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) : ساختمانهای رو زمینی که در معرض خطر نفوذ یون کلرید بر اثر وزش بادهای دارای یونهای نمک نیستند.

2 – شرایط محیطی شدید (دسته بندی B) : ساختمانهای رو زمینی در نواحی نزدیک به ساحل و در معرض وزش بادهای حاوی یون های کلرید.

3 – شرایط محیطی شدید (دسته بندی C) : قسمتهایی از ساختمان که در تماس با خاک است و بالای ناحیه مویینگی واقع شده است (به علت فشار کم آب یا وجود سیستم زهکشی، خطر نفوذ شدید آب از سطح به داخل بتن وجود ندارد) و یا قسمتهایی که دائماً در زیر آب دریا واقع اند.

4 – شرایط محیطی خیلی شدید (دسته بندی D) : قسمتهایی از ساختمان که در تماس با خاک مهاجم است و در زیر سطح آب زیر زمینی واقع شده است (آب براحتی میتواند از سطح به داخل نفوذ پیدا کند).

5 – شرایط محیطی فوق العاده شدید (دسته بندی E) : ساختمانهای دریایی (دارای قسمتهایی در ناحیه جزر و مدی و ناحیه پاشش).

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

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

منبع:

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان

تحقیق و توسعه موسسه سرا

خوردگی فولاد در بتن (Steel Corrosion)