درک شرایطی که باعث خوردگی (زنگ زدن) فولادهای مسلح کننده و پیش‌تنیدگی می‌شود، حیاتی است. برای افزایش عمر مفید بهره‌برداری، خطر خوردگی زیاد در سازه‌های بتنی حاوی فولاد مدفون را می‌توان به حداقل رساند. در این مقاله، خلاصه‌ای در مورد سازوکارهای خوردگی فولاد، شرایطی که تحت آن چنین خوردگی رخ می‌دهد، روش‌ها و شیوه‌هایی که از آنها می‌توان برای جلوگیری یا محدود کردن خوردگی فولاد و یا حفاظت از سایر مصالح مدفون در بتن استفاده کرد، شرح داده‌شده است.
محیط بسیار قلیایی در بتن به بوسیله مایع منفذی خمیر سیمان پرتلند ایجاد می‌شود، که از خوردگی فولاد مدفون در بتن محافظت می‌کند. کفایت حفاظت به ضخامت پوشش بتنی، کیفیت بتن، جزئیات اجرایی، میزان رویارویی با کلرایدهای موجود در مواد تشکیل دهنده بتن و محیط قرارگیری و شرایط محیط بهره‌برداری بستگی دارد.
اصول کلی شروع خوردگی فولاد در بتن
فرآیند خوردگی فولاد در بتن به چند مرحله تقسیم می‌شود:
1- شروع: لایه انفعالی معمول بر روی فولاد از بین می‌رود.
2- رشد خوردگی (انتشار): فرآیند خوردگی فعال برقرار می‌شود و خوردگی پیشرفت می‌کند.
۳- آسیب: خوردگی به اندازه کافی شدید است که ترک خوردگی، طبله شدن یا هر دو رخ می‌دهد و در نهایت ممکن است عضو سازهای عملکرد مورد نظر خود را نداشته باشد.
انتشار خوردگی
به مجرد اینکه خوردگی آغاز شده است، به خصوص اگر نرخ خوردگی بسیار کم باشد، سازه ممکن است هنوز چندین سال عمر مفید بهره‌برداری داشته باشد. عوامل تاثیر گذار در این فرایند غبارتند از: کنترل آندی، کنترل کاتدی و کنترل مقاومت الکتریکی.
خواص وابسته به خوردگی مصالح در بتن
مصالح بتن باید الزامات استانداردهای مربوطه را برای بتن سازهای برآورد سازند. مصالحی که باید بررسی بر روی آنها انجام شود شامل موارد زیر است که از توضیح بیشتر درباره آنها در این مقاله خودداری می‌شود.
- سیمان
- مواد مکمل سیمان
- سنگدانه‌ها
- آب اختلاط
- افزودنی‌ها (زودگیر کننده‌ها – بازدارنده‌های خوردگی)
کاهش دادن خوردگی
در کاهش دادن خوردگی، نکات بسیار مهم زیر باید از منظر عمر بهره‌برداری بتن ارزیابی گردند:
- شروع خوردگی
- نمایان شدن محصولات خوردگی (لکه‌های زنگزدگی)
- بهره‌برداری شامل ترک خوردگی، فروریختن و یا هر دو
- ظرفیت باربری سازه در صورتی که به طور جدی کاهش یابد یا سازه دیگر نتواند پاسخگوی هدف
- مورد نظر خود باشد.
ملاحظات سنتی عمر بهره برداری، فقط شروع خوردگی را در نظر می‌گیرند؛ با این حال حتی برای سازه‌های نمایان و قابل مشاهده معیار دوم یا سوم ممکن است در طراحی مناسبتر باشد. خوردگی فولاد در بتن به محیطی که سازه در آن قرار میگیرد بستگی دارد.
با انتخاب اقدامات و موادی که شروع خوردگی را به تاخیر می‌اندازد و سپس نرخ آن را کاهش می‌دهند، می‌توان خوردگی را به حداقل رساند به طور فزاینده‌ای از مدل‌های پیش بینی عمر مفید برای تعیین ترکیبی از مصالح بتن که می‌تواند در راستای دستیابی به عمر بهره‌برداری طراحی شده از دیدگاه خوردگی کمک کند، استفاده می‌شود.
خوردگی آرماتورهای فولادی پیش تنیده
خوردگی آرماتورهای فولادی پیش تنیده به دو نوع خوردگی کلی سطحی و حفره‌ای تقسیم می‌شود که مشابه میلگردهای فولادی معمولی است. ترد شدن هیدروژنی و ترک خوردن ناشی از خوردگی توام با تنش از خطرات جدی این سیستم‌ها هستند. عواملی مانند تماس با محلول‌های یخ‌زدا و محیط‌های تهاجمی می‌توانند خطر خوردگی را افزایش دهند. برای جلوگیری از این مشکلات، اقدامات پیشگیرانه باید در مراحل ساخت و نصب انجام شوند. حفاظت از مواد خام، کابل‌ها و سیم‌ها در برابر عناصر خورنده، بازرسی‌های دوره‌ای و استفاده از مواد مناسب برای پوشش و نگهداری ضروری است. ACI 222.2R به جزئیات بیشتری درباره حفاظت و ترمیم این سیستم‌ها اشاره می‌کند.
خرابی سایر مواد به غیر از فولاد
گاهی اوقات از فلزات غیر آهنی در بتن استفاده می‌شود. این فلزات عبارتند از: آلومینیوم، سرب، مس و آلیاژهای مس، روی، کادمیوم، فلز مونل ، استلیت (آلیاژهای کبالت – کروم – تنگستن)، نقره و قلع. از فولاد گالوانیزه و آلیاژهای مخصوص فولاد مانند فولادهای ضد زنگ و فولادهای کروم – نیکل نیز استفاده شده است. از روی و کادمیوم به عنوان پوشش روی فولاد استفاده می‌شود.
خوردگی فلزات یا آلیاژهای غیر آهنی می‌تواند ناشی از پدیده‌های مختلفی باشد. فلز ممکن است در بتن با قلیاییت زیاد یا در حضور یون‌های کلراید ناپایدار باشد. حالت اول زمانی اتفاق می‌افتد که بتن نسبتاً تازه باشد و ممکن است خود محدود کننده باشد. حالت دوم به ویژه زمانی که فلز در تماس با فلزی غیر مشابه باشد، می‌تواند شروع به خوردگی کند. هنگامی که فلزات غیر مشابه در تماس الکتریکی (کنار هم قرار گرفته) هستند، یک سلول گالوانی می‌تواند رخ دهد که منجر به خوردگی فلز فعال تر می‌گردد.
خلاصه
بتن حاوی سیمان پرتلند می‌تواند محافظت عالی در برابر خوردگی برای فولاد تعبیه شده در آن ایجاد کند. هنگامی که خوردگی رخ می‌دهد هزینه‌های تعمیرات می‌تواند بسیار زیاد باشد. استفاده از بتن با کیفیت؛ پوشش کافی بر روی فولاد، نوع مناسب مسلح کننده و طراحی صحیح شامل جزئیات و حفاظت اضافی، برای به حداقل رساندن خرابی ناشی از خوردگی فولاد، پیش نیاز می‌باشند.