ارزیابی و پایش خوردگی در بتن مسلح

بررسی سازه های بتن مسلح که مشکوک به خوردگی می باشند، معمولا توسط مهندسین کارشناس مصالح صورت می گیرد که با مهندسین سازه کار می کنند. پیش از آغاز بازرسی و آزمایش، باید یک ارزیابی خوردگی بتن مسلح و سنجش عمومی از حالت سازه مورد نظر، صورت گیرد تا اطمینان حاصل گردد که سازه به اندازه کافی ایمن بوده و امکان ادامه فعالیت پیشنهادی، وجود دارد. همچنین لازم است که دلایل سازه ای محتمل مربوط به انواع حالات خوردگی (و یا دیگر انواع آسیب) که ممکن است اتفاق بیفتد، مورد توجه قرار گیرد. این مباحث در حوزه کاری مهندس سازه قرار داشته و در اینجا نمی توان بیش از این، بدان پرداخت. عیب یابی دقیق و تعیین محل آسیب های وارد بر مصالح، و نیز شناسایی علل آنها، از عناصر ضروری اقدام بهسازی موفق و اقتصادی محسوب می شوند. گزارشات مفیدی در ارتباط با مراحل روش شناسی و تکنیک های ارزیابی که معمولا در انجام چنین بررسی هایی به کار می روند، ارائه شده است و در اینجا تنها شرح خلاصه ای از جنبه های مربوط به خوردگی، ارائه خواهد شد.

الزامات اولیه، باید موارد زیر را مشخص نماید:

(الف) آیا علائم مشخصه ترک خوردگی و ایجاد لکه ها بر روی بتن که ممکن است ناشی از خوردگی باشد، در سطح بتن وجود دارند- این بررسی باید از طریق بازرسی چشمی و تصویر برداری صورت گیرد.

(ب) آیا آثار لایه لایه شدن زیر سطحی که ممکن است ناشی از خوردگی باشد، وجود دارد- این بررسی معمولا از طریق یک بررسی ساده کشیدن چکش یا زنجیر، و یا در برخی موارد که سطح بزرگی باید مورد بررسی قرار گیرد، به کمک روش های ابزار دقیق مانند رادار زیر سطحی یا دماسنجی مادون قرمز، صورت می گیرد.

(پ) آیا توزیع و عمق پوشش برای آرماتورهای مسلح سازی نشان می دهد که خوردگی می تواند عامل آسیب فوق باشد- این بررسی از طریق یک آزمایش پوشش سنجی الکترومغناطیسی صورت می گیرد.

(ت) آیا علائم فعالیت خوردگی الکتروشیمیایی خصوصا در بخش هایی از سازه که قبلا آثار ترک خوردگی یا لایه لایه شدن در آنها مشاهده نشده است، وجود دارد- این بررسی از طریق نگاشت پتانسیل نیم پیل (شکل 5-15) که عنوان یک توصیه اخیر RILEM می باشد، صورت می گیرد.

شکل 5-15- (a) مدار اندازه گیری پتانسیل آرماتور نسبت به یک نیم پیل مرجع (مثلا SSC- یک الکترود کلریدی نقره- نقره در 1M KCl). (b) کانتورهای هم پتانسیل معمول (میلی ولت، مقیاس SSC) ثبت شده 
برای آرماتور در دال بتنی با یک ناحیه خوردگی منفرد احاطه شده با فولاد دارای لایه محافظ.

در صورتی که شاخص های فوق، وجود مشکل خوردگی را نشان دهند، آنگاه عوامل مسبب خوردگی باید از طریق اندازه گیری عمق کربناسیون و آنالیز کلرید در محل های مشخص شده، شناسایی گردند. آزمایش فنول فتالئین که برای اندازه گیری عمق کربناسیون به کار می رود، عموما ساده و قابل اطمینان می باشد، هرچند که روش های دیگر در برخی موارد ترجیح داده می شوند، مانند وقتی که بتن با سیمان حاوی آلومینای بالا (HAC) مورد آزمایش قرار می گیرد. با این وجود، آنالیزهای کلرید گاهی اوقات مشکل ساز بوده اند و پراکندگی زیاد در نتایج حاصل از آزمایشات بین آزمایشگاهی در مناطق مختلف، گزارش شده است؛ این موارد در گزارشات و توصیه های اخیر ارائه شده توسط کمیته تخصصی TMC-178 RELEM، مورد توجه قرار گرفته است. پاسخ پرسش مربوط به چگونگی استفاده از داده های مربوط به عمق کربناسیون و نمودار کلرید به منظور تخمین زمان های آغاز خوردگی، به طور مختصر در مقالات دیگر وب سایت کلینیک بتن ایران ، مورد بررسی قرار گرفته است و چنانکه قبلا ذکر شد، تا آنجا که به نموداردهای کلرید مربوط می شود، هنوز عدم قطعیت و نقاط ابهامی وجود دارند که باید برطرف گردند.

ارزیابی بتن توسط آزمایشگاه

در مواردی که خوردگی قبلا آغاز شده و علل آن شناسایی شده است، موضوع چگونگی کنترل مشکل باقیمانده عمر کاری در نظر گرفته شده برای سازه مورد نظر، پرسش هایی را درباره چگونگی انتشار سریع احتمالی خوردگی در حالت محدود در محل های مختلف، مطرح می سازد. در عین حال که تصویر نگاشت پتانسیل می تواند راهنمای ارزشمندی را در زمینه توزیع و مقیاس نواحی آندی در یک زمان مشخص ارائه نماید، اما این تصویر نمی تواند مستقیما اطلاعاتی را درباره نرخ خوردگی، در اختیار قرار دهد.
داده های مربوط به اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن که می تواند به صورت غیر مخرب در محل صورت گیرد را می توان به صورت تجربی با داده های مشاهده شده مربوط به نرخ خوردگی فولاد پس از شکل گیری لایه محافظ در بتن با ترکیب بخصوص، ارتباط داد، اما این رابطه دارای کاربرد کلی نمی باشد. تخمین نرخ های آنی خوردگی (icarr) آرماتور فولادی در بتن را می توان مستقیما توسط روش های مختلف الکتروشیمیایی، انجام داد که پرکاربردترین آنها شامل استفاده از روش معروف اندازه گیری مقاومت قطبش (Rp) (که به قطبش خطی نیز معروف است) می باشد که توسط استرن و همکاران ابداع شده است. استفاده از این روش برای اندازه گیری نرخ خوردگی فولاد در بتن در ابتدا به صورت پیشنهادی مطرح گردید و پس از آن برای استفاده در محل توسط آندراده و همکاران توسعه یافت و اخیرا به مبنا و اساس یکی از توصیه های RILEM تبدیل گشته است.

پرطرفدارترین مطالب ما را از دست ندهید!
تفاوت شن و ماسه
انواع ملات های ساختمانی شامل چه مواردی است؟
چسب بتن چیست

اگرچه قطبش خطی به طور گسترده ای برای فراهم نمودن داده های مفیدی در رابطه با نرخ خوردگی فولاد در بتن به کار رفته است، اما مشخص شده است که منابع ذاتی خطا که دقت اندازه گیری را محدود می سازند، در مقایسه با تخمین های وزنی یا غلظتی خوردگی، وجود دارند. مشکلات بخصوص از موارد زیر ناشی می شوند:

1- عدم قطعیت در بزرگی ثابت تناسب (B) در معادله استرن- گیری، Rp=B/icorr، (که Rp را با معکوس icorr مربوط می سازد) که برای سیستم های مختلف، متغیر می باشد.

2- خطاهای موجود در محصور نمودن نواحی از آرماتور که دچار قطبش شده اند، هنگامی که این روش برای یک سازه بتن مسلح بزرگ به کار می رود که با یک نمونه کوچک آزمایشگاهی تفاوت دارد. همچنین باید توجه نمود که نرخ های خوردگی آنی می توانند برحسب زمان و شرایط محیطی به شدت تغییر نمایند و در نتیجه ممکن است آسیب های تجمعی خوردگی را به خوبی نشان ندهند مگر آنکه اندازه گیری ها به صورت تکرار شونده در یک دوره طولانی تر در یک محل مشخص، انجام شوند.

به دلایل فوق، استفاده از داده های icorr در مدل های سازه ای با هدف انجام پیش بینی های کمی زمانی برای انتشار خوردگی، به منظور رسیدن به یک حالت حدی، در معرض عدم قطعیت های نسبتا بزرگی قرار دارد. بنابراین، از آنجا که یک مقدار icorr=1µAcm-2، متناظر است با یک کاهش مقطع فولادی تنها به میزان µm 10 در سال، و این در حالیست که افت مقطع فولاد بین 10 تا µm100 معمولا محصولات خوردگی منبسط شونده کافی جهت ترک پوشش بتن را فراهم می نماید، معیار وسیع نشان داده شده در شکل 5-3 می تواند در درونیابی داده های icorr برای بتن مسلح، مورد استفاده قرار گیرد.
در عین حال که روش های مختلف توصیف شده در بالا می توانند ابزارهایی جهت ارزیابی حالت خوردگی یک سازه موجود در یک زمان مشخص را در اختیار بگذارند، نصب دستگاه های پایش خوردگی (حسگرها) به منظور هشدار زودهنگام درباره وقوع و گسترش خوردگی، در سازه های مهم موجود در محیط های مهاجم، در حال رواج و گسترش می باشد. این دستگاه ها براساس روش های تشخیص غیرمخرب مربوط به هجوم شرایط خورنده، عمل می نماید. نمونه هایی از این دستگاه ها عبارتند از: کاوشگرهای قطبش خطی، حسگرهای گالوانیکی، کاوشگرهای درشت پیل، الکترودهای ویژه یون کلرید و حسگرهای مقاومت ویژه.

جدول 5-3- رابطه وسیع میان سطوح مشاهده شده از فعالیت خوردگی در بتن مسلح و نرخ های خوردگی لحظه ای (آنی) حاصل از اندازه گیری های مقاومت قطبش