عوامل خوردگی فلزات در بتن: ۱۰ عامل موثر

سازه مسلح یا سازه‌ی بتن آرمه، سازه‌ای است که در آن آرماتورهای فولادی در قالبی از بتن قرار دارند. حضور آرماتورهای فولادی در بتن باعث افزایش مقاومت کششی و خمشی قاب بتنی می‌شود. مسأله مهمی که در این سازه‌ها مطرح است اینکه، چه عواملی موجب آسیب‌دیدگی آرماتورهای فولادی در بتن می‌شوند؟ و اساساً منظور از خوردگی آرماتور فولادی در بتن چیست؟ در این مقاله از بلاگ رامکا با شما هستیم تا ضمن پاسخگویی به این دو پرسش اساسی، به معرفی عوامل خوردگی فلزات در بتن بپردازیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

منظور از خوردگی فلزات در بتن چیست؟

خوردگی فولاد فرآیندی تخریبی است که در آن آرماتورهای فولادی موجود در بتن به دلیل واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی دچار آسیب‌دیدگی‌های جدی می‌شوند. طی فرآیند خوردگی، اکسید آهن به شکل FeO یا Fe₂O₃ به صورت لایه‌ای از رسوب اطراف میله آرماتور شکل می‌گیرد. این عامل در ابتدا باعث انبساط میله آرماتوری شده و در نهایت، باعث ترک‌خوردگی در بتن می‌گردد.

باید بدانید خوردگی فولاد آرماتور در بتن مانند عملکرد سلول‌های سرطانی در بدن، خطری مخفی است و اگر به موقع شناسایی نشود و مورد توجه قرار نگیرد، مشکلات جدی برای سازه به همراه خواهد داشت. بنابراین لازم است از همان ابتدا کلیه اقدامات پیشگیرانه انجام شود. همچنین در صورت ظهور و مشاهده این پدیده، اقدامات لازم برای برطرف نمودن فوری آن انجام گیرد.

خوردگی فولاد باعث افزایش حجم فولاد در زمان خوردگی و ایجاد تنش داخلی در بتن می‌شود. تنش داخلی باعث ایجاد ترک اطراف آرماتور شده و در نهایت باعث ریزش بتن می‌شود. به این ترتیب پوشش بتنی پوشاننده آرماتور از بتن جدا می‌گردد. بنابراین خوردگی فولاد می‌تواند آسیب جدی به سازه وارد کند و اگر در مراحل اولیه تعمیر نشود، ممکن است سازه دچار خسارات جبران‌ناپذیری مانند ریزش جزئی یا کلی شود. از این رو لازم است عوامل و دلایل مؤثر بر خوردگی آرماتور در بتن شناسایی گردد.

بیشتر بخوانید: خوردگی فلزات در بتن چیست؟

عوامل خوردگی فلزات در بتن

دلایل بسیاری عمر مفید فولاد آرماتور در بتن را کاهش می‌دهند و آن را دچار خوردگی می‌کنند. مهم‌ترین و اصلی‌ترین این دلایل، رطوبت و عدم پوشش بتنی مناسب اطراف فولاد آرماتور است. از عوامل دیگری که در خوردگی فلزات نقش مهمی ایفا می‌کند، می‌توان به فرآیند کربناتاسیون، الکترولیز، واکنش قلیایی سنگدانه‌ها در بتن، استفاده از کلرید کلسیم به عنوان شتاب‌دهنده، وجود رطوبت بیرونی و داخلی بتن، وجود عوامل و مواد شیمیایی مانند سولفات‌های محلول در آب و… اشاره کرد.

حتی گاهی اوقات دیده شده ناخالصی‌هایی مانند ترکیبات معدنی، سولفات‌ها و کلریدهای موجود در آب (طرح اختلاط) بتن یا عمل‌آوری نیز باعث خوردگی فولاد بتن شده است. در ادامه به بررسی این عوامل به صورت تفکیک شده و تخصصی می‌پردازیم.

۱) تأثیر رطوبت داخلی

رطوبتی که در بتن نفوذ می‌کند مانند الکترولیت عمل کرده، با سیمان واکنش داده و باعث خوردگی میله‌های فولادی می‌شود. بنابراین بتن‌های مسلح با نفوذپذیری ضعیف، در مناطقی با رطوبت بالا بسیار آسیب‌پذیر هستند.

۲) نشت رطوبت

اگر بتن بسیار متخلخل باشد، نشت و نفود مایعات از طریق لوله‌های لوله‌کشی، تراس، دیوارهای مرطوب، زیرزمین‌ها و…، به راحتی منجر به خوردگی میله‌های فولادی بتن می‌شود. در واقع نشت آب، علت اصلی شروع زودرس خوردگی آرماتور و زوال بتن است، زیرا آب به عنوان عامل الکترولیت عمل می‌کند. بنابراین اگر منبع نشت و نفوذ آب درون سازه بدون مراقبت رها شود، باعث ایجاد آسیب‌های ساختاری جدی در ساختمان می‌گردد. بنابراین بهتر است پس از تعمیر ساختار آسیب‌دیده در اثر خوردگی، اقدامات پیشگیرانه جهت جلوگیری از نشت و نفوذ مجدد آب انجام شود.

۳) بی‌کیفیتی پوشش بتنی

چنانچه پوشش بتنی بی‌کیفیت باشد، آرماتور به سرعت پس از ورود رطوبت خورده می‌شود. پوشش بتنی نامناسب نه تنها امکان نشت رطوبت را تقویت می‌کند، بلکه انجام فرآیندهای کربناتاسیون یا ورود ناخالصی‌های کلریدی و… را تسریع می‌بخشد. بنابراین توصیه می‌شود حتماً پوشش بتنی اطراف آرماتورها، طبق استاندارد IS:456 تهیه شوند.

۴) کربناته شدن از عوامل خوردگی فلزات در بتن

فرآیند هیدراتاسیون سیمان، بتن را سخت کرده و باعث ایجاد هیدروکسید کلسیم آزاد می‌شود. یون هیدروکسید کلسیم نیز مانند لایه‌ای محافظ اطراف آرماتور فولادی قرار می‌گیرد، اما در طول زمان، این یون‌های آزاد در بتن با دی‌اکسید کربن موجود در اتمسفر واکنش داده و کربنات کلسیم را تشکیل می‌دهد که باعث ایجاد ترک‌های انقباضی درون بتن می‌گردد. این فرآیند با نام کربناتاسیون شناخته می‌شود. در واقع قلیایی بودن محیط بتن است که از فولاد در برابر خوردگی محافظت می‌کند.

با از بین رفتن یا کاهش میزان قلیاییت بتن، دیگر محافظی اطراف فولاد وجود ندارد و بتن دچار خوردگی می‌شود. اگر بتن نفوذپذیری بالایی داشته باشد، به دلیل جذب رطوبت بیشتر از جو، احتمال پدیده کربناتاسیون به مراتب افزایش می‌یابد و بدین‌ترتیب لایه محافظ اطراف فولاد با سرعت بیشتری از بین خواهد رفت و میله فولادی سریع‌تر خورده می‌شود.

۵) ناخالصی‌های آب به کار رفته در طرح اختلاط بتن

عمده ناخالصی‌های آب در زمان طرح اختلاط بتن یا عمل‌آوری آن به بتن اضافه می‌شود. بنابراین استفاده از آب مناسب در طرح اختلاط یا زمان عمل‌آوری، امری مهم و ضروری است. طبق استاندارد IS:456، اگر کل ترکیبات آلی آب بتن بیش از ۳۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر، سولفات‌ها بیش از ۵۰۰ میلی‌گرم در لیتر یا کلریدها بیش از ۱۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر باشد، استفاده از این آب در طرح اختلاط بتن باعث خوردگی فولاد می‌شود.

بیشتر بخوانید: افزودنی کاهنده و بازدارنده خوردگی بتن

۶) نفوذ آب دریا در منافذ بتن

بتن متخلخل به راحتی می‌تواند آب دریا را از طریق سطح خود جذب کند. از آن‌جا که آب دریا حاوی یون کلرید بسیار بالایی است، پس از نفوذ به درون بتن با آن واکنش داده و باعث کاهش خاصیت قلیایی بتن می‌شود. بنابراین استفاده از بتن مسلح در بتنی با حداقل میزان نفوذپذیری، در نواحی ساحلی لازم و ضروری است.

۷) واکنش مواد شیمیایی مانند سولفات‌های محلول

سولفات‌های محلول در آب‌های زیرزمینی، خاک یا آجرهای رسی به راحتی با آلومینات تری کلسیم بتن سیمانی در مجاورت رطوبت واکنش می‌دهند. این واکنش شیمیایی باعث انبساط بتن و افزایش خوردگی آرماتور می‌شود. این پدیده که با عنوان حمله سولفاته نیز شناخته می‌شود، یکی از دلایل مهم خوردگی فولاد در سازه بتنی است.

۸) کلرید کلسیم (CaCl₂) به عنوان شتاب‌دهنده

وجود کلرید کلسیم باعث کاهش مقاومت الکتریکی بتن شده و سرعت فرآیند الکتروشیمیایی را افزایش می‌دهد. بنابراین وجود CaCl₂ به عنوان تسریع‌کننده در بتن، باعث افزایش ترک‌های انقباضی در بتن و افزایش خوردگی فولاد می‌گردد.

۹) الکترولیز از عوامل خوردگی فلزات در بتن

زمانی که سیستم الکتریکی مورد استفاده در ولتاژهای بالا یا جریان نشتی به درستی متعادل نشده باشد، نشت جریان مستقیم عبوری از بین بتن یا میلگرد فولادی می‌تواند باعث خوردگی ‌شود.

۱۰) واکنش قلیایی سنگدانه

وجود مواد قلیایی مانند اکسید سدیم (Na₂O) و اکسید پتاسیم (K₂O) در سیمان، با ترکیبات سیلیسی سنگدانه‌ها واکنش داده و باعث ایجاد ترک در بتن می‌شود. این عامل باعث کاهش میزان قلیاییت محیط بتن و به مراتب، افزایش میزان خوردگی میله فولادی در حضور رطوبت می‌گردد.

همان‌طور که گفته شد، اگر عوامل دقیق خوردگی فلزات در بتن را ندانید، قادر به تعمیر بتن آسیب‌دیده در اثر خوردگی نخواهید بود. از این رو لازم است در ابتدا عامل اصلی خوردگی را شناسایی کنید تا بتوانید با انتخاب مصالح تعمیری و روش مناسب، بتن آرمه را به بهترین شکل تعمیر نمایید. در این مقاله سعی شد تا به بررسی ۱۰ عامل اصلی خوردگی آرماتور فولادی در بتن و روش‌های مناسب برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی آرماتور پرداخته شود. امیدواریم توانسته باشیم به شما در داشتن سازه‌ای از بتن آرمه مقاوم و مستحکم کمک کنیم. خوشحال می‌شویم با ارائه نظرات خود در انتهای این صفحه، ما را در بهبود کیفیت این مقاله یاری رسانید.

منبع +