Slide8

گزارش خبری صدا و سیما از دستگاه رئومتر فهاب بتن

در حاشیه بیست و پنجمین نمایشگاه صنعت ساختمان که در مرداد ماه سال 1404 برگزار شد، خبرنگاران صداوسیما گزارش خبری از دستاوردهای شرکت دانش‌بنیان فهاب بتن تهیه کردند. یکی از این دستاوردها، ساخت و عملیاتی کردن دستگاه گران سنج بتن (رئومتر) بود.

در این گزارش به معرفی این دستاورد و کاربرد آن در بهبود کیفیت ساخت‌و‌ساز اشاره شده است. ساخت این دستگاه گامی دیگر در راستا افزایش دوام بتن بوده است زیرا که ما معتقدیم “دوام بتن؛ کلید توسعه پایدار” است. در این گزارش خبری مدیریت محترم شرکت دانش‌بنیان فهاب بتن و جناب آقای مهندس بابک فروتن‌مهر و کارشناسان شرکت توضیحات لازم در خصوص از دستاورد را ارائه کرده‌اند.

در خصوص آشنایی با دستگاه رئومتر و ویژگی‌های آن به مقاله شرکت دانش‌بنیان فهاب بتن در این خصوص مراجعه نمایید.

مطالعه مقاله…

لینک خبر…

Slide52

دستگاه رئومتر (جریان سنج) چیست؟

دستگاه جریان‌سنج بتن یا به عبارت دیگر رئومتر، پیشرفتی در  زمینه ارزیابی و درک خصوصیات بتن تازه از نظر لزجت (plastic viscosity)، تنش تسلیم (yield stress) و روان‌وردی (thixotropy) است. خصوصیات رئولوژیکی بتن از نظر مسائل مختلفی مانند آب‌انداختگی بیش از اندازه، جداشدگی یا تراکم ضعیف اهمیت دارد. این دستگاه برای رفع نیازهای تولید، چالش‌های اجرایی موجود، طراحی مخلوط‌های خاص و افزایش بینش کاربر از بتن تولیدشده، طراحی شده است.

دستگاه رئومتر با اندازه‌گیری دقیق خواص جریان بتن تازه، به اطمینان از کیفیت و عملکرد ثابت و همگن مخلوط بتن کمک کرده که این موضوع برای دستیابی به مقاومت و دوام مطلوب در سازه‌های بتنی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. علاوه‌براین، دستگاه رئومتر با تنظیم دقیق خصوصیات بتن تازه، به بهینه‌سازی اقتصادی و محیط‌زیستی طرح مخلوط کمک فراوانی می‌کند. با تعیین مشخصات رئولوژیکی هدف برای مخلوط بتن، می‌توان با تغییر طرح مخلوط و استفاده از مصالح و ابزارهای متفاوت، به طرح مخلوط مناسب هدف پروژه دست یافت.

این دستگاه با استفاده از آزمون رشد تنش (Stress growth) و مطابق با آزمایش منحنی جریان (Flow curve)، مشخصات رئولوژی انواع بتن‌ها را با اندازه‌گیری گشتاور وارد به پروانه‌های چرخنده در داخل بتن و تبدیل آن به لزجت و تنش تسلیم مخلوط بتن برآورد می‌کند که نمونه‌ای از این اعداد، در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1

دستگاه رئومتر در پروژه‌های عمرانی، آزمایشگاه‌ها، شرکت‌های صنعتی در زمینه تولید مصالح ساختمانی، بتن، افزودنی و قطعات پیش‌ساخته کاربرد دارد. برای استفاده از نتایج دستگاه رئومتر با ارزیابی نمودارها، می‌توان اثرات مصالح مختلف یا تغییرات طرح مخلوط روی مشخصات رئولوژیکی بتن تازه در انواع مخلوط‌های مختلف را بررسی کرد.

دستگاه حاضر که در شکل 2 مشخص شده است، نسبت به نسخه‌های دیگر، بهینه‌سازی‌شده و با دارابودن محیط نرم‌افزاری و گرافیکی، قابلیت محاسبه تنش تسلیم و لزجت را به صورت مستقیم همراه با نمایش نمودارهای مرتبط داراست. هم‌چنین روان‌وردی (thixotropy) نیز در این نسخه از دستگاه قابل محاسبه است. ضمنا در نسخه فعلی در زمینه طراحی دستگاه، قابلیت جابجایی و سهولت استفاده نیز تغییرات چشمگیری ایجاد شده است.

شکل 2

گزارش خبری صدا و سیما از دستگاه گران‌سنج بتن (رئومتر)

در حاشیه بیست و پنجمین نمایشگاه صنعت ساختمان، خبرنگاران صداوسیما از این دستاور شرکت دانش بنیان فهاب بتن گزارش خبری تهیه کردند. توضیحات تکمیلی در خصوص ساخت و عملیاتی کردن دستگاه گران‌سنج بتن یا همان رئومتر در این خبر ذکر شده است.

مشاهده خبر

گزارش خبری صدا و سیما از دستگاه رئومتر در نمایشگاه صنعت ساختمان

Slide49

سایش در بتن؛ عوامل مؤثر، آزمایش‌ها و روش‌های افزایش مقاومت سایشی

مقاومت سایشی بتن به عنوان توانایی یک سطح برای مقاومت در برابر سایش در اثر ضربه، مالش و اصطکاک تعریف می‌شود. سایش کف‌ها، روسازی‌ها، پیاده‌روها، دال‌های پارکینگ و … کاربردهای ویژه مانند تراورس راه‌آهن می‌تواند ناشی از استفاده کاربردی معمولی یا تردد با پای پیاده یا وسایل نقلیه باشد. باد، آب، یخ یا ذرات موجود در آب نیز می‌توانند سطوح بتنی را بسایند. مواردی وجود دارد که سایش از نظر سازه‌ای نگرانی چندانی ندارد اما ممکن است مشکل گرد و غبار وجود داشته باشد که می‌تواند قابل اعتراض باشد.

نمونه‌ای از خرابی بتن در کف انبار

آزمایش بتن برای مقاومت در برابر سایش

تحقیقات برای توسعه آزمایش‌های آزمایشگاهی معتبر در زمینه سایش بتن از اوایل دهه ۱۹۰۰ آغاز شده است، اما تاکنون روش واحدی که پاسخگوی همه شرایط باشد ارائه نشده است. سایش بتن حوزه‌های گوناگونی مانند کف‌ها و دال‌ها، پیاده‌روها، سطوح صنعتی و سازه‌های هیدرولیکی را در بر می‌گیرد که هر کدام سازوکار فرسایش و الزامات آزمایشگاهی خاص خود را دارند. استانداردهایی مانند ASTM C779/C779M،ASTM C944/C944M  و ASTM C1138  برای ارزیابی مقاومت سایشی انواع سطوح بتنی طراحی شده‌اند و بسته به کاربرد، روش‌های مختلفی مانند صفحات گردان، چرخ‌های ساینده، ساچمه‌پاشی یا گلوله‌های فولادی را به‌کار می‌گیرند.

تکرارپذیری نتایج، وضعیت سطح بتن، کیفیت سنگدانه‌ها و انتخاب نمونه‌های معرف از عوامل کلیدی در صحت آزمایش‌های سایش هستند. انتخاب درست محل‌های آزمایش میدانی و تولید نمونه‌های یکنواخت آزمایشگاهی اهمیت زیادی در ارائه نتایج قابل اعتماد دارد. به‌طور خاص، سایش و فرسایش سازه‌های هیدرولیکی و تراورس‌های راه‌آهن به دلیل شرایط خاص رطوبت، فشار و وجود ذرات ساینده، نیازمند روش‌های آزمایش ویژه‌ای هستند که در استانداردهایی مانند ASTM C1747 و تست‌های AREMA تعریف شده‌اند.

به‌طور کلی، استفاده از یک یا ترکیبی از این آزمایش‌ها به مهندسان کمک می‌کند تا دوام بتن را در برابر انواع سایش شبیه‌سازی کرده و عملکرد آتی سازه را پیش‌بینی کنند. انطباق شرایط آزمایش با شرایط بهره‌برداری واقعی، مانند اندازه نمونه و وضعیت سطح، برای ارزیابی دقیق مقاومت سایشی ضروری است.

فرايند انجام تست چرخ‌هاي ساينده برشي بر بتن

عوامل موثر برمقاومت سایشی بتن

مقاومت سایشی بتن پدیده‌ای تدریجی است که ابتدا با سایش لایه سطحی خمیر سیمان آغاز می‌شود. مقاومت سایشی سطح خمیر به مقاومت فشاری وابسته است، اما با پیشرفت سایش و نمایان شدن سنگدانه‌ها، نقش سختی سنگدانه‌ها و پیوند بین خمیر و سنگدانه پررنگ‌تر می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که سخت‌ترین فاز بتن بیشترین تأثیر را بر مقاومت سایشی دارد و پس از آن مقاومت فشاری اهمیت می‌یابد. در بتن‌های فوق توانمند (UHPC)، حجم بالای ذرات سیمانی هیدراته‌نشده به دلیل نسبت آب به سیمان پایین، دلیل اصلی عملکرد بهتر نسبت به بتن‌های توانمند (HPC) است.

برای بهبود مقاومت سایشی سطح، استفاده از نسبت آب به سیمان کم، پرداخت مناسب، عمل‌آوری کافی و پرهیز از جداشدگی و آب‌انداختگی ضروری است. علاوه بر این، افزودن مواد مکمل سیمانی مانند دوده سیلیسی، سرباره یا خاکستر بادی، کیفیت سنگدانه‌ها و استفاده از سنگدانه‌های سخت یا فلزی می‌تواند نقش مؤثری داشته باشد. در کاربردهایی مانند کف‌های صنعتی، استفاده از بستر دو لایه با روکش‌های مقاوم در برابر سایش و ضربه نیز توصیه می‌شود. در نهایت، عمل‌آوری دقیق و اجرای صحیح پرداخت سطح، برای دستیابی به بیشترین مقاومت و سختی ناحیه فوقانی بتن اهمیت زیادی دارد؛ زیرا این بخش مستقیماً در معرض بارگذاری و تردد قرار دارد و عملکرد آن تعیین‌کننده دوام روسازی یا دال بتنی است.

نمونه بتنی قرار گرفته شده در مقابل سایش

مورادی برای افزایش مقاومت سطوح بتنی در برابر سایش

  • کف‌هایی با بسترهای دولایه
  • سنگدانه‌های بتن ویژه
  • روش‌های پرداخت مناسب
  • آب زدائی با مکش
  • خشکه پاش‌ها و روکش‌های ویژه
  • روش‌هاي عمل آوري مناسب

مقاومت در برابر لغزش در روسازی‌ها

مقاومت در برابر لغزش روسازی‌های بتنی به بافت سطحی آنها بستگی دارد که به‌طور کلی شامل دو نوع بافت است: بافت درشت که در زمان ساخت به‌واسطه بی‌نظمی‌های سطحی ایجاد می‌شود و بافت ریز که به نوع و سختی سنگدانه‌های ریز مرتبط است. در سرعت‌های کمتر از حدود ۸۰ کیلومتر در ساعت، بافت ریز اهمیت بیشتری دارد، اما در سرعت‌های بالاتر، بافت درشت برای جلوگیری از آب‌پیمایش زیر لاستیک‌ها حیاتی است. به‌طور طبیعی، تردد چرخ‌های لاستیکی باعث سایش خمیر سطحی شده و بافت درشت را از بین می‌برد، بنابراین کیفیت خمیر سطحی و نوع سنگدانه‌ها بر دوام مقاومت لغزشی تأثیر دارد.

سنگدانه‌های ریز دارای مواد معدنی سیلیکاتی در اندازه ذرات بزرگ‌تر به حفظ بافت ریز و مقاومت لغزشی در سرعت‌های کم کمک می‌کنند. در مقابل، برخی سنگ‌ها مانند آهک، دولومیت یا سرپانتین با بافت بسیار ریز، در اثر تردد سریع صیقلی می‌شوند و مقاومت لغزشی را کاهش می‌دهند. اگر سنگدانه درشت از نوع سخت و مقاوم مانند سیلیس یا سرباره متخلخل باشد، نمایان شدن آن در اثر سایش می‌تواند مقاومت لغزشی را دوباره افزایش دهد.

به‌طور معمول، برای افزایش بافت درشت سطحی، شیارزنی یا اره‌زنی در بتن قبل یا بعد از سخت‌شدن انجام می‌شود تا کانال‌هایی برای خروج آب ایجاد گردد. این شیارها باید در برابر سایش و یخ‌زدگی مقاوم باشند. استفاده از بتن باکیفیت، پرداخت و عمل‌آوری صحیح و در برخی موارد طراحی روسازی‌های دو لایه با لایه بالایی مقاوم در برابر سایش و سنگدانه‌های ارزان‌تر در لایه زیرین می‌تواند عملکرد لغزشی و اقتصادی روسازی را بهبود بخشد.

خرابي ناشي از سايش در روند آزمايش چرخ‌هاي ساينده

خرابي ناشي از سايش در روند آزمايش چرخ‌هاي ساينده

فرسایش بتن خارج شدن پیشرونده جرم از سطح بتن در اثر حمله شیمیایی سایش یا خلاء زایی می‌باشد. (برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به مقاله انتقال جرم در بتن مراجعه کنید).

فرسایش در اثر حمله شیمیایی زمانی رخ می‌دهد که اجزای خمیر یا سنگدانه بتن شسته یا حل شوند. به دلیل افزایش نرخ حذف مواد و حفظ pH کم در نزدیکی سطح بتن نرخ تخریب می‌تواند با جریان مایع به طور قابل توجهی افزایش یابد. فرسایش زمانی اتفاق می‌افتد که مواد جامد معلق در آب به سطح ضربه می‌زند یا سائیده می‌شود و منجر به از بین رفتن مواد می‌گردد.

منابع:

Slide50

یخ زدن و آب شدن در بتن؛ عوامل، اثرات و روش‌های جلوگیری

تخریب بتن در معرض یخ زدگی، زمانی رخ می‌دهد که بتن دارای رطوبت داخلی کافی باشد و در شرایط رویارویی محیطی مشخص یخ بزند، منبع رطوبت می‌تواند داخلی یا خارجی باشد. رطوبت داخلی، آبی است که از قبل در منافذ بتن وجود داشته و توسط شرایط ترمودینامیکی، مجدداً توزیع گشته است تا درجه اشباع کافی در نقطه یخ زدگی ایجاد و باعث آسیب شود. رطوبت خارجی، از یک منبع بیرونی مانند بارندگی وارد بتن می‌شود. بتن خشک معمولاً دارای رطوبت نسبی داخلی (کمتر از ۷۵ تا ۸۰ درصد) معمولاً از آسیب ناشی از یخ زدگی مصون است.

نمونه‌هایی از خرابی ناشی از یخ زدن و آب شدن بتن

بتن در سنین اولیه می‌تواند حتی با یک‌بار یخ‌زدگی آسیب ببیند. در مقابل، بتن به‌اصطلاح بالغ قادر است چرخه‌های مکرر یخ‌زدن و آب‌شدن را بدون آسیب تحمل کند. بنابراین بتنی که به‌درستی عمل‌آوری شده باشد و پیش از قرار گرفتن در معرض یخ‌زدگی به بلوغ کافی برسد (مانند بتن ستون‌ها یا دال‌های کف) معمولاً می‌تواند یک فصل زمستان را پیش از حفاظت کامل در برابر شرایط محیطی تحمل کند. در حالی‌که بتنی مشابه که عمل‌آوری مناسبی نداشته و در سنین اولیه در معرض یخ‌زدگی قرار گیرد (مانند پیاده‌روها یا دیواره‌های نمایان شالوده) در صورت قرار گرفتن در معرض چرخه‌های مکرر یخ‌زدن و آب‌شدن، پس از چند سال ممکن است دچار خرابی شود. پیشنهاد می‌کنیم مقاله “عمل‌آوری بتن چیست” را مطالعه نمایید..

بتن ساخته شده با سنگدانه با دوام

بتن ساخته شده با سنگدانه‌ای که در برابر یخ زدن و آب شدن مقاوم است، عمدتاً از طریق ایجاد هوا در مخلوط بتن و همچنین با اقدامات حفاظتی ثانویه از طریق محدود کردن حجم نسبی آب قابل یخ زدن درون بتن، در برابر آسیب محافظت می‌شود. در ادامه این مقاله به بررسی برخی از این موضوعات خواهیم پرداخت.

بتن ساخته شده با سنگدانه مستعد یخ زدن

بتن با نسبت‌های مخلوط مناسب که عمل‌آوری کافی بر روی آن انجام شده باشد، در صورتی که حاوی سنگدانه‌ای (معمولاً) سنگدانه درشت باشد که در برابر یخ زدن و آب شدن آسیب پذیر است، امکان آسیب دیدن بر اثر یخ زدن و آب شدن را دارد. در ادامه این مقاله به بررسی برخی از این موضوعات نیز خواهیم پرداخت.

حمله یخ بندان در بتن ساخته شده با سندگدانه های با دوام

در ابتدا بهتر است تا با انواع آسیب‌های ناشی از یخ بندان آشنا شویم. به طور کلی سه نوع آسیب بتن را در اثر چرخه‌هاب یخ زدن و آب شدن تهدید می‌کند.

  • آسیب در سنین اولیه، ناشی از یخ زدگی آب در مرحله هیدراته شدن
  • پوسته شدن سطح، ناشی از بتن رفتن خمیر و ملات در سطح بتن (رایج ترین نوع آسیب)
  • آسیب داخلی، ناشی از بین رفتن یکپارچگی ساختاری

پیش‌گیری از آسیب یخ بندان در بتن تازه

محافظت از بتن جوان در برابر یخبندان، باید با رعایت دماهای حداقلی و اقدامات پیشنهادی ACI306R انجام شود. بعد از تراکم و عمل‌آوری سطح، بتن باید با عایق‌ها و پتوها در برابر سرد شدن سریع محافظت گردد تا از ترک خوردگی و یخ زدن زودهنگام جلوگیری شود.

عمل‌آوری مناسب برای هیدراته شدن کافی بتن ضروری است و باید قبل از رسیدن دما به زیر نقطه یخ زدن، حداقل مقاومت فشاری 5/3 مگاپاسکال حاصل شود. در صورت پیش‌بینی چرخه‌های مکرر یخ زدن و آب شدن، بتن باید به مقاومت‌های ۲۵ و ۳۲ مگاپاسکال برای شرایط مختلف برسد. رسیدن به این مقاومت‌ها قبل از مواجهه با چرخه‌های یخ زدن و آب شدن ضروری هستند.

یخ‌زدگی در سطوح بتنی

پیشگیری از آسیب یخ بندان با طراحی مناسب

بسیاری از بتن‌هایی که اکنون در حال بهره‌برداری هستند، برای سال‌های متمادی در برابر چرخه‌های مکرر یخ زدن و آب شدن مقاومت کرده‌اند. در حالی که برخی از این بتن‌ها به دلیل عدم وجود آب قابل انجماد کافی برای ایجاد خسارت آسیب ندیده‌اند، بیشتر آن‌ها به دلیل در نظر گرفتن اقدامات احتیاطی مناسب برای جلوگیری از چنین آسیبی با دوام باقی مانده‌اند. سه اقدام احتیاطی مهم برای ایجاد مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن به شرح زیر است:

  • کاهش آب قابل یخ زدن
  • سامانه حفرات هوای ایجاد شده
  • بررسی جزئیات طراحی

پیشگیری از آسیب یخ بندان با اجرای مناسب

اگر سامانه حباب‌های هوا یا مقدار آب قابل یخ زدن در طول ساخت و ساز تحت تأثیر عوامل نامطلوب قرار گیرند، بتن با نسبت‌های مخلوط مناسب همچنان می‌تواند در اثر یخ زدن و آب شدن آسیب ببیند. برای پیشگیری از آسیب یخ‌بندان در اجرا، نیاز است تا موارد زیر با دقت و رعایت نکات انجام شوند.

  1. حمل و نقل و درجا ریختن بتن
  2. تراکم بتن
  3. پرداخت سطح
  4. عمل‌آوری

یخ بندان در بتن ساخته شده با سنگ‌دانه های کم دوام

یخ بندان در بتن با سنگدانه‌های کم دوام، می‌تواند منجر به خرابی ناشی از یخ زدن و آب شدن شود که به ترک خوردگی D شکل معروف است. برخی سنگدانه‌های درشت، به عنوان حساس به این نوع ترک خوردگی شناسایی شده‌اند، در حالی که دیگر منابع از همان نوع سنگ به این موضوع حساس نیستند. ساختار منافذ سنگدانه درشت به عنوان عامل اصلی حساسیت به ترک خوردگی D شکل شناخته می‌شود. توضیحات مربوط به این نوع ترک خوردگی در ادامه این مقاله بررسی شده است. همچنین، کاهش شدت این ترک خوردگی در سازه‌های موجود نیز بررسی شده است.

شرح ترک خوردگی D شکل

ترک خوردگی D شکل به صورت ترک‌هایی که از داخل سنگدانه درشت و ملات بتن عبور می‌کند، مشخص می‌شود. در نواحی دور از ترک‌ها، ملات و سنگدانه‌های درشت مستحکم بوده و هیچ نشانه‌ای از خرابی نشان نمی‌دهند. توسعه ترک خوردگی D شکل، نیاز به رطوبت قابل توجه و چرخه‌های مکرر یخ زدن و آب شدن دارد. در نتیجه ای نوع ترک خوردگی معمولاً در نزدیکی درزها، ترک‌ها، لبه‌ها و گوشه‌هایی که در آن‌ها نفوذ رطوبت از بیش از یک سطح وارد می‌شود، ظاهر می‌گردد. ترک خوردگی D شکل عموماً به صورت مجموعه‌ای از ترک‌های تقریباً موازی با منبع رطوبت اولیه ظاهر می‌شود. روش های پیشگیری از ترک خوردگی D شکل عبارتند از:

  • شناسایی نقش نسبت‌های مخلوط
  • اهمیت شناسایی سنگدانه
  • اصلاح سنگدانه
نمونه‌هایی از خرابی D شکل

کاهش دادن ترک خوردگی D شکل موجود

کاهش ترک‌خوردگی D شکل در بتن‌های حاوی سنگدانه‌های مستعد، به‌ویژه در روسازی‌های بتنی که در معرض رطوبت و چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن قرار دارند، اهمیت زیادی دارد. خرابی درزها در اثر این نوع ترک‌خوردگی می‌تواند عمر مفید روسازی‌ها را به‌طور چشمگیری کاهش دهد، در حالی‌که بتن در فاصله بیش از ۰/۵ متر از درزها معمولاً هیچ‌گونه خرابی یا افت مقاومتی نشان نمی‌دهد. یک روسازی بتنی معمولی می‌تواند درزهای عرضی با فاصله ۴ متر یا بیشتر داشته باشد. اگر ترک‌خوردگی D شکل در فاصله کمتر از ۰/۵ متر از هر انتهای دال بتنی ایجاد شود، بخش‌های اصلی روسازی همچنان در وضعیت خوبی باقی خواهند ماند. جایگزینی بتن آسیب‌دیده در مجاورت درزها با وصله‌های عمقی می‌تواند به افزایش طول عمر روسازی کمک کند، اما ترک‌خوردگی D شکل ممکن است در کمتر از ۵ سال دوباره در درزهای جدید ایجاد شود که این امر منجر به افزایش تعداد درزها خواهد شد.

منابع:

Slide47

حمله فیزیکی نمک به بتن؛ سازوکار، اثرات و راهکارهای مقابله

حمله فیزیکی نمک یک سازوکار خرابی ناشی از تبلور1 نمک‌ها در منافذ نزدیک سطوح تبخیری بتن است. با توجه به اینکه واکنش‌های شیمیایی بین بتن و نمک متبلور به طور قابل توجهی وارد این سازوکار نمی‌گردند، چنین سازوکاری حمله فیزیکی نمک نامیده می‌شود.

این نوع خرابی، از فروریختن ریزدانه‌های سطحی و پوسته شدن سطح که عمدتا جنبه ظاهری دارد، تا از هم پاشیدگی پیشرونده شدید می‌تواند متغیر باشد. رایج ترین نمک‌های مرتبط با حمله فیزیکی نمک به ترتیب کاهش اثر تهاجمی عبارتند از سدیم سولفات، سدیم کربنات و سدیم کلراید.

نمونه‌ای از حمله فيزيكي نمك در سقف

پیشینه تحقیقات

حمله فیزیکی نمک با نام‌های دیگری مانند “تبلور نمک، خرابی ناشی از هیدراته شدن نمک، نمگیری نمک و هوازدگی نمکی” نیز شناخه ‌می‌شود. نخستین تحقیقات در زمینه حمله فیزیکی نمک به بتن در اوایل دهه ۱۹۹۰ آغاز شد و با پیشرفت نظری در سال 1999 مورد توجه قرار گرفت. مطالعات پیشین عموماً بر حمله شیمیایی سولفات به بتن متمرکز بودند در حالی که حمله فیزیکی نمک سولفات اغلب نادیده یا به اشتباه شناسایی می‌شد. حمله فیزیکی نمک همچنین به عنوان یک سازوکار خرابی برای سنگ و آجر بنایی و همچنین سایر مواد متخلخل رخ می‌دهد.

وقوع

در حال حاضر، حمله فیزیکی نمک به بتن در مکان‌های مختلف در سراسر جهان و به طور معمول در محیط‌های خشک که نمک‌ها در منافذ ریز سطحی به دلیل تبخیر در نزدیکی سطوح عناصر بتنی متبلور می‌شوند، مشاهده شده است. این فرآیند به حضور نمک‌های محلول در آب ناشی از آب دریا، آبهای زیرزمینی خاک و سایر منابع نیاز دارد. در محیط های طبیعی این حمله عمدتاً در مناطق خشک، همانند جنوب غربی ایالات متحده؛ بخشهایی از جنوب اروپا؛ مناطق ساحلی استرالیا؛ و در اکثر نقاط خاورمیانه، به ویژه در نواحی خلیج فارس رخ می دهد.

مثال‌های از حمله فیزیکی نمک به سال ۱۹۱۳ بر می‌گردد، هنگامی که در سال 1968 Hansen  آسیب دیواره‌های لوله‌های ملاتی را توسط نیروی مکانیکی اعمال شده توسط تبلور نمک گزارش نمود. یا در سال 982، Reading نمونه هایی از عناصر سازه‌ای را در سد مونتانا نشان داد که تنها با فعالیت فیزیکی سدیم سولفات مورد حمله قرار گرفتند.

4 نمونه از انواع مختلف خرابی توسط حمله فيزيكي نمک

سازوکار

فشار تبلور ناشی از رشد بلورها، علت اصلی حمله فیزیکی نمک است. به عنوان یک قاعده کلی فشارهای تبلور با کاهش اندازه منافذ داخل بتن افزایش می‌یابد. این فشارها بر دیواره‌های منافذ تنش وارد می‌کنند که در نهایت هنگامی که فشارها از مقاومت کششی خمیر سیمان اطراف فراتر رود، موجب ایجاد ریز ترک می‌گردد.

تبلور نمک در سطوح تبخیری اتفاق می‌افتد؛ چرا که نمک‌ها با تبخیر غلیظ‌تر شده محلول فوق اشباع می‌گردد و نمک‌ها رسوب می‌نمایند. هنگامی که نمک‌ها متبلور می‌شوند رشد پیدا می‌نمایند و فشار ایجاد می‌کنند. چرخه‌‌های انحلال و تبلور مجدد نیز سبب ایجاد آسیب می‌شود.

برای مثال سدیم کلراید جاذب رطوبت می‌باشد؛ در رطوبت نسبی بیشتر از ۷۵ درصد (محدوده دمایی ۰ تا ۳۰ درجه سلسیوس)، زمانی که بلورها در آب حل شوند در رطوبت نسبی کمتر دوباره متبلور می‌شوند. اگر جبهه های تبخیر در زیر سطوح نمایان ایجاد شوند، رسوب و رشد بلوری در شبکه منافذ بتنی در فرآیندی به نام سفید کزنی درونی اتفاق می افتد. هنگامی که سفید کزنی درونی به جای سفید کزنی رخ دهد میتواند منجر به آسیب شود؛ زیرا فشار در منافذ ریز ایجاد گشته که میتواند موجب ریز ترک خوردگی گردد.

آزمایش

در حال حاضر هیچ آزمایش استانداردی برای تعیین مقاومت بالقوه مخلوط بتن در برابر حمله فیزیکی نمک وجود ندارد. روش‌های آزمایشی مختلفی برای شبیه سازی حمله فیزیکی نمک گزارش شده‌اند که به روش‌های غوطه‌وری کامل، ‌تر و خشک شدن و نیمه غوطه ور شدن طبقه‌بندی می‌شوند؛ قابل توجه است که برای شیوه‌های تسریع شده از سدیم سولفات به دلیل خاصیت مهاجم بودن این ماده، استفاده می‌گردد.

بررسی ظاهری یکی از روش‌های رایج برای ارزیابی حمله فیزیکی نمک به بتن است. رتبه‌بندی ظاهری را می‌توان بر اساس مقیاسی عددی و روایت توصیفی انجام داد. این روش زمانی مفید است که تفاوت قابل توجهی در میزان آسیب دیدگی بین آزمونه‌ها رخ می‌دهد. این رتبه‌بندی در 6 سطح صورت می‌گیرد.

  • فاقد خرابی: بدون از دست رفتن مقدار قابل مشاهده خمیر.
  • خرابی کم: کم از دست دادن مقدار قابل مشاهده خمیر.
  • خرابی متوسط: متوسط: نمایان شدن ریزدانه‌ها.
  • خرابی شدید: شدید نمایان شدن درشتدانه‌ها.
  • خرابی بسیار شدید: بسیار شدید جداشدن خمیر از اطراف سنگدانه.
  • خرابی خرد شدن: خرد شدن در درجه اول مربوط به نمونه‌های مغزه آزمایشگاهی است اما به طور کلی با بتن اجرا شده در محل ارتباط ندارد.
نمونه بتن جهت نمايش تاثير خرابی حمله فيزيكی نمک

عوامل کلیدی

به طور کلی عوامل بسیاری در این زمینه دخیل هستند که به آنها اشاره‌ای مختصر در این بخش خواهیم کرد.

  • درجه فوق اشباع بودن محلول
  • توزیع نمک در منافذ (نزدیک بودن جبهه تبخیر به سطح)
  • اندازه و توزیع اندازه منافذ،
  • جذب موئینه و مقاومت کششی بتن
  • درجه فوق اشباع بودن محلول
  • نشان داده شده است که نسبت w/cm کمتر برای بهبود دوام بتن در برابر حمله فیزیکی نمک مفید است.
  • گزارش شده است که صرف نظر از نوع خمیر یا شرایط رویارویی کاهش w/cm به مقدار ۰/۴۵ یا مقادیر کمتر از آن باعث به حداقل رسیدن یا حذف پوسته شدن سطح بتن ناشی از حمله فیزیکی نمک می گردد.

البته گزارش‌های مختلفی از محققان مختلف گزارش شده است که گاها در نتایج تنوع دیده می‌شود. وجود این تنوع به دلایل مختلفی مانند درجه بلوغ بتن، شرایط عمل‌آوری و … بستگی دارد.

محافظت

روش پوشش دهی در بسیاری از نقاط جهان برای محافظت از دیوارهای بتنی، بنایی و آجری در برابر حمله فیزیکی نمک رایج بوده است. اندود یا ملات قربانی شونده، گچ و رنگ‌ها نفوذ پذیری بیشتری نسبت به بتن دارند و مسیر آسان‌تری را برای تبخیر و به دنبال آن، تبلور نمک فراهم می‌کند و در نتیجه آسیب وارده به بتن را کاهش می‌دهند. با این حال، از آنجایی که پوشش‌ها به تدریج و با گذر زمان از بین می‌روند، به نگهداری منظم، لکه‌گیری و در نهایت جایگزینی نیاز دارند.  مواد و پوشش‌ها برای حفاظت و ترمیم آسیب‌های وارده به بتن، ناشی از حمله فیزیکی نمک به طور گسترده در ادبیات فنی مطرح نشده‌اند. این موارد معمولاً بصورت کلی و بدون اطلاعات خاص در مورد اجزای اصلی یا نام تجاریشان معرفی می‌شوند.

جمع بندی

حمله فیزیکی نمک یکی از مهم‌ترین سازوکارهای خرابی غیرشیمیایی در بتن و سایر مصالح متخلخل به شمار می‌رود که عمدتاً ناشی از فشار ناشی از تبلور نمک‌ها در منافذ سطحی است. این پدیده به ویژه در مناطق خشک و شور، با نرخ تبخیر بالا، بیشترین تاثیر را دارد و می‌تواند منجر به خرابی‌های ظاهری تا تخریب‌های عمیق ساختاری گردد. عوامل متعددی همچون درجه فوق اشباع محلول، اندازه منافذ، نسبت آب به سیمان و شرایط محیطی در شدت و گسترش این نوع خرابی مؤثرند. اگرچه هنوز استاندارد مشخصی برای ارزیابی مقاومت بتن در برابر این حمله تعریف نشده است، اما استفاده از پوشش‌های قربانی‌شونده و طراحی دقیق مخلوط بتن می‌تواند در کاهش اثرات آن مؤثر واقع شود. در نهایت، با توجه به پیچیدگی سازوکار و تنوع شرایط، ضرورت تحقیقات بیشتر برای ارائه راهکارهای دقیق‌تر و پایدارتر در برابر حمله فیزیکی نمک احساس می‌شود.

Slide48

حمله شیمیایی به بتن؛ علل، اثرات و راهکارهای پیشگیری

بتن به ندرت مورد حمله مواد شیمیایی جامد قرار می‌گیرد. برای ایجاد یک حمله قابل توجه به بتن، مواد شیمیایی مهاجم باید در حالت محلول و بیشتر از حداقل غلظت آستانه باشند تا واکنش‌های شیمیایی که خواص مهندسی بتن را کاهش می‌دهند انجام پذیرد. اگرچه بتن ممکن است در شرایط مختلف رویارویی که مواد شیمیایی مهاجم وجود دارد، عملکرد رضایت بخشی داشته باشد اما عمر بهره‌برادری بهترین بتن‌ها نیز در برخی از انواع محیط‌های شیمیایی به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد مگر اینکه اقدامات خاصی انجام شود.

نمونه حمله شیمیایی به بتن

درک این شرایط رویارویی امکان اتخاذ تدابیری جهت جلوگیری یا کند کردن روند خرابی را فراهم می‌آورد. نفوذپذیری کمتر، مانع از نفوذ مواد شیمیایی مهاجم می‌شود، خمیر با واکنش‌زایی کمتر می‌تواند در کاهش خرابی موثر باشد. اعضای بتنی در شرایط رویارویی با محلول‌های مهاجم که از یک سمت تحت فشار هیدرولیک می‌باشند ممکن است آسیب پذیرتر باشند، چرا که اختلاف فشار هیدرولیکی می‌تواند نفوذ محلول مهاجم به بتن را تسریع نماید. این مقاله در مورد شرایط برخورد مواد شیمیایی مهاجم، از جمله آب دریا، اسیدها، آب شیرین، کربناته شدن، مواد شیمیایی صنعتی مواد شیمیایی یخ‌زدا و سازه‌های محیطی بحث می‌کند.

آب دریا

آب دریا حاوی نمک‌های محلول است که به طور کلی برای بتن مهاجم و آسیب زننده به حساب می‌آیند. اجزای اصلی مواد شیمیایی با ترتیب تقریبی کاهش غلظت عبارتند از: کلراید، سدیم سولفات، منیزیم، کلسیم و پتاسیم. غلظت کل نمک‌ها در آب دریا متفاوت است و در آب و هوای گرمتر معمولا غلظت بیشتری دارند. در یک سازه بتنی مشخص، شدت رویارویی با آب دریا می‌تواند بسیار متفاوت باشد. به طور کلی، غوطه وری مداوم حالت رویارویی کم تهاجم‌تری می‌باشد. نواحی که جذب موئینه و تبخیر در آنها متداول است بیش ترین آمار حمله را دارند زیرا این فرآیندها موجب افزایش غلظت نمک می‌شوند. به عنوان نمونه‌هایی از چنین شرایط رویارویی می‌توان از مناطق ساحلی استحصال شده با شالوده‌هایی زیر سطح آب‌های زیرزمینی شور، مناطق جزر و مدی و مناطق پاششی نام برد.

نمونه‌ای حمله شیمایی ستون پل در اثر برخور با آب دریا

حمله اسیدی

به طور کلی، بتن حاوی سیمان پرتلند مقاومت خوبی در برابر اسیدها ندارد. اگرچه بتن می‌تواند در برابر برخی اسیدهای ضعیف، به ویژه چنانچه رویارویی با آنها هر از چندگاهی رخ دهد، دوام بیاورد.

محصولات حاصل از احتراق بسیاری از سوخت‌های فسیلی حاوی گازهایی هستند که می‌توانند با رطوبت ترکیب شده و اسید تشکیل دهند. فاضلابی که به اندازه کافی هوادهی نشده باشد، می‌تواند سولفوریک اسید تشکیل دهد. اسیدها ممکن است در رواناب برخی از معادن و در بعضی از آب‌های صنعتی وجود داشته باشند.

خاک‌های کود گیاهی، خاک‌های رسی و شیل‌های آلومی ممکن است شامل مواد معدنی حاوی سولفید مانند پیریت باشند که در اثر اکسیده شدن، سولفوریک اسید تولید می‌کنند. برخی از آب‌های معدنی ممکن است حاوی کربن‌دی‌اکسید و هیدروژن سولفید محلول با غلظت‌های زیاد باشند؛ چنین محلول‌هایی می‌توانند اسیدی باشند و برای بتن بسیار تهاجمی و آسيب زننده به حساب آیند. اسیدهای آلی ممکن است از سیلوهای مزرعه یا از تأسیسات تولید و فرآوری موادی مانند آبجوسازی، لبنیات، کارخانه‌های کنسروسازی و کارخانه‌های خمیر چوب حاصل گردند. خوراک دام و کودهای کشاورزی نیز ممکن است حاوی اسیدهایی باشد که سبب خوردگی بتن شود. این امر در مورد كف‌ها، حتی در جایی که یکپارچگی ساختاری مختل نگردد، می‌تواند نگران کننده باشد.

نمونه حمله اسیدی (سمت چپ قبل از آزمایش و سمت راست بعد از آزمایش)

آب شیرین

آب شیرین به محلول‌های آبی با pH تقریباً خنثی، قدرت یونی بسیار کم و مقدار جامدات محلول کم اطلاق می شود. آب‌های شیرین شامل آب باران آب موجود در اکثر نهرها، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها؛ و آب شهری کلر و فلوئور زده شده می‌باشد. آب‌های شیرین همچنین می‌توانند در تأسیسات صنعتی، تولیدی و سایر تأسیسات که در آن آب‌های مقطر تولید یا در فرآیندهای مختلف استفاده می‌گردد وجود داشته باشد.

رعد و برق در طبیعت، مقادیر کم نیترو، نیتریک، سولفورو و سولفوریک اسیدها را در آب‌های طبیعی تولید می‌کند که می‌تواند موجب تخریب سطحی بتن شود. این امر به ویژه در نواحی که مکرراً در معرض رعد و برق هستند، رخ می‌دهد برخی از آب‌های شیرین ممکن است به دلیل رویارویی با باران اسیدی تا حدودی اسیدی شوند یا ممکن است حاوی غلظت‌های کمی از سولفات‌ها، نیترات‌ها و سایر نمک‌ها باشند که در غلظت‌های زیادتر می‌توانند به بتن حمله کنند. در هر حال حمله شیمیایی قابل توجه توسط آب شیرین عملاً گزارش نشده است. ساخته شدن بزرگراه‌ها ،آبروها، لوله‌ها و ساختمان‌ها با انتظار کامل از عملکرد این سازه‌ها به نحوی که در چنین شرایط رویارویی در طول بهره‌برداری چندان تحت تأثیر قرار نخواهند گرفت شاهدی بر عدم خرابی قابل توجه بتن توسط آب شیرین می‌باشد.

کربناته شدن

کربناته شدن زمانی اتفاق می‌افتد که ترکیبات سیمانی هیدراته با کربن دی‌اکسید اتمسفر یا یون‌های کربنات موجود در محلول واکنش دهند. ساختار منافذ بتن تعیین‌کننده میزان و عمق کربناته شدن است. کربناته شدن از سطح در معرض بتن آغاز می‌شود و یک لایه بیرونی از ترکیبات حاوی کربنات را تشکیل می‌دهد که منجر به کاهش تخلخل سطح می‌گردد. کاهش تخلخل مستقیماً با تبدیل CH به کلسیم کربنات مرتبط است و در نتیجه، جامد در مقایسه با حجم اولیه CH در لایه بالایی افزایش می‌یابد. عمل آوری مرطوب طولانی‌مدت می‌تواند تأخیر در کربناته شدن را به دنبال داشته باشد. کربناته شدن بسته به سن بتن و محیط می‌تواند مفید یا مضر باشد. اگرچه این پدیده می‌تواند سبب بهبود مقاومت بتن و کاهش نفوذپذیری شود، اما همچنین ممکن است نرخ خوردگی آرماتورهای فولادی را افزایش دهد.

کربناته شدن بتن

مواد شیمیایی صنعتی

مواد شیمیایی صنعتی بسته به نوع یا دسته‌بندی ماده شیمیایی، غلظت آن، مدت زمان رویارویی و برهم‌کنش اجزای موجود در بتن، می‌توانند به روش‌های مختلف به بتن حمله کنند. فرآیندهای صنعتی معمولاً منجر به شرایط رویارویی از حالت تصادفی تا دائمی و پیوسته می‌شوند و حتی در مواقعی که عوامل فرآیند صنعتی همچون دماهای زیاد، رطوبت زیاد و لرزش تجهیزات شرایط را تشدید می‌کنند، موجب حالت شدید رویارویی می‌گردند.

مواد شیمیایی صنعتی ممکن است شامل اسیدها، بازها، قلیایی‌ها، مواد خورنده، اکسیدکننده‌ها، مواد قابل احتراق، مواد قابل اشتعال، مواد منفجره، مواد برودتی و سایر شرایط خاص فرآیند یا ترکیبی از این شرایط باشند. بتن در محیط‌های صنعتی ممکن است در شرایط رویارویی مستقیم یا غیرمستقیم با مواد شیمیایی باشد و یا شرایط رویارویی مرتبط با سایش و فرسایش را تجربه نماید. رویارویی مستقیم در سازه‌هایی همانند سازه‌های خنک‌کننده آب و سازه‌های حفاظتی اولیه رخ می‌دهد. سایش و فرسایش باید در سازه‌هایی که در معرض مواد متحرک هستند در نظر گرفته شود. شالوده‌ها، تجهیزات، تکیه‌گاه‌ها و قاب‌های سازه‌ای ممکن است با مواد شیمیایی تماس مستقیم داشته باشند، اما عمدتاً در معرض رویارویی غیرمستقیم با مواد شیمیایی هستند.

مواد شیمیایی یخ زدا و ضد یخ

استفاده از مواد شیمیایی یخ زدا سابقه طولانی در کمک به حفظ شرایط ایمن رانندگی در زمستان دارد. این اقدام بصورت کلی شامل دو استراتژی مختلف است: یخ‌زدایی و استفاده از مواد ضدیخ و یخ‌زدایی با حذف یخ پس از تجمع در روسازی اشاره دارد. در حالی که مواد ضدیخ به استفاده قبلی از مواد شیمیایی برای پیشگیری از چسبیدن یخ به روسازی اشاره می‌نماید از نظر تاریخی، اکثر مشکلات دوام مربوط به یخ زداها بیشتر از آنکه به حمله شیمیایی مرتبط باشند ناشی از فرآیندهای فیزیکی است که پوسته شدن را تشدید می‌کنند. ولی ممکن است یخ زداها با خرابی‌های قابل توجه ناشی از سازوکارهای مختلف حمله شیمیایی همراه باشند.

سازه‌های زیست محیطی

سازه‌های زیست محیطی به گونه‌ای طراحی گشته‌اند که حاوی مایعات و گازها باشند. سازه‌های زیست محیطی شامل تصفیه خانه‌های آب؛ تصفیه خانه‌های فاضلاب خانگی و صنعتی؛ مخازن ذخیره بسته و روباز؛ ایستگاه‌های پمپ آب و فاضلاب؛ آبروها، فاضلاب روها، آدم روها و اتاقک های ارتباطی؛ و سازه‌های نگهدارنده مواد خطرناک، هنگامی که غلظت مواد شیمیایی موجود کافی باشد می‌توانند به بتن حمله نمایند. مواد شیمیایی موجود ممکن است مربوط به مواد شیمیایی فرآیندی حجمی بوده یا آندسته از موادی باشند که در مایع یا گاز موجود در سازه‌های محیطی وجود دارند. این نوع حمله می‌تواند در دماهای بالاتر تهاجمی تر باشد.

Slide9

بیست و پنجمین نمایشگاه صنعت ساختمان

بیست و پنجمین نمایشگاه صنعت ساختمان در تاریخ 27 الی 30 مرداد، در محل نمایشگاه‌ه‌های دائمی شهر تهران برگزار می‌شود. در ادامه با ما همراه باشید تا با جزئیات این نمایشگاه و حضور فهاب بتن در این رویداد صنعتی آشنا شوید.

نمایشگاه صنعت ساختمان

نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران رویدادی است 4 روزه که توسط اتاق تعاون ایران برگزار می‌شود. این رویداد نمایشگاهی تخصصی و بسیار معتبر در حوزه ساختمان سازی است که هدف از آن گردآوری متخصصان و فعالان در حوزه مربوطه است.

به طور کلی شرکت کنندگان در نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان به دو دسته شرکت‌‌های داخلی و شرکت‌‌های خارجی تقسیم بندی می‌‌شوند. به طور معمول زمان ثبت‌نام در نمایشگاه بین‌المللی صنعت ساختمان از یک ماه تا ۲۰ روز قبل از برگزاری نمایشگاه شروع می‌شود و به مدت محدود این ثبت نام ادامه پیدا خواهد کرد.

موضوعات نمایشگاه صنعت ساختمان تهران

از مهم‌‌ترین موضوعاتی که در این نمایشگاه به تماشای عموم گذاشته می‌‌شود و شرکت‌های داخلی و خارجی متعددی در آن شرکت می‌کنند می‌‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • مصالح اولیه ساختمانی، آهن آلات، بتن، تیر، سیمان، سنگ و …
  • انواع رنگ، چسب، رزین، عایق صوتی و حرارتی
  • ابزار و ماشین‌آلات راه‌سازی و ساختمان‌سازی
  • انواع در (اتوماتیک و غیر اتوماتیک)، پنجره و شیشه ساختمان
  • انواع بالابرها و آسانسور
  • انواع پوشش ‌های سقف، دیوار، کف
  • انواع کفپوش ها(کاشی، سرامیک، پارکت و …) و کاشی پیش ساخته(پنل های ساندویچی و …)
  • تجهیزات گرمایشی و سرمایشی
  • معماری، دکوراسیون، نمای ساختمان و محوطه سازی
  • تکنولوژی های جدید صنعت ساختمان
  • و . . .
موقعیت سالن 18 در نمایشگاه بین‌المللی

حضور فهاب بتن در نمایشگاه صنعت ساختمان

امسال نیز چون سالیان گذشته این رویداد، شرکت دانش بنیان فهاب بتن در راستای آشنایی علاقه‌مندان و متخصصان صنعت ساختمان با دستاوردهای شرکت در این نمایشگاه حضور دارد. این نمایشگاه هر ساله در 4 روز برگزار می‌شود و شما عزیزان می‌توانید در سال 1404 از روی 27 مرداد (دوشنبه) تا 30 مرداد (پنجشنبه) از نمایشگاه و محل غرفه شرکت فهاب بتن در سالن شماره 18 غرفه شماره 15 بازدید کنید.

برای بازدید از غرفه شرکت فهاب بتن به سالن شماره 18 و غرفه شماره 15 مراجعه کنید.

از علاقه‌مندان دعوت می‌شود تا در زمان برگزاری این نمایشگاه از غرفه شرکت فهاب بتن بازدید به عمل بیاورند. جهت ثبت‌نام و اطلاعات بیشتر به وب‌سایت نمایشگاه مراجعه نمایید.

Slide45

خوردگی فلزات و تخریب سایر مصالح مدفون در بتن

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.

میلگردهای خورده شده و خارج شده از بتن

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)
خوردگی میلگرد مدفون در تیر بتنی

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.

خوردگی آرماتور پیش‌تنیده در ستون پل بتنی

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.

Slide46

انتقال مایعات، گازها و یون‌ها در بتن؛ بررسی پدیده انتقال جرم

بتن به‌عنوان یک ماده متخلخل چندفازی، محیطی پیچیده برای عبور مایعات، گازها و یون‌ها فراهم می‌کند که همین موضوع تأثیر مستقیم بر دوام آن دارد. نفوذپذیری بتن به دلیل وجود خمیر سیمانی متخلخل و سنگدانه‌ها، آن را در معرض انواع آسیب‌های فیزیکی و شیمیایی قرار می‌دهد. در این میان، ترک‌خوردگی‌ها می‌توانند سرعت ورود سیالات و یون‌ها را به‌طور قابل توجهی افزایش دهند و شرایط بهره‌برداری و محیطی نقش مهمی در شدت این اثرات دارند.

ورود آب، گازها یا یون‌های مهاجم به درون بتن ممکن است فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی متعددی را آغاز کند که می‌تواند به کاهش دوام منجر شود. حتی آب خالص، با حل‌کردن و خارج‌کردن کلسیم هیدروکسید از خمیر سیمانی، یا ایجاد فشار اسمزی در نقاط با قلیائیت بالا، آسیب‌رسان است. همچنین نفوذ گازهایی مانند اکسیژن و دی‌اکسیدکربن از طریق منافذ می‌تواند فرآیند خوردگی آرماتورهای فولادی را تشدید کند.

نمونه‌هایی از خوردگی آرماتور

هر ماده مهاجم، با توجه به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاص خود، به‌طور متفاوتی در بتن نفوذ کرده و واکنش می‌دهد. اندازه مولکول یا یون، گرانروی سیال، ظرفیت یونی و ترکیب شیمیایی محیط بر قابلیت انتقال اثرگذارند. به همین دلیل، ارزیابی دوام بتن نیازمند بررسی دقیق نفوذپذیری و قابلیت انتشار برای هر ماده است. بتن با ساختاری که انتقال این عوامل را محدود کند، دوام بالاتری خواهد داشت، اگرچه این مقاومت اغلب به لایه‌های سطحی محدود می‌شود.

فرآیند انتقال در محیط های متخلخل غیر واکنش زا

این بخش به مرور فرآیندهای انتقال سیالات (گازها و مایعات) و یون‌ها در محلول، درون یک محیط متخلخل غیرواکنش‌زا می‌پردازد. اگرچه بتن به دلیل فعل و انفعالات شیمیایی و فیزیکی با محیط خود در طول زمان تغییر می‌کند، اما از آن صرف نظر شده است، تغییرات ساختار داخلی محیط متخلخل ناشی از تعامل با سیالات یا یون‌های مهاجر مورد بحث قرار نگرفته است. هدف اصلی این مرور، ارائه یک دید کلی از مکانیزم‌های اصلی انتقال در چنین محیط‌هایی است.

مسیرهای انتقال مشروح در محیط‌های متخلخل عبارتند از:

  • انتقال با نفوذ (Diffusion) : حرکت ذرات از مناطق با غلظت بالاتر به مناطق با غلظت کمتر.
  • انتقال همرفتی (Convection): انتقال جرم به واسطه جریان سیال.
  • پراکندگی هیدرودینامیکی (Hydrodynamic Dispersion) : ترکیبی از نفوذ و همرفت که منجر به پخشیدگی بیشتر مواد در سیال می‌شود.
  • انتشار در حفرات (Pore Diffusion) : نفوذ در داخل منافذ و حفره‌های محیط متخلخل.
  • انتقال به دلیل فعل و انفعالات الکترواستاتیک یا مهاجرت الکتریکی (Electromigration): حرکت یون‌ها تحت تأثیر میدان الکتریکی.

مطالعاتی بر اساس مدل اجزای محدود دوبعدی، انتقال مربوط به خوردگی آرماتور در بتن را بر مبنای انتقال کلراید، انتشار رطوبت، انتقال حرارت و انتقال اکسیژن مدل‌سازی کرده‌اند. در این مدل‌ها، از نسخه اصلاح شده قانون دوم فیک استفاده شده است. یک مدل نظری برای انتشار انواع مختلف یون در مایع منفذی بتن ارائه شده است. این مدل شامل انتشار ناشی از اختلاف غلظت یون‌ها (مثلاً بر اثر خشک شدن)، پتانسیل الکتریکی داخلی، همرفت، اثرات تغییرات رطوبتی و تبادل جرم یون‌ها بین فازهای جامد (هیدراته شدن) و محلول است.

درک دقیق فرآیندهای انتقال سیالات و یون‌ها در محیط‌های متخلخل، به‌ویژه در مصالحی نظیر بتن، برای پیش‌بینی عملکرد بلندمدت سازه‌ها و مقاومت آن‌ها در برابر عوامل محیطی ضروری است. مطالعات مدل‌سازی نقش مهمی در تبیین این پدیده‌ها و پیش‌بینی رفتار مواد در شرایط مختلف ایفا می‌کنند، حتی با وجود در نظر گرفتن فرضیات ساده‌ساز در مورد عدم واکنش‌زایی محیط.

تصویری شماتیک از قانون دوم و بیان پایستگی جرم

عوامل مؤثر بر انتقال جرم در بتن

انتقال جرم در بتن به عوامل متعددی وابسته است که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به ساختار متخلخل بتن اشاره کرد. این ساختار شامل حجم فضاهای خالی و توزیع اندازه آن‌هاست که به‌طور مستقیم بر قابلیت نفوذپذیری بتن تأثیر می‌گذارد.

تخلخل، که به صورت کسری از حجم کل و معمولاً به صورت درصدی بیان می‌شود، یکی از مشخصه‌های کلیدی محیط‌های متخلخل است.

(تخلخل (%)) = (حجم کل / حجم حفرات) × 100

در بتن، اندازه منافذ می‌تواند از نانومتر تا میلی‌متر متغیر باشد. در این میان، منافذ مویینه با اندازه‌هایی در حد ده‌ها نانومتر تا میلی‌متر، بیشترین تأثیر را بر خواص انتقال جرم دارند.

مقایسه دو نمونه بتنی، سمت چپ بدون تخلخل و سمت راست دارای تخلخل

با این حال، پیوستگی حفرات (Connectivity of Pores) اهمیت بیشتری نسبت به صرفاً تخلخل یا اندازه حفرات در تعیین خواص انتقال بتن دارد. حتی اگر تخلخل بالا باشد اما منافذ به یکدیگر متصل نباشند، قابلیت انتقال جرم کاهش می‌یابد.

هنگامی که سیمان به طور کامل هیدراته می‌شود، فضای منافذ مویینه عمدتاً با ژل با چگالی حداکثر پر می‌شود. در خمیرهای سیمان کاملاً هیدراته شده که با نسبت آب به سیمان (w/c) بیش از 38/0 ساخته شده‌اند، فضای منافذ مویینه باقی‌مانده برابر با مازاد آب بیشتر از مقدار ذکر شده خواهد بود. مخلوط‌های نیمه‌هیدراته به دلیل تشکیل ژل کمتر، فضای مویینه بیشتری دارند. پیشنهاد می‌کنیم مقاله “هیدراتاسیون چیست” را مطالعه نمایید.

اهمیت دمای عمل‌آوری

دمای معمول:  بلافاصله پس از ترکیب سیمان با آب، لایه‌ای از ژل بر سطح دانه‌های سیمان تشکیل می‌شود. در حدود ۳۰ درصد سیمان، طی ۳ تا ۲۴ ساعت اولیه، وارد واکنش شیمیایی شده و محصولات اصلی هیدراسیون مانند کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H) و هیدروکسید کلسیم (CH)  را تشکیل می‌دهد. این فرآیند با آزادسازی گرمای قابل توجهی همراه است. CH به شکل بلورهایی در فضاهای خالی اولیه ظاهر می‌شود و C-S-H نیز به‌صورت لایه‌ای در اطراف ذرات سیمان گسترش می‌یابد.

حدود ۱۲ ساعت پس از اختلاط، این لایه‌ها به هم می‌پیوندند که با بیشترین نرخ گرمازایی و اتمام زمان گیرش بتن همراه است. نخستین اوج گرمازایی با هیدرولیز اولیه و تشکیل C₃A هیدراته مرتبط است. پس از آن، مرحله شتاب‌گیری با تشکیل مجدد اترینگایت و شروع دومین اوج گرمازایی آغاز می‌شود. گیرش اولیه و نهایی نیز به ترتیب در آغاز و نزدیکی این اوج دوم رخ می‌دهند.

در ادامه، واکنش‌های هیدراسیون با سرعتی کمتر ادامه یافته و به‌تدریج به حالت اشباع نزدیک می‌شوند. پس از پر شدن فضاهای خالی میان محصولات هیدراته‌شده، روند هیدراسیون به‌کندی ادامه پیدا می‌کند. اندازه منافذ باقی‌مانده در خمیر سیمان سخت‌شده به نسبت آب به سیمان (W/C) وابسته است و با افزایش این نسبت، قطر منافذ (عموماً بیش از ۱۰ نانومتر) نیز افزایش می‌یابد.

در دمای زیاد یا کم: مانند بسیاری از واکنش‌های شیمیایی، افزایش دما موجب تسریع فرآیند هیدراته شدن سیمان می‌شود. در دماهای بالا، محصولات هیدراسیون فرصت کمتری برای انتشار در فواصل دورتر از دانه‌های سیمان دارند، بنابراین پوسته‌هایی متراکم در اطراف این دانه‌ها تشکیل می‌گردد. این موضوع منجر به توزیع ناهمگن فازهای جامد و ایجاد ساختار منفذی درشت‌تر می‌شود.

مطالعات نشان داده‌اند که تخلخل کل در خمیرهای سیمانی که در دمای ۶۰ درجه سلسیوس عمل‌آوری شده‌اند، بیشتر از خمیرهایی است که در دمای ۲۷ درجه عمل آمده‌اند. در مقابل، در دماهای پایین‌تر مانند ۱۰ درجه سلسیوس، محصولات هیدراته‌شده به‌طور یکنواخت‌تری توزیع می‌شوند و منافذ کوچکتر و ناپیوسته‌تری ایجاد می‌کنند. در دماهای بالا، منافذ بزرگ‌تر و به هم پیوسته‌تر هستند که می‌تواند بر دوام بتن اثر منفی بگذارد. همچنین، خمیرهای سیمانی حاوی مواد جایگزین سیمان نظیر خاکستر بادی یا سرباره، در برابر اثرات منفی دماهای بالا حساسیت کمتری نشان می‌دهند.

سنگدانه

سنگدانه‌ها نسبت به خمیر سیمان نفوذپذیری کمتری دارند، اما وجود آن‌ها باعث شکل‌گیری ناحیه‌ای به نام “ناحیه انتقال” در اطرافشان می‌شود که از نظر ریزساختار ضعیف‌تر است. این ناحیه دارای تخلخل بیشتر، محتوای بالاتر CH و اترینگایت، و بلورهای بزرگ و جهت‌دار CH است. عواملی مانند آب‌انداختگی، تراکم نامناسب ذرات سیمان در نزدیکی سنگدانه (اثر دیواره) و رشد یک‌طرفه محصولات هیدراتاسیون، سبب ضعف این ناحیه می‌شوند. ناحیه انتقال مسیر مناسبی برای نفوذ سیالات و یون‌ها بوده و در برابر آب‌شستگی و حملات شیمیایی آسیب‌پذیر است. در نتیجه، حتی در بتن‌های با سنگدانه‌های کم‌نفوذ، وجود این ناحیه می‌تواند نفوذپذیری کلی بتن را تا دو برابر و انتشار یون کلرید را تا ۱۰ برابر افزایش دهد. این اثر در بتن‌های با سنگدانه درشت، مانند بتن روسازی، شدیدتر بوده و بر انتقال رطوبت در کل بتن غلبه می‌کند.

انواع سنگدانه

مواد مکمل سیمانی

مواد مکمل سیمانی مانند خاکستر بادی، سرباره و دوده سیلیس با اصلاح ساختار منافذ، باعث کاهش نفوذپذیری بتن می‌شوند. این مواد اگرچه تخلخل کل را به‌طور چشمگیری کم نمی‌کنند، اما اندازه و پیوستگی منافذ را کاهش داده و مسیر انتقال سیالات را محدود می‌سازند. از مهم‌ترین مزایای آن‌ها می‌توان به کاهش آب‌انداختگی، بهبود کارایی بتن و کاهش نسبت آب به مواد سیمانی اشاره کرد. واکنش پوزولانی این مواد با CH، منجر به تولید C-S-H و ایجاد ساختاری متراکم‌تر می‌شود. برخی از این مواد، به‌ویژه انواع حاوی آلومینا، توانایی بالایی در مهار یون کلراید دارند و در افزایش دوام سازه‌های در معرض خوردگی مؤثرند. با این حال، واکنش‌های آن‌ها کندتر است و نیاز به عمل‌آوری مرطوب طولانی‌تری دارد. در مجموع، استفاده مناسب از مواد مکمل سیمانی، به‌ویژه در ترکیب با سیمان پرتلند، نقش مهمی در افزایش دوام بتن ایفا می‌کند.

اندازه گیری خواص انتقال

اندازه‌گیری خواص انتقالی بتن فرآیندی پیچیده است، زیرا این خواص تحت تأثیر متقابل بین بتن و ماده‌ی در حال انتقال، همچنین تغییرات رطوبت، دما و گذر زمان قرار دارند. بسیاری از آزمایش‌های مرسوم به‌منظور تسریع فرآیند انتقال طراحی شده‌اند، اما ممکن است شرایطی متفاوت از بهره‌برداری واقعی را بازتاب دهند. روش‌های معمول شامل آزمون کولمب (برای نفوذپذیری یون‌ها)، روش حوضچه‌سازی، انتشار حجمی و اندازه‌گیری نفوذ مایعات هستند. این روش‌ها برای شبیه‌سازی رفتار انتقالی در شرایط مختلف کاربرد دارند، اما باید با درک محدودیت‌های آن‌ها تفسیر شوند.

نگهداری نمونه‌های بتن در حوزچه برای انجام آزمایش به روش حوزچه‌سازی

دستیابی به بتن بادوام

دستیابی به بتن با دوام برای شرایط معین رویارویی نیاز به خواص انتقال جرم مناسب برای مایعات و یونهای مورد نظر دارد. توجه نمودن به تمام جنبه های مطلوب اجرائی بتن مهم است با این حال، مهمترین این عوامل استفاده از نسبت کم w/cm و استفاده خردمندانه از مواد مکمل سیمانی و اجرای خوب از جمله مخلوط کردن، در جاریختن، تراکم و عمل آوری می‌باشند. افزایش دمای عمل آوری می‌تواند نقش منفی در خواص انتقال در بتن داشته باشد، اما استفاده از ترکیب مناسبی از مواد سیمانی می‌تواند تا حد زیادی این اثر را کاهش دهد. بهینه‌سازی نسبت‌های مخلوط بتن باید با استفاده از فرآیند عمل‌آوری پیش‌بینی شده در اجرا و روش آزمایشی که تا حدی با شرایط رویارویی پیش‌بینی شده مرتبط باشد، انجام پذیرد. باید توجه داشت مقاومت فشاری جایگزینی برای دوام نیست. توجه مناسب به کنترل ترک‌ها نیز مهم است، از بتن با نفوذ پذیری کم مابین ترک‌ها نمی‌توان انتظار زیادی داشت. دانه‌بندی خوب سنگدانه‌ها برای به حداقل رساندن میزان خمیر، کنترل دما، شرایط رطوبت، طراحی سازه‌ای مناسب و جزئیات می‌توانند عرض ترک‌ها را به حداقل برسانند.

Slide43

خوردگی میلگرد فولادی چیست؟ افزودنی‌های بازدارنده خوردگی و عوامل موثر

بتن به واسطه محیط بسیار قلیایی‌اش، از میلگردهای فولادی تعبیه‌شده در خود در برابر خوردگی محافظت می‌کند. محیط قلیایی بتن (معمولاً pH بالاتر از ۱۳) باعث تشکیل لایه‌ی غیرفعال و محافظ روی سطح فولاد شده که از شروع فرآیند خوردگی جلوگیری می‌کند؛ با این ‌حال، ورود یون‌های کلراید (از طریق مواد یخ‌زدا یا آب دریا و حتی سنگ‌دانه‌های حاوی کلراید) می‌تواند این لایه را تخریب کرده و در نتیجه، منجر به خوردگی فولاد تعبیه شده در بتن (میلگرد) شود. خوردگی فولاد یک فرآیند انبساطی است که محصول جانبی آن (یعنی زنگ آهن)، تنش‌های داخلی قابل‌توجهی را در بتن ایجاد کرده و در نهایت به پوسته‌شدن پوشش بتنی اطراف میلگرد منجر می‌شود. در شکل 1، تصویر میلگرد خورده‌شده قابل ملاحظه است.

شکل 1- تصویر میلگرد خورده شده (برگرفته از Aali R. Alizadeh's LinkedIn, 2016)

مکانیزم خوردگی فولاد در بتن

خوردگی میلگردهای فولادی، یک پدیده الکتروشیمیایی است. برای وقوع خوردگی، چهار مؤلفه سلول خوردگی باید فراهم باشد که در شکل 2 نشان ‌داده‌شده‌است:

  • آند به عنوان ناحیه‌ای از فولاد که یون‌های آهن را در محلول رها می‌کند.
  • کاتد در نقش ناحیه‌ای که واکنش احیای اکسیژن و تشکیل یون هیدروکسید در آن صورت می‌گیرد.
  • الکترولیت یا همان محیط مرطوب بتنی حاوی یون‌ها
  • ارتباط الکتریکی میان آند و کاتد
شکل 2- شمایی از مکانیزم خوردگی فولاد در بتن (برگرفته از www.cement.org)

وقتی غلظت یون کلراید محلول در بتن به حدود 15/0 درصد جرم سیمان برسد (آستانه خوردگی)، سلول الکتروشیمیایی روی سطح فولاد یا بین میلگردها شکل گرفته و فرآیند خوردگی آغاز می‌شود (شکل 3). در نواحی آندی، آهن به یون Fe²⁺ اکسید شده و وارد محلول می‌شود و در نواحی کاتدی، یون‌های هیدروکسید تولید می‌گردد. یون‌های آهن و هیدروکسید با هم ترکیب شده و هیدروکسید آهن را می‌سازند که پس از آن، اکسید شده و زنگ یا دیگر اکسیدهای آهن را پدید می‌آورد. حجم محصول نهایی خوردگی ممکن است تا بیش از شش برابر حجم اولیه‌ی آهن افزایش یابد که این افزایش حجم، باعث ایجاد ترک و پوسته‌شدن بتن و کاهش قابل‌توجه سطح مقطع فولاد می‌شود. در شکل 4، محصولات ناشی از واکنش خوردگی میلگرد، مطابق با میزان اکسیژن در دسترس برای پیشرفت واکنش به تصویر کشیده شده است.

شکل 3- شمایی از مکانیزم خوردگی فولاد در بتن (Detwiler & Taylor, 2005)
شکل 4- شمایی از مکانیزم خوردگی فولاد در بتن با توجه به مقدار اکسیژن در دسترس (برگرفته از Herholdt et al., 1979)

عوامل مؤثر بر نرخ خوردگی فولاد

پس از شروع خوردگی، نرخ پیشرفت آن به عوامل مختلفی از جمله مقاومت الکتریکی بتن، میزان رطوبت و نفوذ اکسیژن تا سطح فولاد بستگی دارد. یون‌های کلراید نیز می‌توانند به‌تنهایی از لایه غیرفعال عبور کرده و با یون‌های آهن در محلول ترکیب شوند و ترکیب قابل‌حل آهن کلراید (FeCl₂)  را تشکیل دهند که آهن را به داخل بتن می‌برد تا در ادامه اکسید شده و زنگ بزند.

  • آب: هم در واکنش کاتدی شرکت دارد و هم باعث انتقال یون‌ها می‌شود.
  • اکسیژن: در غیاب اکسیژن، سرعت خوردگی حدود دو مرتبه کاهش می‌یابد.
  • pH بتن: در pH کمتر از حدود ۱۱، لایه غیرفعال تخریب شده و نرخ خوردگی افزایش پیدا می‌کند؛ در pH کمتر از ۴، لایه محافظ فولاد کاملاً حل می‌شود.
  • یون‌های کلراید: به‌عنوان کاتالیزور خوردگی عمل کرده و با شکستن لایه غیرفعال، خوردگی موضعی (پیتینگ) را تسریع می‌کنند.
  • دما: با افزایش دما به ‌ازای هر ۳۰ درجه سانتی‌گراد، سرعت خوردگی تقریباً دو برابر می‌شود.
  • مقاومت الکتریکی بتن: بتن با مقاومت الکتریکی بالاتر، پتانسیل کمتری در برابر خوردگی دارد. همچنین حضور فلزات ناهمگون در بتن می‌تواند پیل خوردگی ایجاد کند.
  • نفوذپذیری/انتشار بتن: نفوذ اکسیژن و یون‌های کلراید تا بخش آند از طریق پوشش بتنی و دسترسی اکسیژن و آب در کاتد و آند، نرخ خوردگی را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.
  • نسبت مساحت کاتد به آند: هر چه کاتد بزرگ‌تر از آند باشد، خوردگی موضعی سریع‌تر پیش رفته و کاهش سطح مقطع فولاد شدیدتر می‌شود؛ اگر این دو مساحت تقریباً برابر باشند، خوردگی یکنواخت‌تر و کندتر صورت می‌پذیرد.

با درک این مکانیزم‌ها و عوامل تأثیرگذار، می‌توان با انتخاب صحیح مصالح، افزودنی‌های مهارکننده و طراحی پوشش مناسب بتنی، طول عمر سازه‌های مسلح را به طرز چشمگیری افزایش داد. در شکل 5، نرخ خوردگی به ازای کاهش pH محیط دربرگیرنده میلگرد نشان داده شده است.

شکل 5- نرخ خوردگی به ازای کاهش pH محیط دربرگیرنده میلگرد (Uhlig & Revie, 1985)

استفاده از افزودنی بازدارنده خوردگی

افزودنی‌های مهارکننده خوردگی، موادی شیمیایی بوده که به بتن اضافه می‌شوند تا از خوردگی میلگردهای فولادی جلوگیری کنند. این افزودنی‌ها به‌ویژه در سازه‌هایی نظیر پارکینگ‌ها، سازه‌های دریایی و پل‌ها که در معرض یون‌های کلراید قرار می‌گیرند، کاربرد دارند. از جمله مهارکننده‌های خوردگی پرکاربرد در بازار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کلسیم‌نیتریت
  • نیتریت سدیم
  • دی‌متیل‌اتانول‌آمین
  • ترکیبات آمینی
  • فسفات‌ها
  • استرآمین‌ها

این افزودنی‌ها با واکنش شیمیایی، فرآیند خوردگی را متوقف کرده و لایه‌ی غیرفعال محافظ روی سطح فولاد را بازسازی می‌کنند. هنگامی که از کلسیم‌نیتریت به‌عنوان افزودنی استفاده می‌شود، یون‌های نیتریت همراه با یون‌های هیدروکسید و کلراید در محلول بتن حضور دارند. یون‌های نیتریت با تثبیت هماتیت (اکسید آهن، Fe2O3) موجود در لایه‌ی غیرفعال اطراف میلگرد، پایداری این فیلم محافظ را افزایش می‌دهند. این لایه اکسید آهن در اثر pH بالای بتن، ایجاد می‌شود و مانع نفوذ یون‌های کلراید و تماس آن‌ها با سطح فولاد می‌گردد. البته مقدار مشخصی از نیتریت تنها تا سطح معینی از غلظت یون کلراید توانایی جلوگیری از خوردگی را دارد؛ بنابراین هرچه میزان کلراید افزایش یابد، نیاز به افزودن مقدار نیتریت نیز بیشتر می‌شود.

افزودنی‌های آلی که بر پایه مخلوطی از آمین‌ها و استرها در بستر آب تهیه می‌شوند، به دو روش عمل می‌کنند: اول، استرها تا حدودی خواص آب‌گریزی به بتن می‌دهند که از نفوذ یون‌های محلول در آب جلوگیری می‌کند؛ دوم، آمین‌ها روی سطح فولاد می‌نشینند و فیلم محکمی ایجاد می‌کنند که از رسیدن رطوبت و عوامل خورنده به سطح فولاد ممانعت می‌کند. این دو مکانیزم در کنار هم سبب افزایش زمان آغاز خوردگی و کاهش سرعت پیشرفت آن پس از شروع می‌شوند. مهارکننده‌های کاتدی با واکنش بر سطح فولاد، در روند کاهش اکسیژن که واکنش اصلی کاتدی در محیط‌های قلیایی است اختلال ایجاد می‌کنند.

لازم به ذکر است که مهارکننده‌های خوردگی مطابق با استانداردهایی نظیر ASTM C1582 (مشخصات فنی افزودنی‌ها برای مهار خوردگی میلگرد در بتن در حضور یون کلراید) تولید و آزموده شوند.

شکل 6- نمایی از دیوار تخریب‌شده به دلیل خوردگی میلگرد (برگرفته از www.structuralrepairs.com)