۹۴۳ یک برنامه­ی آزمایشگاهی دراز مدت بر روی ۱۰۴ پانل مربعی ساخته شده از ۲۷ نوع سیمان که در سد Green Mountain در کلورادو استفاده شده بود انجام داد. ۵۳ سال بعد ترک­هایی بر روی این پانل­ها مشاهده کرد که تعداد آن­ها مستقیماً با میزان قلیایی­ها در سیمان­های استفاده شده مرتبط بود. بنابراین اظهار کرد که سیمان­های با درصد قلیایی بالا، بیشتر مستعد انبساط هستند.

بلین^[۲۴] و همکاران [۲۲] تست­های انقباضی بر روی خمیر سیمان ساخته شده با ۱۹۹ سیمان متفاوت انجام دادند. آن­ها دریافتند که خمیرهای سیمانی حاوی قلیایی بالاتر بیشتر دچار انقباض می­شوند؛ اگرچه، هیچ ارتباطی بین میزان قلیایی و مقدار افت بتن برای نمونه­های بتنی ارائه نکردند. بنابراین، نتیجه ­گیری کردند که میزان قلیایی بالای سیمان در نمونه­های قرار داده شده در شرایط محیطی خشک باعث افزایش انقباض در خمیرها و ملات­های سیمانی می­ شود، اما این تأثیر در نمونه­ بتنی آشکار نیست.
ازبیک^[۲۵] [۲۳] با بررسی بر روی ۱۹۹ نوع سیمان پرتلند نتیجه گرفت که میزان بالای قلیایی در سیمان باعث بهبود مقاومت در کوتاه مدت می­ شود اما مقاومت نهایی را کاهش می­دهد. از طرف دیگر، ادلر و ونومن^[۲۶] [۲۴] مشاهده کردند که قلیایی­های موجود در کلینکر سیمان تأثیری بر روی مقاومت فشاری ندارد، در حالیکه افزودن قلیا به طور قابل ملاحظه­ای مقاومت ۲۸ روزه بتن را کاهش می­دهد.
وی­ویان^[۲۷] [۲۵] تست­های خمشی بر روی نمونه­های ملاتی حاوی سنگدانه­های فعال قلیایی سیلیکاتی و سنگدانه­های غیر فعال انجام داد. ملات­ها با سیمان حاوی ۵۹/۰ درصد قلیایی معادل () و با افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) از ۰، ۵/۰، ۲ و ۵/۴ درصد ساخته شد، که مقدار کل قلیایی معادل نمونه­ها بترتیب به ۵۹/۰، ۹۸/۰، ۱۴/۲ و ۰۸/۴ درصد محدود شد. نتایج حاکی از این بود که افزودن NaOH بجز در نمونه­ حاوی ۰۸/۴ درصدی قلیایی معادل، مقاومت کششی ملات­های حاوی سنگدانه­های غیر فعال را کاهش نمی­دهد. قابل ذکر است که کلیه­ ملات­ها با محتوای قلیایی کم با نسبت آب به سیمان (w/c)، ۵/۰ یا ۵۲/۰ ساخته شدند، در حالیکه نسبت بالای ۶/۰ برای اختلاط ۰۸/۴ درصدی قلیایی معادل استفاده شد، که این امر می ­تواند باعث کاهش مقاومت شده باشد. وی همچنین گزارش کرد که در حضور میزان قلیای بالا محصولات ناشی از هیدراتاسیون سیمان بجای بلوری شدن تمایل بیشتری به ژلاتینی شدن دارند. اگرچه این موضوع فقط در نمونه­های حاوی ۵/۴ درصد قلیایی معادل و بیشتر رخ می­دهد که این نمونه­ها در واقعیت وجود ندارند.
شایان و ای­ونسک^[۲۸] [۲۶] تغییرات خواص مکانیکی شامل مقاومت فشاری، مدول گسیختگی و مشخصات ریز ساختاری خمیرها و ملات­های سیمانی با میزان قلیایی مختلف را مورد بررسی قرار دادند. دو سیستم سیمانی با نسبت آب به سیمان ۴/۰ و ۶/۰ در نظر گرفته شد. نمونه­ها با سیمان حاوی ۸۴/۰ قلیایی معادل، با و بدون سنگدانه­های فعال ساخته شد. با افزودن هیدروکسید سدیم به آب اختلاط میزان قلیایی در نمونه­های مختلف به ۰، ۵/۰، ۱، ۲ و ۵/۴ مول محلول هیدروکسید سدیم رسید. لذا میزان کل قلیایی­ها (نسبت به وزن سیمان) به ترتیب برابر ۸۴/۰، ۹/۱، ۳، ۱/۵ و ۵/۱۰ درصد قلیایی معادل برای خمیرها و ملات­های با نسبت آب به سیمان برابر با ۶/۰ در نظر گرفته شد و برای نسبت آب به سیمان برابر ۴/۰ قلیایی معادل برابر ۸۴/۰، ۶/۱، ۳/۲، ۸/۳ و ۴/۷ درصد در نظر گرفته شد. این محققین دریافتند که محتوای بالای قلیایی، مقاومت فشاری و مدول گسیختگی را در هر سنی (یعنی ۷، ۲۸ و ۹۰ روز) کاهش می­دهد. آنان همچنین با بررسی نمونه­ها توسط میکروسکوپ الکترونی مشاهده کردند که ساختار خمیرهای سیمانی با قلیایی­های بالا تراکم کمتری در مقایسه با خمیرهای سیمانی با قلیایی پایین دارد.
طبق تحقیقات جاود و اسکانلی^[۲۹] [۲۷]، که بر نمونه­های ملاتی ساخته شده با سیمان­های مختلف انجام شد نتیجه گرفتند که میزان قلیایی بالا در سیمان مقاومت زود هنگام نمونه­ها را افزایش می­دهد اما بعد از ۲۸ روز باعث کاهش مقاومت نمونه­ها می­ شود. همچنین دریافتند که وقتی سیمان حاوی قلیا با آب ترکیب می­ شود یون­های قلیایی به آسانی وارد فاز مایع سیستم هیدراتاسیون می­ شود و بر سرعت و شکل هیدراته شدن سیمان تأثیر می­ گذارد که این بر مقاومت و دیگر خواص مهندسی بتن تأثیر گذار است.

تحقیقات انجام شده بر روی دوام تیرهای تقویت شده با FRP
المسلم^[۳۰] [۲۸] در تحقیقی رفتار بار-تغییر مکان تیرهای بتن مسلح تقویت شده با GFRP در شرایط محیطی مختلف را مورد بررسی مورد بررسی قرار دادند. برای این منظور ۸۴ تیر بتن مسلح با سطح مقطع ۱۵۰*۱۵۰ میلیمتر که با دو میلگرد فولادی به قطر ۱۰ میلیمتر در پایین و یک میلگرد فولادی فولادی به قطر ۶ میلیمتر در بالا و میلگرد فولادی به قطر ۶ میلیمتر به عنوان خاموت به فاصله مرکز به مرکز ۶۰ میلیمتر مسلح و ساخته شد. تیرها بر روی دو تکیه­گاه ساده با دهانه­ی آزمایش ۱۲۰۰ میلیمتر قرار گرفت و دو بار متمرکز به فاصله­ی ۷۵ میلیمتر از وسط دهانه بر تیرها اعمال شد. جزئیات بیشتری از سطح مقطع و نحوه­ آزمایش تیرها در شکل­های (۲-۱۵) و (۲-۱۶) نشان داده شده است.

شکل(۲-۱۵). سطح مقطع تیرها شکل (۲-۱۶). نحوه­ آزمایش تیرها
۹ عدد از این تیرها با صفحه­ی GFRP تقویت شدند که یک هفته در محلول هیدروکسید سدیم و دو هفته در بیرون از محلول نگهداری می­شدند. پس از ۶، ۱۲ و ۲۴ ماه قرار گیری در شرایط محیطی ذکر شده تیرها مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج حاکی از این بود که تغییری در مقاومت و سختی تیرهای تقویت شده با صفحه­ی GFRP رخ نداده است اما، صفحه­­ی GFRP چسبیده شده به تیرهای بتن مسلح باعث افزایش مقاومت خمشی و شکل­پذیری این تیرها شده است.تفاوت این تحقیق یا تحقیق حاضر در این می­باشد که در این تحقیق اثر واکنش قلیایی سنگدانه­ها بررسی نشده است.
روستاسی^[۳۱] [۲۹] مقاومت و میزان آسیب­پذیری صفحات GFRP را در محیط قلیایی مورد بررسی قرار داد و معلوم کرد که خواص مکانیکی GFRP هنگامی که در تماس با محلول قلیایی حل شده با pH مساوی ۱۳ قرار می­گیرد، رو به تنزل می­ گذارد. همچنین ایشان بیان کرد که یک کاهش قابل توجه در مقاومت کششی GFRP، در زمان قرارگیری صد ساعته در محلول هیدروکسید سدیم (۱mol/l) و در دمای ۲۳ درجه سانتی ­گراد رخ می­دهد.
بررسی آزمایشگاهی توسط کاتسوکی و یوموتو^[۳۲] [۳۰] نشان داد که میلگردهای GFRP در محلول هیدروکسید سدیم (۱mol/l) در دمای ۴۰ درجه­ سانتی ­گراد، بعد از ۱۲۰ روز کاهش مقاومت ۷۰ درصدی نسبت به مقاومت نهایی دارد. تخریب الیاف FRP در محلول اسیدی و قلیایی در دماهای مختلف توسط یوموتو و نیشیمارا^[۳۳] [۳۱] بررسی شده است. آزمایش در دماهای ۲۰، ۴۰ و ۸۰ درجه انجام شد، نتایج حاکی از این بود که الیاف کربن دارای مقاومت شیمیایی بالایی بوده و فقط کاهش ۲۰ درصدی در مقاومت کششی آنها در محلول اسید کلریدریک بعد از ۱۲۰ روز رخ می­دهد. مقاومت الیاف شیشه پس از ۹ ساعت نگهداری در دمای ۸۰ درجه­ سانتی ­گراد و محلول قلیایی هیدروکسید سدیم (۱mol/l) 96 درصدکاهش پیدا کرد. در نمونه­ الیاف آرامید با افزایش مدت قرارگیری در آب و دما، مقاومت کاهش پیدا کرد. مقاومت این الیاف حدود ۸۰ درصد در اسید هیدروکلریک و ۴۵ درصد در هیدروکسید سدیم بعد از ۹۰ روز کاهش پیدا کرد.
تعدادی از محققین تأثیر شرایط محیطی مختلف بر روی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با FRP را مورد بررسی قرار دادند. برای مثال، چاجز^[۳۴] و همکاران [۳۲] تیرهای بتن مسلح با ابعاد ۳۳۰*۲۸/۶*۳۸ میلیمتر را با الیاف AFRP، GFRP و CFRP تقویت و در شرایط محیطی مرطوب و خشک، یخ­زدن و آب­شدن جهت تغییرات مقاومت خمشی مورد بررسی قرار دادند. یک سیکل مرطوب- خشک با فرو بردن تیرها در ۴ درصد محلول کلرید­کلسیم برای ۱۸ ساعت، و خشک کردن نمونه­ها در دمای اتاق به مدت ۸ ساعت صورت گرفت. از سوی دیگر، سیکل یخ­زدن و آب­شدن با فرو بردن نمونه­ها در محلول کلریدکلسیم ۴ درصد، به مدت ۱۶ ساعت در یک منجمدکننده با دمای ۱۷- درجه­ سانتی ­گراد و سپس ۸ ساعت زمان آب­شدن در دمای اتاق صورت گرفت. تیرهای تقویت­شده با AFRP و GFRP، بعد از ۱۰۰ سیکل تر و خشک­شدن ، ۳۶ درصد کاهش مقاومت­ از خود نشان دادند در حالی­که تیرهای تقویت­شده با CFRP، ۱۹ درصد کاهش مقاومت داشتند. کاهش مقاومت بعد از ۱۰۰ سیکل یخ­زدن و آب­شدن برای تیرهای تقویت­شده با AFRP، GFRP و CFRP به ترتیب ۲۱، ۲۷ و ۹ درصد گزارش گردید. این بررسی نشان داد که عملکرد دراز مدت تیرهای تقویت شده با CFRP بهتر از نمونه­های تقویت­شده با AFRP و GFRP می­باشد.
توتانجی و ارتیز^[۳۵] [۳۳] تیرهای بتنی با ابعاد ۳۰۰*۵۰*۵۰ میلی­متر که با صفحاتGFRP و CFRP در ناحیه­ی کششی تقویت شده بودند و در محیط­ مرطوب- خشک قرار داشتند جهت بررسی مقاومت چسبندگی بین صفحه­ی FRP و بتن را مورد آزمایش قرار دادند. یک سیکل مرطوب- خشک شامل قرار دادن نمونه­ها در محلول نمک طعام ۵/۳ درصد به مدت ۴ ساعت و ۲ ساعت خشک کردن آن­ها در دمای ۳۵ درجه­ سانتی ­گراد و رطوبت ۹۰ درصد می­شد. بعد از ۳۰۰ سیکل هنگامی که تیرها به صورت خمشی مورد آزمایش قرار گرفتند با جدا شدن صفحه­ی FRP از سطح تیر گسیخته شدند.آنها نتیجه گرفتند که تیرهای تقویت شده با CFRP در مقایسه با تیرهای تقویت شده با GFRP بار و خیز بیشتری را تحمل می­ کنند و همچنین نوع اپوکسی می ­تواند عامل مهمی در دوام دراز مدت تیرهای تقویت شده باشد.
گرین و بیزبی^[۳۶] [۳۴] تأثیرات یخ­زدن- آب­شدن بر روی پیوند بین صفحات الیاف شیشه و بتن را بررسی کردند. سرانجام پس از ۳۰۰ سیکل یخ­زدن-آب­شدن، تیرها تحت خمش ۴ نقطه­ای قرار گرفتند. نتایج حاکی از این بود که مد گسیختگی کلیه­ تیرها یکسان بود یعنی، با کنده شدن بخشی از بتن پایین تیر ( ضخامتی در حدود ۴/۱ اینچ) به همراه صفحه­ی GFRP گسیختگی رخ داد. همچنین نتیجه گرفته شد که یخ­زدن-­آب­شدن هیچ تأثیری بر اتصال سطح مشترک بتن و صفحه­ی GFRP ندارد.
اکنل^[۳۷] و همکارانش [۳۵] تحقیقی در مورد اثر رطوبت سطحی، رطوبت نسبی و دما بر روی مقاومت اتصال بین بتن و پلیمر مسلح شده با الیاف انجام دادند. نتایج حاکی از این بود که رطوبت سطحی و رطوبت نسبی بالا و دمای پایین می ­تواند برای مقاومت اتصال بین بتن و پلیمر زیان­آور ­باشد.
الموسلام^[۳۸] و همکارانش [۳۶] عملکرد استوانه­های بتنی دورپیچ­شده با صفحات کامپوزیتی GFRP تحت اثر شرایط محیطی مختلف را مورد بررسی قرار دادند. این نتایج نشان داد که قرار دادن نمونه­ها در معرض دمای بالای محیط بیرون و شرایط تر و خشک­شدن تأثیر کمی بر روی مقاومت فشاری آنها خواهد داشت. تأثیر محیط محلول قلیایی قابل توجه بود، به نحوی که نمونه­های نگه داشته شده در دمای بالا، تخریب بالایی در الیاف کامپوزیت از خود نشان دادند.
رن^[۳۹] و همکارانش [۳۷] آزمایش­های یخ­زدن و آب­شدن بر روی سازه­های بتنی تقویت­شده با صفحات FRP انجام دادند و نتیجه گرفتند که مقاومت اتصال بین بتن و صفحات FRP تحت اثر سیکل­های یخ­زدن و آب­شدن کاهش می­یابد.
با توجه به مطالب ذکر شده در این فصل می­توان گفت:
اکثر تحقیقات انجام گرفته بر روی واکنش قلیایی شامل نمونه­های ملاتی و خمیری سیمان صورت گرفته است.
اغلب مقاومت فشاری به عنوان خصوصیات مکانیکی در اکثر تحقیقات بررسی شده است.
در آزمایش بررسی واکنش قلیایی- سیلیکاتی جهت تسریع در انجام واکنش و انبساط معمولاٌ میزان قلیایی معادل افزایش داده شده است که این خود ممکن است بر خصوصیات مکانیکی بتن تأثیر گذار باشد.
ترک­های نقشه­ای که در اثر انقباض بتن به وجود می­آیند هیچ ارتباطی با انجام واکنش قلیایی ندارند. این امر ممکن است اغلب اوقات باعث به اشتباه انداختن در تشخیص علت ترک­خوردگی گردد.
در تحقیقات ذکر شده اثر واکنش قلیایی سنگدانه­ها بر روی بتن­های تقویت شده توسط FRP صورت نگرفته است که این امر در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است.
فصل سوم
مواد

مقدمه
وقتی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با GFRP تحت واکنش قلیایی سنگدانه­ها مورد بررسی قرار می­گیرد، شناخت ویژگی­های مصالح مصرفی مهم است. در این فصل تمام مواد و مصالح بکار رفته در این تحقیق تشریح می­گردد.