خوردگی در بتن مسلح

یکی از عوامل اصلی تخریب سازه‏های بتن آرمه، خوردگی آرماتورهای مسلح کننده آن می‏باشد. بتن تازه دارای محیطی مرطوب و قلیایی با pH بین ١٢ تا ١٣ است. این محیط قلیایی باعث ایجاد یک لایه اکسید آهن محافظ (لایه منفعل) پیرامون میلگرد گردیده که مانع از پیشرفت خوردگی در بتن مسلح می‏شود . مادامیکه لایه اکسید آهن پا برجا باشد، میلگرد به لحاظ شیمیایی تقریباً غیرفعال می‏ماند. مشکل خوردگی زمانی آغاز می‏شود که این لایه به دلیل ١- افزایش تمرکز کلرایدها در بتن یا ٢- کاهش خاصیت قلیایی بتن از بین می‏رود .

شایع‏ترین دلیل خوردگی زودرس آرماتور در بتن، قرار گرفتن بتن مسلح در معرض یون‏های کلراید (ˉCl) می‏باشد. این یون‏ها معمولاً در محیط‏های دریایی و همچنین در املاح نمک بکار رفته در یخ‏زدائی جاده‏ها، پل‏ها و … موجود می‏باشد. طبق تئوری غشا اکسید، یون‏های کلراید آسان‏تر از یون‏های دیگر در لایه اکسید محافظ نفوذ کرده و باعث آسیب ‏پذیری فولاد در مقابل خوردگی می‏گردند . گرچه کلرایدها مستقیما عامل آغاز خوردگی هستند، به نظر می‏رسد که تنها نقش غیر مستقیمی در نرخ خوردگی پس از آغاز آن دارند. عوامل اصلی کنترل نرخ خوردگی میلگرد در بتن، حضور اکسیژن، مقاومت الکتریکی و رطوبت نسبی بتن، pH و دما می‏باشد.

خاصیت قلیایی بتن می‏تواند به دلیل واکنش بتن با گازهای اسیدی مانند دی‏ اکسید‏کربن (CO₂) از بین برود . هنگامیکه دی‏ اکسیدکربن هوا به داخل بتن نفوذ کرده و با هیدروکسیدها (مانند هیدروکسید کلسیم) واکنش دهد، کربنات‏ها (مانند کربنات کلسیم) شکل می‏گیرد. این واکنش سبب کاهش pH تا ٨/٥ گردیده که در این شرایط، لایه اکسید آهن منفعل پایدار نمی‏ ماند. کربناسیون بتن همچنین سبب کاهش مقدار یون‏های کلراید لازم جهت خوردگی می‏گردد.
خوردگی باعث کاهش سطح مقطع مفید میلگرد شده، ناپیوستگی‏های مقطعی در میلگرد ایجاد کرده و در نتیجه مقاومت کششی و مقاومت فشاری میلگرد و چسبندگی میلگرد به بتن را کاهش می‏دهد. در اثر خوردگی میلگرد، اضافه حجمی تا چند برابر حجم اولیه فولاد ایجاد می‏شود. تنش‏های ناشی از نیرو‏های مولکولی حاصل از این اضافه حجم منجر به ترک‏ خوردگی بتن، افزایش نرخ نفوذ عوامل خورنده، تسریع خوردگی و نهایتاً تخریب کامل سازه بتنی می‏شود.

جهت مقاوم‏سازی سازه‏های بتن آرمه در مقابل خوردگی، ضوابط آیین‏نامه‏ای ویژه‏ای لازم‏ الاجرا می‏باشد. به عنوان نمونه بخش ٦-٣-٢-٥ از آیین‏نامه بتن ایران  اتخاذ تدابیر حفاظتی آرماتور در مقابل خوردگی را در محیط‏های خورنده الزامی می‏داند و بخش ٩-٨-٢-٦-٨ از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان از لزوم حفاظت میلگرد‏های پیش‏بینی شده برای توسعه آتی ساختمان در مقابل خوردگی سخن می‏گوید. همچنین آیین‏نامه طراحی بنادر و سازه‏های دریایی ایران  در نظر گرفتن تمهیدات لازم طی زمان بکارگیری فولاد در سازه‏های بتن آرمه واقع در مناطق خورنده را ضروری دانسته و می‏افزاید که”آمار و بررسی‏های انجام‏ شده نشان می‏دهند که حدود %٩٠ از خرابی‏های سازه‏های بتنی، ناشی از خوردگی آرماتورهای تقویت کننده آن می‏باشد”.

روش های مقابله با پدیده خوردگی

راهکارهای مقابله با پدیده خوردگی در سازه‏های بتن آرمه به محافظت میلگردهای مسلح کننده آن در برابر عوامل خورنده منتهی می‏شوند. برای محافظت میلگردها در برابر خوردگی روش‏های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته‏اند که از این میان روش‏های حفاظت فیزیکی و حفاظت الکتروشیمیایی جنبه عملی پیدا کرده‏اند.

در روش حفاظت فیزیکی، مانند پوششهای اپوکسی، سعی بر ممانعت از تماس مواد خورنده با سطح فلز است. این نوع حفاظت تا زمانی پایدار می‏باشد که موانع کاملا سالم و بدون خلل و آسیب دیدگی باقی بمانند. در شرایط اجرایی این مطلب غیر ممکن بوده و در مراحل مختلف بسته‏بندی، حمل‏و‏نقل، خمکاری و آرماتوربندی، آسیب‏هائی به سیستم محافظ وارد می‏گردد. این امر باعث خوردگی موضعی شدید از محل آسیب دیده گردیده و منجر به گسترش خوردگی، ایجاد ترک، تخریب در بتن مسلح و نهایتاً کاهش شدید مقاومت کششی فولاد، تقلیل ظرفیت باربری و تخریب سازه می‏شود.
روش دیگر مقاوم‏سازی میلگرد به صورت الکتروشیمیایی یا حفاظت کاتدی می‏باشد. در این روش با تامین الکترون در فرآیند معادله اکسایشˍکاهش، توسط یک فلز با تمایل الکترون دهی بیشتر نسبت به فلز پایه، اقدام به حفاظت فلز پایه می‏گردد. هنگامی که دو فلز غیر همجنس (مانند روی و فولاد) در محلول هادی یا خورنده در تماس با یکدیگر قرار گیرند، بین آن دو اختلاف پتانسیلی به وجود می‏آید که سبب ایجاد جریان الکترونی بین آنها می‏گردد. این جریان موجب خوردگی فلزی می‏شود که پتانسیل الکترونی کمتری دارد (روی) و آند فدا شونده را تشکیل می‏دهد. در نتیجه، فلز با پتانسیل الکترونی بیشتر (فولاد) قطب کاتد را تشکیل می‏دهد که در اثر واکنش پیل الکترو‏شیمیایی در مقابل خوردگی (اکسیداسیون) محافظت می‏شود.

اولین نفری باشید که نظر می دهد.

دیدگاهی بنویسید

آدرس ایمیل شما محفوظ می ماند