مکانیزم های شکست ترد ناشی از خوردگی در بتن های پیش تنیده

امتیاز کاربران برای این صفحه | امتیاز 5 از 5 (از 1201 رای)
امتیاز شما :

مکانیزم های شکست در بتن

نوع و چگونگی خوردگی، عوامل موثر مهمی هستند که رفتار فولادهای پیش تنیدگی تحت شرایط بهره برداری نامناسب یا پیش بینی نشده، اثر می گذارند. تنها تعیین وقوع خوردگی، تحلیل کافی از یک گسیختگی را ارائه نداده و به جلوگیری از وقوع آسیب در آینده نیز کمکی نمی کند. بسته به وضعیت خوردگی غالب بارگذاری و همچنین خواص فولاد پیش تنیدگی، انواع شکست زیر ممکن است روی دهد:

  • شکست ترد بر اثر تجاوز از ظرفیت بار پسماند. شکست ترد به ویژه بر اثر عوامل زیر تسریع می گردد:
  • حمله خوردگی موضعی (حفره ای شدن)، و
  • تردشدگی هیدروژنی
  • شکست در نتیجه ترک ناشی از خوردگی تنشی که به دوگروه تقسیم می شود:
  • ترک ناشی از خوردگی تنشی آندی، و
  • ترک ناشی از خوردگی تنشی بر اثر هیدروژن
  • شکست در نتیجه خستگی و اثرات خوردگی به دو صورت:
  • ترک خستگی ناشی از خوردگی، و
  • خوردگی محرک/خستگی محرک

در بخش های زیر، این انواع به همراه جزئیات بیشتری در ارتباط با اجرای بتن پیش تنیده، در کلینیک بتن ایران تشریح خواهند شد. با ما همراه باشید تا اطلاعات بیشتر و دقیق تری در خصوص مکانیزم های شکست ترد ناشی از خوردگی در بتن های پیش تنیده در اختیار شما عزیزان قرار دهیم.

جدول 6-1- فولادهای پیش تنیدگی و خواص مکانیکی آنها

محصول رده فولاد مقادیر اسمی برای خواص مکانیکی
نوع سطح قطر (mm) نام انحصاری شرایط فرآوری حد الاستیک
(N/mm2)
2/0%، تنش گواه
(N/mm2)
مقاومت کششی
(N/mm2)
افزایش طول پس از شکست
(N/mm2)
فولاد میلگرد صاف یا آجدار 36-26
15
36-26
1031/835 St
1080/885St
1230/1080St
نورد گرم، کشش و آبکاری 735
735
950
835
885
1080
1030
1030
1230
7
7
6
سیم، گرد آجدار
صاف یا آجدار
صاف
صاف با شکل دار
صاف یا شکل دار
16
14-6
2/12-8
5/7-5/5
5/5-00/5
1470/1325St
1570/1420St
1570/1375St
1670/1470St
1770/1570St
آبکاری
و حرارت
"
کشش سرد
"
1175
1220
1130
1225
1325
1325
1421
1375
1471
1570
1470
1570
1570
1670
1770
6
6
6
6
6
سیم، تخت شکل دار 10×5/4 تا 5/15×9/7 1570/1420St آبکاری و حرارت 1220 1420 1570 6
رشته 7- سیم 3/18-3/9 1770/1570St کشش سرد 1150 1570 1770 6

1- دو عدد نشان دهنده مقادیر اسمی برای تنش proof 2/0% و مقاومت کششی برحسب N/mm2 می باشد.

2- 01/0% حد افزایش طول

3- آج های برجسته

مکانیزم های شکست در بتن 

مکانیزم های شکست در بتن

جدول 6-2- ترکیب شیمیایی فولادهای پیش تنیدگی مورد استفاده

نوع فولاد پیش تنیدگی داده های مرجع برای ترکیب شیمیایی
C% Si% Mn% Cr% V%
سیم، آبکاری و حرارت
سیم و دسته رشته سیم، کشش سرد
میلگرد فولادی
5/0
8/0
7/0
6/1
2/0
7/0
6/0
7/0
5/1
4/0
-
-
-
-
3/0 **

                                    * باتوجه به تحلیل ladle

                                    ** فقط برای 1230/1080 St

شکست ترد

شکست ترد ممکن است در فولادهای با مقاومت بالا، به ویژه تحت تاثیر کششی به سرعت اعمال شده، اتفاق بیفتد. این وضعیت در فولادهای پیش تنیدگی وجود دارد، هنگامی که شکستی تحت بارهایی کمتر از بارهای متناظر با پیش کرنش مجاز بر اثر عوامل زیر اتفاق می افتد:

  • تمرکز تنش در فرورفتگی های موضعی (مثلا ناحیه حفره ای شده بر اثر خوردگی)
  • سرعت بالای اعمال تنش و دمای پایین
  • تردی ساختار فولاد پس از جذب هیدروژن (تردشدگی هیدروژنی)

تاثیر خوردگی

خوردگی یکنواخت (مثلا پس از هوازدگی بلند مدت در یک محوطه ساخت) عموما اثر عمده ای بر ظرفیت باربری نمی گذارد، مگر آنکه سطح مقطع به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یافته باشد. کاهش سطح مقطع در صورتی ممکن است اتفاق بیفتد که فولادهای پیش تنیدگی در مجاری تاندون تزریق نشده با ملات، در یک دوره زمانی طولانی، بر اثر مهارهای نفوذپذیر نسبت به هوا یا درزهای اجرایی، در معرض آب و اکسیژن قرار گرفته باشند.

اما اگر فولاد پیش تنیدگی دچار حمله خوردگی موضعی به شکل ایجاد فرورفتگی هایی شده باشد، ظرفیت باربری ممکن است در یک دوره اولیه بر اثر شکست ترد از دست رود (شکل 6-2). اثرات زیر می توانند چنین حملاتی را در فولاد پیش تنیدگی موجب شوند:

شکست ترد بر اثر حمله خوردگی تسری شده با کلریدشکل 6-2- شکست ترد بر اثر حمله خوردگی تسری شده با کلرید

  • وجود آب آلوده در مجاری تاندون های پس تنیدگی که قرار است تزریق شوند، که از آب انداختگی بتن در مدت ساخت ناشی می شود. فولاد ممکن است در شرایط غیر پیش تنیده و تزریق نشده، دچار خوردگی حفره ای شدیدی شده باشد که در این صورت ظرفیت باربری آن می تواند به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یابد. آب انداختگی عبارت است از جداشدگی بتن تازه، هنگامی که مواد جامد ته نشین شده و آب جایگزین شده بالا آمده و یا به داخل حفرات داخلی نفوذ می کند. این آب جداشده ممکن است حاوی مقادیر زیادی سولفات یا کلیرد باشد که از شسته شدن مصالح ساختمانی، سیمان، سنگدانه ها و آب ناشی می شود.

غلظت بالای سولفات، از سنگ گچ موجود در سیمان ناشی می شود. فاز آبگونه بتن تازه، از طریق مهارها، کوپلینگ ها و نواحی معیوب صفحه فولادی مجرا، به داخل مجاری نفوذ کرده و در عمیق ترین نقاط تجمع می یابد. آب قلیایی به سرعت در حضور هوا، کربناته می شود. در نتیجه فولاد دچار حفره ای شدن شدیدی حتی قبل از تزریق و پیش تنیدگی، می گردد که این شرایط می تواند منجر به ایجاد فرورفتگی هایی تا عمق mm1 در مدت چند هفته گردد.

جدول 6-3- تحلیل آب حاصل از آب انداختگی

سولفات
کلرید
کلسیم
سدیم
پتاسیم
تیوسیانات
مقدار pH
20/5-90/1
18/0-13/0
09/0-06/0
37/0-18/0
30/7-60/3
*50/0-13/0
13-10
گرم بر لیتر
گرم بر لیتر
گرم بر لیتر
گرم بر لیتر
گرم بر لیتر
گرم بر لیتر
 

* تیوسیانات تنها در یک مورد خاص یافت شد (مقالات دیگر وب سایت کلینیک بتن ایران را برای مصالح ساختمانی معدنی نامناسب ملاحظه نمایید).

  • ورود آب حاوی کلرید در یک مجرای تاندون تزریق نشده، مثلا در بالای درزها یا مهارهای نفوذپذیر نسبت به هوا ممکن است منجر به خوردگی موضعی مخربی در فولاد پیش تنیدگی در کل طول عمر آن شود (شکل 6-2). در جایی که پوشش بتن بسیار نازک بوده یا بسیار نفوذپذیر باشد و در نتیجه نمک های کلرید بتوانند به تاندون نفوذ نمایند، حملات مشابهی را می توان انتظار داشت.

مشخصات عملکردی فولادهای پیش تنیدگی خورده شده را می توان در آزمایشات خوردگی کششی، خستگی و تنشی تعیین نمود (شکل 6-3). مثلا به عنوان بخشی از فرآیند بازرسی ساختمان های قدیمی تر، آزمایشاتی جهت تعیین ظرفیت باربری باقیمانده بر روی نمونه های فولاد پیش تنیدگی آسیب دیده، انجام شده که به تهیه اطلاعات لازم جهت ترمیم کارآمد، کمک می نماید. فولادهای پیش تنیدگی با مقاومت بالا نسبت به فولادهای متداول، در برابر حمله خوردگی بسیار حساس تر می باشند. این حساسیت به این صورت مشخص می گردد که آزمایش کششی دارای کارآیی کمتری نسبت به آزمایشات خستگی می باشد که این آزمایشات نیز به نوبه خود، نسبت به آزمایشات خوردگی تنشی دارای حساسیت کمتری می باشند.

ویژگی های سیم های فولادی پیش تنیدگی

شکل 6-3- ویژگی های سیم های فولادی پیش تنیدگی با تغییر شکل سرد (مقاومت کششی N/mm21770)، dS=5mm، نسبت به عمق خوردگی موضعی غیریکنواخت (پراکندگی 90 درصدی نتایج آزمایش) 

برای حالت خوردگی موضعی غیریکنواخت، یک عمق خوردگی mm6/0 ممکن است برای ایجاد شکست در یک سیم تغییر شکل یافته به صورت سرد تحت کششی معادل 70% مقاومت مشخصه تاندون در حدود N/mm21800 کافی باشد (شکل 6-3، آزمایش کششی). برای فرورفتگی های با عمق بیشتر از mm2/0، سیم های کشیده شده به صورت سرد ممکن است حدود خستگی (حدود خستگی برای چرخه های تنش N=2*106) معادل N/mm2100 یا کمتر را نشان دهند (شکل 6-3، آزمایش خستگی). فولادهای جدید با سطح صاف و صیقلی معمولا یک حد خستگی بیشتر از N/mm2400 را نشان می دهند.

از میان کلیه مشخصات عملکردی فولادهای پیش تنیدگی، خوردگی موضعی دارای بیشترین اثر نامطلوب بر روی حساسیت نسبت به ترک ناشی از خوردگی مربوط به هیدروژن می باشد. در آزمایشی که توسط FIP ارائه شده است ، فولاد پیش تنیدگی تحت کشش در یک محلول تیوسیانات آمونیوم غرقاب شده و حداقل و متوسط زمان قرارگیری تحت این شرایط پیش از وقوع گسیختگی تعیین می گردد.

برای سیم ها و رشته های کشیده شده به صورت سرد، این مقادیر به ترتیب در حدود 5/1 و 5 ساعت می باشد. در مثال نشان داده شده در شکل 6-3 (آزمایش خوردگی تنش)، این طول عمرها برای عمق های بیشتر از mm2/0 به دست نیامده است.

دیگر مقالات ما را در این بخش دنبال نمایید

جدول عیار بتن چیست؟

مکانیزم های شکست در بتن

مکانیزم های اصلی حمله سولفات تومازایت در بتن

اثر هیدروژن (تردشدگی هیدروژنی)

در یک وضعیت خوردگی ویژه، خوردگی فولاد پیش تنیدگی ممکن است موجب گردد که اتم های هیدروژن به صورت کاتدی تخلیه گردند. سپس این اتم های هیدروژن توسط فولاد پیش تنیدگی جذب می شوند که در صورت انجام پیش تنیدگی به طور همزمان، ممکن است ترک ناشی از خوردگی تنشی مربوط به هیدروژن اتفاق بیفتد. اگر فولاد پیش تنیدگی دارای هیچگونه کششی نباشد (پیش تنیده نباشد)، در صورت وقوع خوردگی هیدروژن می تواند جذب گردد.

در این صورت، فولاد دچار ترک خوردگی نمی شود اما بسته به مقدار هیدروژن جذب شده و حساسیت هیدروژنی ویژه آلیاژ مورد نظر، فولاد پیش تنیدگی ممکن است، دچار تردی گردد. این اثر نامطلوب بر مشخصات مکانیکی به شکل تاثیر آن بر خواص تغییر شکلی جدی تر از تاثیر آن بر مقاومت کششی می باشد (شکل 6-4).  

مقاومت کششی (Rm) و کاهش مساحت

شکل 6-4- مقاومت کششی (Rm) و کاهش مساحت (Z) سیم های فولادی پیش تنیدگی با تغییر شکل سرد (4 فولاد ذوب می شود) پس از قرارگیری در معرض هیدروژن

گسیختگی های فولاد مسلح سازی که ناشی از تردشدگی هیدروژنی ناشی از خوردگی می باشند، مثلا هنگامی اتفاق می افتند که پیش تنیدگی تا یه سطح تنش بالا در حال انجام بوده یا کمی پس از انجام پیش تنیدگی، یعنی زمانی که فولاد مدت زمانی را در شرایط خوردگی نامطلوب سپری نموده و در نتیجه مقادیر بالایی از هیدروژن را جذب نموده است. اما در صورتی که تاندون های فولادی به طور مناسب و سریع فرآوری شوند، چنین آسیبی نیابد اتفاق بیفتد.
نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1400/07/20
سایر مقالات
استاندارد کلاس اسلامپ
استاندارد کلاس اسلامپ
استاندارد اسلامپ بتن بر اساس روش ها درج شده استاندارد (دت 505) بررسی می شود. در این مقاله استاندارد کلاس اسلامپ را به طور دقیق بررسی خواهیم کرد....
ادامه مطلب
بررسی انواع گروت های اپوکسی روان با مقاومت زیاد
بررسی انواع گروت های اپوکسی روان با مقاومت زیاد
در این مقاله با انواع گروت های اپوکسی را آشنا می شویم و درباره روانی و مقاومت زیاد آن ها نیز صحبت می کنیم. ...
ادامه مطلب
افزودنی های پایاگرها و آب بند کننده های بتن
افزودنی های پایاگرها و آب بند کننده های بتن
آشنایی با افزودنی های پایاگرها و آب بند کننده های بتن ...
ادامه مطلب
نقش اسپیسر در افزایش کیفیت اجرایی ساختمان های بتنی
نقش اسپیسر در افزایش کیفیت اجرایی ساختمان های بتنی
ساختمان ها در هر کشوری جزو سرمایه های ملی آن کشور به حساب می آیند و ارتقای کیفیت ساخت ساختمان ها باعث ارتقا در سطح کیفی زندگی مردم آن کشور می گردد....
ادامه مطلب

نظرات کاربران

به این صفحه امتیاز دهید
با تشکر امتیاز شما به این صفحه می باشد