خوردگی فلزات در بتن چیست؟ دلایل و راهکارها

همان‌طور که می‌دانید، وجود پوشش‌های بتنی مناسب روی میلگردها، آنها را در مقابل خوردگی حفظ می‌کند، اما اگر بتن در محدوده جزر و مد یا در معرض آب‌های حاوی کلرید یا قلیایی‌های نمک قرار گیرد، چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا نیاز است در این مناطق از فلزات داخل بتن حفاظت شود؟ اگر به دنبال پاسخی برای این سؤال و سؤالاتی در این زمینه هستید، تا انتهای این مقاله از بلاگ رامکا همراه ما باشید تا ضمن آشنایی با مفهوم خوردگی فلزات در بتن، علل و راهکارهای آن را به خوبی بررسی کنیم.

خوردگی فولاد در بتن

در استاندارد ASTM (G 15)، خوردگی فولاد این‌چنین تعریف شده است: «واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی میان یک ماده فلزی و محیط که باعث زوال مواد و خواص آن می‌شود». برای فولاد فرو رفته در بتن، خوردگی باعث ایجاد زنگ می‌شود که دو تا چهار برابر حجم فولاد اصلی است و هیچ یک از خواص مکانیکی خوب آن را ندارد. خوردگی همچنین گودال‌ها یا سوراخ‌هایی را در سطح فولاد تقویت‌کننده به وجود می‌آورد و ظرفیت مقاومت را در نتیجه کاهش سطح مقطع کم می‌کند.

چرا خوردگی فلزات در بتن باعث بروز نگرانی می‌شود؟

بتن مسلح از فولاد برای تأمین خواص کششی مورد نیاز در بتن سازه استفاده نموده و از شکست سازه‌های بتنی که تحت فشارهای کششی و خمشی ناشی از ترافیک، باد، بارهای مرده و چرخه حرارتی قرار می‌گیرند، جلوگیری می‌کند. با این حال، هنگامی که آرماتور و فلز داخل بتن خورده می‌شود یا به بیان دیگر زنگ می‌زند، زنگ‌زدگی آن منجر به از بین رفتن پیوند بین فولاد و بتن و متعاقب آن لایه‌برداری و پوسته شدن می‌شود.

در صورتی که این روند تحت کنترل نباشد، یکپارچگی ساختار می‌تواند تحت‌تأثیر قرار گیرد. کاهش سطح مقطع فولاد، ظرفیت مقاومت آن را کاهش می‌دهد و این امر بیشتر برای عملکرد رشته‌های کششی در بتن پیش تنیده مضر است.

چرا فولاد در بتن خورده می‌شود؟

به طور معمول، فولاد در بتن در شرایط غیر خورنده و غیرفعال قرار می‌گیرد، اما گاهی اوقات بتن مسلح شده با فولاد در محیط‌های سخت مثل آب دریا یا… نیز استفاده می‌شود. هنگامی که کلرید به بتن نفوذ می‌کند، لایه غیرفعال محافظ فولاد را مختل کرده و باعث زنگ‌زدگی و گود شدن آن می‌شود.

اما فقط نفوذ یون کلرید باعث خوردگی بتن نمی‌شود. کربناته شدن نیز یکی دیگر از دلایل خوردگی فلزات در بتن است. هنگامی که بتن به سطح میلگرد فولادی کربناته می‌شود، محیط معمولی قلیایی که از فولاد در برابر خوردگی محافظت می‌کند، با محیط خنثی‌تری جایگزین می‌شود.

در این شرایط خوردگی به سرعت آغاز می‌شود، اما سرعت خوردگی ناشی از آن نسبت به خوردگی ناشی از کلرید کمتر است. در نظر داشته باشید گاهی اوقات کمبود اکسیژن موجود اطراف میلگرد فولادی، باعث حل شدن فلز شده و مایعی با pH پایین باقی می‌گذارد.

بیشتر بخوانید: عوامل خوردگی فلزات در بتن

آیا می‌توان از خوردگی فلز در بتن جلوگیری کرد؟

تولید بتن با کیفیت

• اولین راه دفاعی برای جلوگیری از خوردگی فلزات در بتن، بکارگیری بتن با کیفیت و پوشش بتنی مناسب روی میلگردهای تقویت‌کننده است. بتن باکیفیت دارای نسبت آب به سیمان کمتری است و همین فاکتور مانع از نفوذ نمک‌های کلرید شده و توسعه کربناته شدن را کاهش می‌دهد. در واقع نسبت آب به سیمان باید کمتر از ۰٫۵۰ باشد تا سرعت کربناته شدن کاهش یابد و کمتر از ۰٫۴۰ باشد، تا نفوذ یون کلرید به حداقل برسد. برای تولید بتن‌های باکیفیت با نسبت آب به سیمان پایین، می‌توان از راهکارهای ذیل استفاده نمود:
  الف) مقدار سیمان را هنگام تولید بتن افزایش داد.
  ب) مقدار آب موجود در بتن را با استفاده از انواع افزودنی بتن کاهنده آب کاهش داد.
  ج) از مقادیر بیشتر خاکستر بادی، سرباره یا سایر مواد سیمانی در تولید بتن استفاده نمود.
  د) با توجه به آیین‌نامه ساختمانی ACI 318، محدودیت‌هایی برای حداکثر مقدار کلریدهای محلول در مخلوط ارائه شده که مطابق آن، باید استفاده از مواد تشکیل‌دهنده بتن حاوی کلرید را محدود کرد.

مشاهده سریع

ابر روان کننده بتن

ابر روان کننده بتن تایتان TITAN

حفظ اسلامپ طولانی، ویژه بچینگ و بتن‌ریزی در هوای گرم

مشاهده سریع

ابر روان کننده بتن

ابر روان کننده بتن فیوژن پلاس +FUSION

افزاینده مقاومت بتن و کاهنده آب قوی در مدت کم

مشاهده سریع

ابر روان کننده بتن

ابر روان کننده بتن نئون پلاس +NEON

افزایش اسلامپ بتن با نسبت آب به سیمان پایین در کوتاه‌مدت

مشاهده سریع

ابر روان کننده بتن

ابر روان کننده بتن فیوژن FUSION

کاهنده سریع و قوی آب

مشاهده سریع

دیرگیر بتن

دیرگیر بتن دلکو DELCO

بالا بردن زمان گیرش بتن در تابستان

مشاهده سریع

ضد یخ بتن

ضد یخ ملات مایع اپکس APEX

تسریع‌کننده گیرش ملات، حاوی کلر

مشاهده سریع

ضد یخ بتن

ضد یخ بتن مایع نیترو NITRO

تسریع‌کننده گیرش بتن، فاقد کلر

مشاهده سریع

روان کننده بتن

روان کننده بتن ایندکس INDEX

افزایش اسلامپ بتن در پای کار، ویژه پمپاژ طولانی

مشاهده سریع

روان کننده بتن

روان کننده بتن کربن CARBON

افزایش اسلامپ و مقاومت بتن در تابستان

مشاهده سریع

فوق روان کننده بتن

فوق روان کننده بتن اوپال OPAL

افزایش میزان روانی بتن در لوله‌های طولانی پمپ

مشاهده سریع

فوق روان کننده بتن

فوق روان کننده بتن توتال TOTAL

افزایش اسلامپ و مقاومت بتن در تابستان

مشاهده سریع

ابر روان کننده بتن

ابر روان کننده بتن کریپتون KRYPTON

ویژه تولید بتن با حفظ اسلامپ در زمستان

• یکی دیگر از راه‌های تولید بتن با کیفیت، استفاده از افزودنی حباب هوا ساز بتن است. همان‌طور که می‌دانید حفاظت از بتن در برابر آسیب یخ‌زدگی و ذوب ضروری است. حباب‌های هوای موجود در بتن باعث کاهش آب‌انداختگی و جداشدگی بتن می‌شوند و بدین‌ترتیب از پوسته‌پوسته شدن بتن جلوگیری می‌کنند. از این رو لازم است برنامه‌ریزی مناسبی در روند تولید بتن با کیفیت انجام گیرد تا بتن تولید شده رسوب نکرده، ترک نخورد و ریزش نکند.
• وجود مقدار کافی فولاد و آرماتور در بتن، به محکم نگه داشتن ترک‌ها کمک می‌کند. استاندارد ACI 224 به مهندسین طراح کمک می‌کند تا مانع از تشکیل ترک‌های مضر در بتن شده یا ترک‌هایی را که می‌تواند برای آرماتور موجود در بتن مضر باشد، به حداقل برساند. به طور کلی حداکثر عرض ترک مجاز در بتن، ۰٫۰۰۷ اینچ در محیط‌های نمک یخ‌زدایی و ۰٫۰۰۶ اینچ در محیط‌های دریایی است.
• وجود پوشش مطلوب روی فولاد و آرماتورهای تقویت‌کننده در بتن نیز عاملی ضروری در جلوگیری از خوردگی بتن است. در واقع افزایش پوشش مناسب، باعث تأخیر در شروع خوردگی می‌شود. برای مثال، زمان رسیدن یون‌های کلرید به میلگرد فولادی در فاصله ۲ اینچی از سطح، چهار برابرِ زمان پوشش ۱ اینچی است.
  ACI 318 حداقل ۱٫۵ اینچ پوشش را برای اکثر سازه‌ها توصیه می‌کند و برای محافظت در برابر نمک‌های یخ‌زدا، آن را به ۲ اینچ پوشش افزایش می‌دهد. در این میان، ACI 357 حداقل ۲٫۵ اینچ پوشش را در محیط‌های دریایی توصیه نموده و این مطلب را تأکید می‌کند که سنگدانه‌های بزرگ‌تر نیاز به پوشش بیشتری دارند.
  برای سنگدانه‌های بزرگ‌تر از ۳/۴ اینچ، قانون کلی این است که به حداکثر اندازه اسمی سنگدانه‌ها ۳/۴ اینچ پوشش برای قرار گرفتن در معرض نمک یخ‌زدایی یا ۱-۳/۴ اینچ پوشش برای قرار گرفتن در معرض آب دریا اضافه شود. به عنوان مثال، بتن با سنگدانه ۱ اینچ در معرض دریا باید دارای حداقل پوشش ۲-۳/۴ اینچ باشد.
• بتن باید تحت عمل‌آوری مناسب قرار گیرد. برای جلوگیری از خوردگی بتن، عمل آوری بتن مرطوب برای حداقل ۷ روز در دمای ۷۰ درجه فارنهایت برای بتن با نسبت آب به سیمان ۰٫۴۰ نیاز است، در حالی که برای به دست آوردن عملکرد معادل در بتنی با نسبت آب به سیمان ۰٫۶۰، به شش ماه عمل‌آوری نیاز است. مطالعات متعدد نشان می‌دهد تخلخل بتن به طور قابل توجهی با افزایش مدت و زمان عمل آوری بتن کاهش می‌یابد و به تبع آن، مقاومت در برابر خوردگی بهبود می‌یابد.

مشاهده سریع

عمل آوری بتن

کیورینگ بتن کاور COVER

مناسب کیورینگ بتن در هوای گرم

مشاهده سریع

عمل آوری بتن

کیورینگ بتن فینیش FINISH

عمل‌آوری بتن در هوای گرم

امتیاز 4.50 از 5

مشاهده سریع

حباب هوا ساز بتن

حباب هوا ساز بتن هیرو HERO

افزایش کارایی و دوام در برابر سیکل ذوب و یخبندان

امتیاز 4.75 از 5

تولید بتن‌های اصلاح شده و بکارگیری سیستم‌های حفاظت در برابر خوردگی

• افزایش مقاومت فولاد بتن در برابر خوردگی، می‌تواند با بکارگیری افزودنی‌های بتن ایجاد شود. همان‌طور که پیش از این گفته شد، دوده سیلیسی، خاکستر بادی و سرباره کوره آهن‌گدازی، میزان نفوذپذیری بتن را در برابر نفوذ یون‌های کلرید کاهش می‌دهند. بازدارنده‌های خوردگی نیز مانند نیتریت کلسیم، برای جلوگیری از خوردگی در حضور یون‌های کلرید عمل می‌کنند و تمام این‌ها در زمانی که نسبت آب به سیمان بتن کمتر یا مساوی ۰٫۴۵ باشد، به بتن با کیفیت اضافه می‌شود.
• مواد دافع آب یا کاهنده‌های آب ممکن است نفوذ رطوبت و کلریدها را به میزان محدودی کاهش دهند. با این حال، مطابق استاندارد ACI 222 حضور این مواد در بتن آنچنان که باید در ارائه حفاظت طولانی مدت مؤثر نیستند.
• سایر تکنیک‌های حفاظتی جلوگیری از خوردگی بتن، شامل: غشاهای محافظ، حفاظت کاتدی، میلگردهای تقویت‌کننده با پوشش اپوکسی و درزگیرهای بتن است.

آیا خوردگی فلز در بتن، مختص فلزات آهنی است؟

از آن‌جا که برخی فلزات غیرآهنی در تماس با بتن سیمان پُرتلند استفاده می‌شوند، احتمال خوردگی آنها نیز باید مورد توجه قرار گیرد. از جمله این فلزات غیر آهنی، می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• آلومینیوم: لزوم بکارگیری در سیم‌پیچ‌ها، خطوط لوله، و روکش صومعه‌های بتنی
• مس: لزوم بکارگیری در آب‌چکان‌ها، پوشش دادن و دیافراگم‌های درون درزها
• سرب: لزوم بکارگیری آن جهت غلاف دادن کابل‌ها و روکش مخازن
• روی: لزوم بکارگیری در آب‌چکان‌ها و پوشش دادن

از میان این فلزات، آلومینیوم توسط قلیایی‌های سوزآور خورده می‌شود. در واقع، این فلز از سوی بتن تازه مورد حمله قرار گرفته، با هیدروکسید کلسیم فعل و انفعال نموده و آلومینات کلسیم ایجاد می‌کند. در صورتی که آلومینیوم در بتن تازه مدفون ‌شود یا در تماس با بتن تازه قرار ‌گیرد، لازم است با پوششی از آسفالت، روغن جلا یا قیر تحت محافظت قرار گیرد.

مس، تقریباً در مقابل عمل قلیایی‌های سوزآور ایمن است و می‌تواند به نحو مطمئنی در بتن تازه قرار گیرد و معمولاً با بتن تازه یا بتن سخت شده، چه در حالات خیس و چه در حالت خشک واکنش نشان نمی‌دهد. اما در صورتی که مس در تماس با بتن خیس باشد، لازم است از مصرف افزودنی‌های حاوی کلرید به دلیل عمل خوردگی اجتناب شود.

سرب از دیگر فلزاتی است که طی تماس با بتن تازه، با هیدروکسید کلسیم وارد فعل و انفعال شده و خورده می‌شود. از این رو، در صورتی که سرب در تماس با بتن تازه قرار گیرد، باید با پوششی از آسفالت، روغن جلا یا قیر محافظت شود. هنگامی‌ که بخشی از سرب در معرض هوا و بخش دیگر در بتن مدفون باشد، عمل الکترولیت نیز ممکن است باعث تجزیه‌شدگی تدریجی بخش مدفون در شرایط مرطوب گردد.

در نهایت، روی نیز توسط قلیایی‌های سوزآور، از جمله هیدروکسید کلسیم مورد حمله قرار می‌گیرد. روی در بتن تازه، طی ترکیب با هیدروکسید کلسیم، زینکات کلسیم ایجاد می‌کند. این محصول خوردگی، یک فیلم متراکم و چسبنده تشکیل داده که مصالح زیرین را از حمله بعدی حفاظت می‌کند. در صورتی که قرار باشد از واکنش بین روی و هیدروکسید کلسیم کاملاً جلوگیری شود، باید روی را با پوششی از آسفالت، روغن جلا یا قیر محافظت نمود. البته ناگفته نماند که این فلز در تماس با بتن خشک، دچار خوردگی نمی‌شود.

همان‌طور که گفته شد، دلایل زیادی برای خوردگی فولاد در بتن وجود دارد، از قرار گرفتن بتن در آب دریا یا نمک‌های یخ‌‌زدا گرفته تا کربناته شدن؛ اما برای جلوگیری از خوردگی فولاد در بتن، فقط باید به تولید بتن با کیفیت پرداخت یا از سیستم‌های حفاظت در برابر خوردگی استفاده نمود.

در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد، دلایل خوردگی در بتن به خوبی تبیین شود و در کنار آن، فلزاتی که ممکن است تحت خوردگی قرار گیرند نیز بیان شود. امیدواریم با کمک این مقاله توانسته باشید اطلاعات کاملی در این زمینه به دست آورید. خوشحال می‌شویم با ارائه نظرات خود ذیل همین صفحه، ما را در ارتقای کیفیت مقالات یاری رسانید.

منبع +