call_end 021-22638713

خوردگی فولاد در بتن (Steel Corrosion)

سازه های ساخته شده از بتن، در شرایط جوی و آب و هوایی متفاوت می توانند دچار تغییراتی مخرب شوند که به ماهیت عملکردی سازه آسیب می رساند. توانایی بتن در خصوص مقابله با عوامل جوی، حملات شیمیایی، سایش، فرسایش و هرگونه فرآیند که منجر به تخریب بتن بشود در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، تحت عنوان پایایی یا دوام بتن معرفی شده است.

یکی از عواملی که پایایی و دوام بتن را تحت تاثیر قرار می دهد خوردگی فولاد است.

خوردگی فولاد در سازه های بتنی یکی از دلایل مهم در خرابی این قبیل سازه ها می باشد. سازه های بتنی عظیم که معمولا با هزینه های بالا ساخته می شوند و برای عمر بهره برداری بالا نیز طراحی می گردند، در اثر قرار گیری در شرایط خوردگی فولاد، دچار آسیب می شوند و به تبع این آسیب از عمر سازه کاسته می شود.

طبق اعلام انجمن بین‌المللی مهندسان خوردگی (NACE International) ، خسارات ناشی از بلایای طبیعی در ایالات متحده شامل سیل، طوفان، زمین لرزه و ... ، سالانه 17 میلیارد دلار می باشد. این در حالی است که خسارت ناشی از خوردگی فولاد سالانه 276 میلیارد دلار اعلام شده است.

هزینه حفاظت میلگردها در برابر خوردگی در حین ساخت و ساز یک سازه بتنی، در مقابل هزینه های تعمیر خرابی و نگهداری پس از آسیب، بسیار بسیار ناچیز و اندک است. این نشان از این امر دارد که می توان با اقدامات به موقع و هزینه های اندک، از هدر رفت سرمایه ها و خرابی سازه های بزرگ بتنی جلوگیری به عمل آورد.

سازه های بتنی با توجه به نوع ساخت و شرایط محیطی که در آن قرار دارند و همچنین مصالحی که در ساخت بتن استفاده می شود تحت تاثیر خوردگی قرار می گیرند. علاوه بر کشورهای در حال توسعه، کشورهای پیشرفته نیز همچنان با مسئله خرابی سازه ناشی از خوردگی فولاد درگیر می باشند.

دلیل خوردگی فولاد در سازه های بتنی  چیست؟

خوردگی در اثر از بین رفتن لایه های محافظت کننده فولاد در بتن، و حضور اکسیژن و آب بر روی فولاد ایجاد می شود. علت اصلی آغاز خوردگی فولاد نفوذ یون های کلرید و کربن دی اکسید در داخل بتن می باشد. اجرای بی کیفیت سازه های بتنی در کنار کیفیت پائین مصالح و بتن به کارگرفته شده موجب بروز بسیاری از اشکالات اجرایی در سازه بتنی می گردد. این اشکالات زمینه ساز نفوذ عوامل خوردنده در داخل بتن می شوند که در بلند مدت موجب ترک خوردگی بتن و کاهش مقاومت و در نهایت خرابی سازه خواهد شد.

برای جلوگیری از خوردگی فولاد در سازه بتنی چه اقدامی باید کرد؟

به منظور محافظت از فولاد دو دسته اقدام می توان انجام داد تا دوام بتن در برابر عوامل و شرایط محیطی خورنده افزایش یابد.

دسته اول شامل اقداماتی می باشد که مانع نفوذ مواد خورنده در فولاد بشود و به طریقی میزان نفوذ پذیری بتن را کاهش می دهد. به همین منظور مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، رعایت موارد زیر را به منظور کاهش نفوذپذیری بتن ارائه داده است:

+ استفاده از سیمان مناسب

+ بهینه سازی عیار سیمان

+ انتخاب صحیح و مناسب نسبت های اختلاط بتن

+ استفاده از افزودنی های شیمیایی مانند روان کننده ها، مواد حباب هواساز و ...

+ کاهش و محدود نمودن نسبت آب به مواد سیمانی (سیمان، پوزولان و مواد شبه سیمانی)

+ تامین حداکثر تراکم با وسایل و روش های مناسب

+ عمل آوری دقیق و کافی با روش های مناسب

دومین دسته از اقدامات حفاظتی بتن در برابر خوردگی مربوط به محدودیت های لازم برای سازه های در معرض یون های خورنده کلرید می باشد.

در مبحث نهم با توجه به موقعیت سازه نسبت به محیط های دارای یون های خورنده، محدودیت هایی در خصوص مقدار سیمان مصرفی، حداکثر میزان نسبت آب به مواد سیمانی و رده بتن مورد استفاده، تعیین شده است.

شرایط محیطی برای بتن مسلح در معرض یون های کلرید به پنج دسته زیر تقسیم می شود:

1 – شرایط محیطی متوسط (دسته بندی A) : ساختمانهاي رو زميني كه در معرض خطر نفوذ يون كلريد بر اثر وزش بادهاي داراي يونهاي نمك نيستند.

2 – شرایط محیطی شدید (دسته بندی B) : ساختمانهاي رو زميني در نواحي نزديك به ساحل و در معرض وزش بادهاي حاوي يون هاي كلريد.

3 – شرایط محیطی شدید (دسته بندی C) : قسمتهايي از ساختمان كه در تماس با خاك است و بالاي ناحيه مويينگي واقع شده است (به علت فشار كم آب يا وجود سيستم زهكشي، خطر نفوذ شديد آب از سطح به داخل بتن وجود ندارد) و يا قسمتهايي كه دائماً در زير آب دريا واقع اند.

4 – شرایط محیطی خیلی شدید (دسته بندی D) : قسمتهايي از ساختمان كه در تماس با خاك مهاجم است و در زير سطح آب زير زميني واقع شده است (آب براحتي ميتواند از سطح به داخل نفوذ پيدا كند).

5 – شرایط محیطی فوق العاده شدید (دسته بندی E) : ساختمانهاي دريايي (داراي قسمتهايي در ناحيه جزر و مدي و ناحيه پاشش).

برای هر یک از این شرایط مطابق جدول زیر حدود مشخصی در استفاده از سیمان سایر مشخصات دیگر تعریف شده است.

خوردگی فولاد در بتن - شرایط بتن مسلح در معرض یون کلرید

 

علاوه بر این محدودیت ها، مبحث نهم در فصل ششم، مقادیر یون کلرید مجاز در بتن مسلح را تعریف کرده است. به منظور حفاظت از میلگردها در برابر خوردگی، حداکثر مقدار کلرید قابل حل در آب و یا در اسید در بتن سخت شده 28 روزه، ناشی از مواد تشکیل دهنده بتن یعنی آب، سنگدانه، مواد شیمیایی و مواد افزودنی باید کمتر از حداکثر مجاز جدول زیر باشد.

خوردگی فولاد در بتن - حداکثر یون کلرید مجاز

 

علاوه بر نکاتی که در فقو ذکر شد روش دیگری که قابل اطمینان و دارای تاثیر طولانی می باشد، استفاده از مصالح جایگزین میلگردهای فولادی می باشد. آرماتور های ضد زنگ، یا آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP =Fibre-reinforced plastic)، میلگردهای کامپوزیتی مصالح مناسبی برای استفاده در بتن می باشند که به علت جنسی که دارند کمتر دچار خوردگی و آسیب می شوند.

میلگردهای کامپوزیتی از ترکیب الیاف و ماتریسی متشکل از رزین های مختلف تشکیل شده است. الیاف های این مصالح از نوع کربن، شیشه و آرامید می باشند و رزین آنها نیز از نوع اپوکسی، وینیل استر و پلی استر هستند.

این میلگردها به علت مقاومت خوبی که در برابر خوردگی دارند، با در نظر گرفتن رفتار ترد آنها، گزینه مناسبی برای استفاده در نواحی با شرایط محیطی شدید و خیلی شدید هستند.

با توجه به آنکه میلگردهای فولادی شکل پذیری بهتری نسبت به میلگردهای کامپوزیت دارند، در صورت استفاده از میلگردهای کامپوزیت باید آنها را در برابر بار رفت و برگشت مورد آزمایشات دقیق قرار داد، تا اطمینان لازم از رفتار آنها حاصل گردد.

در ادامه جدول مشخصات چگالی میلگردهای کامپوزیت در قیاس با میگردهای فولادی که در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ذکر شده است را مشاهده می کنید.

خوردگی فولاد در بتن - میلگرد کامپوزیت

 

به طور کلی میلگردهای کامپوزیتی مقاومت فشاری کمتری نسبت به مقاومت کششی خود دارند. مقاومت کششی این میلگردها عموما در دامنه ارتجاعی مطرح است و به طور متوسط مقاومت فشاری میلگردهای کامپوزیتی کربن، شیشه و آرامید به ترتیب 78% ، 55% و 20% مقاومت کششی آنها می باشد.

استفاده از این متریال دارای هزینه های سنگینی می باشد که جز برای پروژه های خاص و ویژه صرفه اقتصادی ندارد.

در مجموع به کمک روش هایی که در بالا ذکر کردیم می توانیم از بروز خرابی های بتن جلوگیری به عمل بیارویم. دقت داشته باشید که برخی از خرابی های ناشی از خوردگی فولاد، از داخل بتن آغاز می شود و بعد به دلیل کاهش مقاومت قطعه فولادی و در نتیجه المان سازه ای، سازه دچار تغییراتی می شود که غالبا به صورت ترک هایی بر سطح بتن نمایان می شود. این ترک ها موجب می شود راه نفوذ مواد خورنده به داخل بتن بیشتر گردد و در نتیجه منجر به تخریب مضاعف بشوند.

برخی از تصاویر مربوط به خوردگی فولاد در بتن:

 

خوردگی فولاد در بتن (Steel Corrosion)

 

خوردگی فولاد در بتن (Steel Corrosion)

 

خوردگی فولاد در بتن (Steel Corrosion)

 

خوردگی فولاد در بتن (Steel Corrosion)

 

خوردگی فولاد در بتن (Steel Corrosion)

 

فیلم نحوه اثر خوردگی فولاد بر خرابی بتن را در ادامه مشاهده کنید:

 

 

منبع:

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان

تحقیق و توسعه موسسه سرا

 

 

لینک کوتاه مطلب http://omransara.ir/p725
نظر خود را بنویسید

برنده نهمین جشنواره وب و موبایل ایران در سال 1395 به انتخاب داوران

free website stats program