خوردگی میلگردهای فولادی در بتن

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1396/10/04

به طور کلی از خوردگی میلگردهای فولادی در بتن به وسیله تشکیل پوسته اکسیدهای فعال و قلیایی های سیمان پرتلند جلوگیری می شود. وقتی یون های مهاجم، از قبیل کلرایدها، اطراف میلگردهای بتن را آلوده می کند، پوسته اکسید فعال باعث تضعیف یا تخریب می شود و خوردگی میلگردهای فولادی اتفاق می افتد.

خوردگی یک روند الکتروشیمیایی است و در محل تشکیل قسمت های کاتدیک و آندیک در فولاد ایجادمی شود. وقتی در بخش های آندیک و کاتدیک، خوردگی به صورت الکتریکی پیوسته و مشابه الکترولیت است، خوردگی بخش های آندیک اتفاق می افتد. خوردگی جریان رایج الکتریکی از میان هسته، آندها، کاتدها، و الکترولیت ایجاد می شود. بجز مواردی که کم شدن و رفع این حالت تامین می شود، خوردگی ادامه می یابد تا اینکه در ناحیه آندیک گسیختگی اتفاق بیفتد. ACI 22R در برگیرنده اطلاعات تکمیلی درخصوص خوردگی فولاد در بتن است.

خوردگی میلگردهای فولادی در بتن

محافظت کاتدی روند حفاظتی برای کنترل خوردگی فولاد در بتن آلوده است. اصول اصلی مرتبط با حفاظت کاتدی ایجاد میلگردهای فولادی مهار شده کاتدیک است، بنابراین از خوردگی بیشتر فولاد جلوگیریمی کند. این محافظت می تواند با اتصال الکتریکی میلگردهای فولادی به فلزات آند دیگری با یا بدون به کار رفتن نیروهای خارجی مهیا شود.

سیستم های حفاظت کاتدیک از نیروهای خارجی کمک نمی گیرد و از سیستم های فعال توام با فداکاری بهره می گیرد. فلزی که برای محافظت استفاده می شود دارای ارزش اندک و گرایش خوردگی بیشتری نسبت به فولاد است. برای مثال می توان از فلز روی نام برد. این فلز در محل مورد نظر به جای فولاد زنگ می زند و از سازه محافظت می کند. دیگر انواع سیستم کاتدیک با اعمال نیروی خارجی، مقدار نیروی کوچک الکتریکی از میان میلگردهای فولادی سبب بی اثر کردن جریان عامل خوردگی، می شود. فلزی ماننند پلاتین که با سرعت کم زنگ می زند آند به حساب می آید.این روشی است که برای کنترل خوردگی تحت تاثیر شدن جریان محافظت کاتدیک، شناخته شده است. برای اطلاعات بیشتر به ACI 22R مراجعه شود.

خوردگی میلگردهای فولادی در بتن

کاربردها

محافظت کاتدی برای محافظت تقریبی هر نوع بتن مسلح سازه ای شامل موارد زیر استفاده می شود :

الف) دال های افقی. عرشه های توقفگاه های پارکینگ، عرشه پل ها، کف ها، پشت بام ها و تراس ها )بالکن ها(

ب) اعضای عمودی (قائم). مقاطع دیوارها، برج ها و سازه های فرعی.

ج) اعضای سازه ای. تیرها، ستون ها، فونداسیون و پل سازه های فرعی.

محدودیت ها

سیستم های محافظتی کاتدی می تواند باعث کمتر شدن خوردگی بر روی بسیاری از انواع سازه ها شود، اما موارد زیر باید رعایت شود :

محافظت کاتدی جایگزین زنگ زدگی فولاد نمی شود.

در حال حاضر حفاظت کاتدی با سیستم های تحت تاثیر جریان، برای استفاده کلی در سازه های پیش تنیده بتنی توصیه نمی شود. شکنندگی هیدروژنی در فولادهای با مقاومت بالا ممکن است رخ دهد.

سازه های پس کشیده با استفاده از سیستم های فداکارانه فعال بعد از تحلیل توسط مهندس خوردگی محافظت کاتدی می شود.

مسلح کننده های فولادی به جریان الکتریکی پیوسته برای اقدام به محافظت کاتدی، احتیاج دارند. جریان پیوسته الکتریکی از میلگردهای فولادی باید در طول اجرای سیستم برقرار شود. در سازه ها جایی که مسلح کننده با پوشش های غیرآلی (معدنی) از قبیل اپوکسی پوشش داده شده است، جریان الکتریکی پیوسته، قبل از ملاحظات استفاده از محافظت کاتدی، باید برقرار شود.

عملیات سیستم های محافظت کاتدی به رسانای یونی در بتن نیاز دارد. همچنین بتن باید دارای مقاومت ویژه مناسب و مقدار رطوبت کافی باشد.

انواع سیستم های فداکارانه فعال کاتدی

الف) هیدروژل روی برای آند. ورقه های روی آندی، با هیدروژل رسانای چسبنده ای از پیش پوشش داده شده، به سطح بتن اعمال می شود. رنگ های متفاوت یا پوشش هایی می تواند بر روی آند به منظور تامین و افزایش زیبایی کار اعمال شود.

ب)‌روی یا آلیاژهای روی اسپری شده. روی یا آلیاژهای روی اسپری شده به بتن با استفاده از تجهیزات فلزی کردن، از قبیل اسپری با قوس الکتریکی یا تحت حرارت، اعمال می شود. محوطه کار در طول اسپری کردن باید از لحاظ سمس بودن و توجه به شرایط محیطی ایمن باشد.

ج) آ»اهای تحریک و مهار شده. آندهای تحریک و مهار شده محافظت شیمیایی متمرکزی مهیا می کنند. آنها متصل به میلگردهای فولادی و در طول ترمیم در بت مهار می شوند. آندها ابتدا، در دور لکه گیری های بتن ترمیمی برای محافظت ناحیه اطراف خوردگی ناشی از تاثیر حلقه- اندیک اجرا می شوند. آندهامی توانند بر روی شبکه ای برای مهیا کردن حفاظت بیشتر نیز اجرا شود. البته باید اذعان کرد که این روش جدید است و دارای نتایج ثبت شده و دراز مدت نیست، اگر چه نتایج اولیه دلگرم کننده اند. شایان ذکر است که داده های بهره برداری بیشتری برای تعیین میزان اثر بخشی این روش نیاز است.

 انواع سیستم های محافظتی کاتدی رایج تحت تاثیر

همه این سیستم ها حاوی آند، منابع نیروی جریان مستقیم (DC) و کابل های اتصال هستند. علاوه بر اجزای اصلی، ممکن است الکترودهای مرجع یا دیگر تجهیزات نظارت و اندازه گیری باشد. اختلاف اولیه بین انواع سیستم ها در اجرای آند و کاربرد آن است.

الف) جاسازی سطحی آندها بدون رویه ها. این آندها برروی سطح بتن سوار (نصب) می شوند و نیازی به رویه های سیمانی ندارند. این سیستم های آندی معمولاً در کاربردهای تحت اثر سایش زیاد استفاده نمی شوند.

ب) ماستیک (بتونه) رسانای آندی. این مورد شامل پوشش رسانا با آندهای مهار شده در روی سطح بتن قرار می گیرد. از آنها برای سطوح قائم، سقف و ستون ها استفاده می شوند.

ج) صفحه های آندی. این مورد شامل صفحه های آندی چسب زده، به منظور بهره گیری در سطح بتن است.

د) جاسازی سطحی آندها با رویه ها. این آندها به طور کلی در سطوح افقی استفاده می شوند و به رویه های سیمانی با ضخامت حداقل mm13 نیاز دارند.

هـ) شبکه فلزی قیمتی آندی. شبکه فلزی قیمتی آندی در بتن با تعداد زیادی میله ثابت و سپس با مواد سیمانی پوشش داده می شود.

و) ورقه های بتن پلیمری رسانا، این ورقه ها حاوی شبکه فلزی قیمتی آندی با تعداد زیادی میله در بتن ثابت و سپس با مواد سیمانی پوشش داده می شود.

ز) آندهای مهار شده. سیستم آند مهار شده در سطح بتن یا در تراز میلگردها در ساخت و سازهای جدید استفاده می شود.

ح) شکاف دادن اره ای آندی. ایجاد یک سری شکاف با عمق و عرض کوچک با اره که در سطح بتن ایجاد می شود. شکاف ها با فلز قیمتی آندی و بتن پلیمری رسانا پر می شوند.

ط) ساخت و ساز جدید. آندها می توانند در تراز میلگردها در حین ساخت و سازهای جدید جایدهی شوند. دقت کنید که از اتصال میان آند و میلگردهای فولادی جلوگیری شود.

استخراج کلراید

استخرایج کلراید می تواند با فرایند الکتروشیمیایی استخراج کلراید انجام شود.

تشریح

استخراج الکتروشیمیایی کلراید (ECE) روند ترمیمی (معالجه ای) است که یون های کلراید تماماً از بتن های آلوده به کلراید با مهاجرت یون، پاک می شود. روند معالجه (ترمیم- درمان) تا زمانی که کلراید از کل سیستم سازه خارج شود، خاتمه می یابد. این روش بدون شباهت به سیستم محافظت کاتدی، سیستم های غیر دائمی یا اجزای مختلفی برای حمایت و نگهداری یا اجرا در عمر بهره برداری سازه مورد نیاز نیست. مزیت های ECE شامل کاهش واکنش خوردگی و افزایش طول عمر بهره برداری است.  ECEمی تواند به سطوح بتنی در حالت افقی و عمودی اعمال شود. حداقل قطع ترافیک روی پل یا عرشه های پارکینگ ها، اتفاق می افتد. برای اطلاعات تکمیلی به ACI 222.2R مراجعه شود.

کاربردECE

برای برداشتن کلراید از سازه بتنی مسلح، آند مهار شده در رسانه های الکترونیکی در سطح بتن اعمال می شود. آند و میلگردهای فولادی در بتن به دو ترمینال با جریان برق مستقیم متصل می شوند که آند، قطب مغناطیسی مثبت است و میلگردها قطب منفی دارند. یون های کلراید که دارای قطب منفی است به سمت آند و الکترودهای مثبت منتقل می شوند. چون این قسمت بتن بیرونی است،یون های کلراید بتن را رها می کنند و در الکترولیت های رسانا، دور آند، جمع می شوند. بنابراین مقدار کلراید بتن کاهش می یابد، مخصوصاً در اطراف و روی میلگردهای فولادی که قطب منفی است. در انتهای دوره علاج بخشی (درمان) ، آند و الکترولیت های که حاوی کلراید است، از سطح برداشته می شوند. هنگامی که کلراید برداشته شد، یون های هیدروکسیل تولید شده در سطح میلگردهای فولادی به pH بالا در اطراف فولاد منجر می شود. وقتی فرایند کاری پایان می یابد و نصب و اجرا به اتمام می رسد (نصب شده ها برداشته شوند)، میلگردهای فولادی عاری از کلراید و محیط بتن با قلیاییت بالاست. این منجر به قطب مثبت شدن مجدد میلگردهای فولادی می شود و خوردگی برروی میلگردهای فولادی متوقف می شود

ECEبه طور کلی 3 تا 8 هفته طول می کشد تا کامل شود. دوره درمان بستگی به تعداد عواملی از جمله ترمیم چگالی، کمیت و توزیع ین کلراید، مقدار میلگردهای فولادی و خصوصیات بتن از قبیل نفوذپذیری و مقاومت ویژه الکتریکی دارد. تمام الزامات سازه ای ترمیم ها باید قبل یا بعد از تکمیل فرایند اجرا شود.

محدودیت ها

ECE  برای کم کردن خوردگی برروی بسیاری از سازه ها استفاده می شود. محدودیت های آن عبارت اند از:

ECE نباید جایگزین پوشش دهی (ضد زنگ زدن) فولاد شود.

ECE برای استفاده در اجزای بتنی پیش یا پس تنیده توصیه نمی شود، زیرا ممکن است ترد شدن هیدروژنی فولادهای با مقاومت بالا اتفاق بیفتد.

میلگردهای فولادی باید به طور پیوسته الکتریکی برای ECE عمل کند.

انتخاب مناسب برق مهم است.

تاثیر برداشتن ممکن است در نواحی مختلف نزدیک فولاد مسلح کننده و بین آنها متفاوت باشد.

قلیایی کردن مجدد

قلیایی کردن مجدد فرایندی است که برای افزایش pH بتن کربناته، استفاده می شود.

 تشریح

قلیایی کردن مجدد فرایند درمانی الکتروشیمیایی است که موجب افزایش، pH بتن کربناته می شود. بعد از اتمام فرایند درمان (ترمیم) کل سیستم از سازه، برداشته می شود.

مزایای قلیایی کردن مجدد شامل کاهش عمل خوردگی و افزایش طول عمر بهره برداری و حذف بتن کربناته است. قلیایی کردن مجدد می تواند به سطوح بتنی هم عمودی و هم افقی اعمال شود. برای اطلاعات بیشتر به ACI 222.2R مراجعه شود.

موارد کاربرد

فرایند قلیایی کردن مجدد اساساً مشابه ECE است، اما دو فرق دارد :

زمان درمان برای قلیایی کردن مجدد بسیار کمتر از ECE و معمولاً 3 تا 10 روز است.

قلیایی کردن مجدد با استفاده از محلول های الکترولیتی قلیایی کامل می شود.

محدودیت ها

محدودیت ها برای قلیایی کردن مجدد مشابه ECE است.

خوردگی میلگردهای فولادی در بتن

سایر مقالات
تاثیر تعمیر و ترمیم بتن و عوامل آسیب رسان
تاثیر تعمیر و ترمیم بتن و عوامل آسیب رسان
تعمیر و ترمیم اصولی خرابی ها و اسیب دیدگی های بتن ، از جمله موجب تاثیرات زیر می شود
ادامه مطلب
تاثیر ترک های بتن بر روی تهاجم کلراید
تاثیر ترک های بتن بر روی تهاجم کلراید
معادلات انتشار فوق مبتنی بر این فرض است که می توان بتن را به صورت یک محیط شبه همگن در نظر گرفت . بنابراین می توان گفت که معادلات انتشار نمی توانند مستقیما تهاجم کلراید به داخل بتن از طریق ترک ها را مستقیما تحت پوشش قرار دهند . با این وجود ، اگر فرض کنیم که سطوح جانبی ترک ها به منزله سطوحی از بتن هستند که یون کلراید می تواند از طریق آنها به داخل بتن نفوذ کند ، آنگاه این امکان ، اگر چه با مشکل ، فراهم خواهد شد که بتوانیم تاثیر ترک ها را بر روی تهاجم کلراید به داخل بتن تعیین کنیم.
ادامه مطلب
بررسی و تامین کیفیت بتن
بررسی و تامین کیفیت بتن
بررسی و تامین کیفیت برای همه محصولات تولیدی به دو صورت انجام می‌شود.
ادامه مطلب
ساخت بتن میکروسیلیسی ، حمل ، پیمانه کردن و اختلاط
ساخت بتن میکروسیلیسی ، حمل ، پیمانه کردن و اختلاط
  ساخت بتن میکروسیلیسی تفاوتچندانی با ساخت بتن بدون میکروسیلیسی ندارد. شیوه ای که براساس آن میکروسیلیس خریداری می شود ، فله ای یا کیسه ای ، عامل اصلی در تعیین نحوه دقیق ساخت بتن است.
ادامه مطلب