مقاومت الکتریکی بتن: از سیر تا پیاز

مقاومت الکتریکی، مشخصه‌ای از بتن است که بعضی از خواص مهم آن، از جمله نفوذ‌پذیری و به موازات آن جذب آب بتن را نشان می‌دهد. شیوه اندازه‌گیری این خاصیت از بتن به گونه‌ای است که به نمونه آزمایش صدمه‌ای وارد نکرده و اجرای آزمایش‌های متوالی روی یک نمونه خاص بتنی را امکان‌پذیر می‌کند. به همین دلیل آزمایش تعیین مقاومت الکتریکی بتن به عنوان تست غیرمخرب (NDT) شناخته می‌شود. در این مقاله از بلاگ رامکا بر آن هستیم ضمن بررسی مقاومت الکتریکی بتن، تجزیه الکتریکی بتن، محاسبات مرتبط با مقاومت بتن و استانداردهای مربوط به خواص الکتریکی بتن را در اختیار شما قرار دهیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

 مقاومت الکتریکی بتن و محاسبات آن

مقاومت الکتریکی یا خواص الکتریکی بتن، شاخصه‌ای از بتن است که میزان نفوذپذیری بتن را نشان می‌دهد. این ویژگی بیشتر در مناطق خورنده با نفوذ بالای یون کلر، مانند مناطقی چون خلیج فارس معنا پیدا می‌کند؛ زیرا همان‌طور که می‌دانید هر چه مقاومت الکتریکی بالاتر باشد، نفوذپذیری کمتر خواهد بود.

مقاومت الکتریکی بتن را می‌توان با اعمال جریان و با استفاده از دو الکترود متصل به انتهای یک نمونه مقطع یکنواخت اندازه‌گیری کرد. چنان که مقاومت الکتریکی از معادله ذیل به دست می‌آید:

P= R (A/l)

که در آن:

• R: مقاومت الکتریکی نمونه، نسبت ولتاژ به جریان است (بر حسب اهم اندازه‌گیری می‌شود)
• Ľ: طول قطعه ماده است (بر حسب متر اندازه‌گیری می‌شود)
• A: سطح مقطع نمونه است (بر حسب متر مربع اندازه‌گیری می‌شود)

از جمله معایب استفاده از این روش در تعیین مقاومت الکتریکی، می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• مقاومت الکتریکی می‌تواند به میزان قابل توجهی به مقاومت اندازه‌گیری شده اضافه کند و باعث عدم دقت شود.
• جهت بهبود تماس الکترودها با نمونه، بهتر است از ژل‌های رسانا استفاده شود.

مقاومت الکتریکی بتن در محل، معمولاً با استفاده از چهار پروب اندازه‌گیری می‌شود. دلیل استفاده از چهار پروب، غلبه بر خطاهای تماس است. در این روش، چهار پروب با فواصل مساوی در یک خط روی نمونه اعمال می‌شود. دو پروب خارجی، جریان را به نمونه القا می‌کنند و دو الکترود داخلی، افت پتانسیل حاصل را اندازه‌گیری می‌کنند. پروب‌ها همگی روی سطح یکسانی از نمونه اعمال می‌شوند. در این روش که برای اندازه‌گیری مقاومت بتن حجیم در محل مناسب است، مقاومت به صورت زیر به دست می‌آید:

P=2na (v/I)

که در آن:

• V: ولتاژ اندازه‌گیری شده بین دو پروب داخلی است (بر حسب ولت V)
• I: جریانی است که در دو پروب خارجی تزریق می‌شود (بر حسب آمپر A)
• A: فاصله مساوی کاوشگرها (بر حسب متر)

وجود میلگردها اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی را مختل می‌کند، زیرا جریان را بهتر از بتن به اطراف هدایت می‌نماید. این امر به ویژه در مواردی که عمق پوشش بتن کمتر از ۳۰ میلی‌متر باشد، صادق است. به منظور به حداقل رساندن اثر، معمولاً از قرار دادن الکترودها در بالای میلگرد اجتناب می‌شود یا اینکه آنها به صورت عمود بر میلگرد قرار می‌گیرند.

با این حال گاهی اوقات اندازه‌گیری مقاومت بین یک میلگرد و یک پروب در سطح بتن، با اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی انجام می‌شود. در نظر داشته باشید مقاومت به شدت بر نرخ خوردگی مؤثر است و اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی نیاز به اتصال الکتریکی به میلگرد دارند. در این روش، مقاومت به صورت زیر به دست می‌آید:

P=2RD

که در آن:

• R: مقاومت اندازه‌گیری شده است،
• D: قطر پروب سطح است.

اما روش دیگر در تعیین مقاومت الکتریکی بتن، استفاده از ترانسفورماتور است. در این روش از ترانسفورماتور برای اندازه‌گیری مقاومت بدون تماس مستقیم با نمونه استفاده می‌شود. ترانسفورماتور از یک سیم‌پیچ اولیه و سیم‌پیچ ثانویه تشکیل شده است. سیم‌پیچ اولیه با ولتاژ متناوب انرژی را به مدار منتقل می‌کند و سیم‌پیچ ثانویه با حلقه‌ای از نمونه بتن تشکیل می‌شود. جریان توسط سیم‌پیچ در اطراف قسمتی از حلقوی (ترانسفورماتور جریان) پیچیده می‌شود. این روش برای اندازه‌گیری خواص گیرش بتن، هیدراتاسیون و مقاومت آن مناسب است.

تجزیه الکتریکی بتن، مقاومت ویژه، مقاومت دی الکتریک

تجزیه و فروپاشی بعضی سازه‌های بتن آرمه، ناشی از عمل تجزیه الکتریکی توسط جریان‌های سرگردان از مدارهای قدرت نزدیک سازه است. این عمل برای بتن خیس به مراتب بزرگ‌تر از بتن خشک است؛ بخصوص اگر کلرید کلسیم یا سدیم در آب مخلوط وجود داشته باشد.

هنگامی ‌که جریان از بتن به سمت کاتد (فولاد) حرکت می‌کند، به علت تمرکز تدریجی قلیایی‌های سدیم و پتاسیم، بتن اطراف میلگردها سست شده و پیوستگی بتن و آرماتور از بین می‌رود. زمانی که فولاد به عنوان آند عمل می‌کند، بر اثر اکسیداسیون و در نتیجه افزایش حجم فولاد، بتن پیرامون آن دچار ترک خوردگی می‌شود.

افزایش کاربرد قطعات عرضی بتنی که از طریق دو انتهای آنها جریان‌های برق انتقال پیدا می‌کند، نیاز به اطلاعات بیشتر در مورد مقاومت ویژه الکتریکی بتن را جدی‌تر ساخته است.

بررسی‌های انجام شده در جریان مستقیم و متناوب نشان داده‌اند که بتن مرطوب اساساً به عنوان یک الکترولیت با مقاومت ویژه ۱۰^۴ اهم – سانتی‌متر رفتار می‌کند که بدین‌ترتیب در محدوده نیمه‌هادی‌ها قرار می‌گیرد. بتن خشک شده در کوره نیز با مقاومت ویژه ۱۰^۱۱cm- Ω همراه است و حقیقتاً عایقی خوب محسوب می‌شود.

مقاومت دی الکتریک بتن خشک شده در کوره با نسبت‌های اختلاط ۱:۲:۴ ساخته شده با سیمان نوع I و نسبت آب به سیمان ۰٫۴۹، آزمایش شده با جریان مستقیم، ۱۵٫۹kV/cmبرای شکستن اول و۱۲٫۵kV/cm برای شکستن سوم گزارش شده است.

تحت شرایط مشابه، بتن ساخته شده با سیمان پُرآلومینیم به مقدار جزئی بیشتر و بتن ساخته شده با سیمان نوع II به مقدار جزئی کمتر، مقاومت از خود نشان داده‌اند. وقتی آزمایش‌ها با جریان متناوب ۵۰Hz انجام شده، عموماً مقاومت‌هایی به مقدار جزئی کمتر حاصل شده‌اند.

بیشتر بخوانید: خواص حرارتی بتن

رابطه مقاومت الکتریکی با خوردگی long to be saved

خوردگی فرآیندی الکتروشیمیایی است. سرعت جریان یون‌ها بین نواحی آند و کاتد و سرعتی که خوردگی می‌تواند در آن رخ دهد، تحت‌تأثیر مقاومت بتن است. برای اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی بتن، جریانی به دو پروب خارجی اعمال می‌شود و اختلاف پتانسیل بین دو پروب داخلی اندازه‌گیری می‌شود. آزمایش‌های تجربی به مقادیر زیر دست یافته‌اند که می‌توانند برای تعیین خوردگی استفاده شوند.

• وقتی ρ ≥ ۱۲۰ Ω-m باشد، خوردگی بعید است.
• وقتی ρ = ۸۰ to 120 Ω-m باشد، خوردگی ممکن است.
• وقتی ρ ≤ ۸۰ Ω-m باشد، خوردگی نسبتاً قطعی است.

این مقادیر باید با احتیاط استفاده شوند، چرا که شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه انتشار کلرید و مقاومت الکتریکی سطحی به عوامل دیگری چون طرح اختلاط و… وابسته است.

دلایل کاهش مقدار مقاومت

مقاومت الکتریکی لایه بتنی به دلیل عوامل ذیل کاهش می‌یابد:

• افزایش مقدار آب بتن
• افزایش تخلخل بتن
• افزایش دما
• افزایش مقدار کلرید
• کاهش عمق کربناتاسیون

در نظر داشته باشید هنگامی که مقاومت الکتریکی بتن کم باشد، میزان خوردگی افزایش می‌یابد و هنگامی که مقاومت الکتریکی زیاد باشد -برای مثال در بتن خشک و گازدار – میزان خوردگی کاهش پیدا می‌کند.

آزمایش مقاومت الکتریکی

این آزمایش بر اساس استانداردهای مختلف، از جمله AASHTO 358-17 انجام می­‌شود. یکی از راه‌های ساده برای انجام این آزمایش، استفاده از دستگاه ونر است و نتایج آن در شرایط اشباع کامل، به ساختار منافذ مویینه و چگالی یون‌های آزاد در مایع منفذی وابسته است؛ به طوری که هر چه منافذ ارتباط بیشتری با هم داشته باشند و چگالی یون‌ها در مایع بیشتر باشد، عدد به دست آمده در آزمایش کمتر خواهد بود.

نکته حائز اهمیت در انجام این آزمایش، اشباع کامل بودن منافذ است. در این مطالعه جهت اطمینان از اشباع بودن منافذ مویینه، آزمایش مقاومت الکتریکی بلافاصله پس از بیرون آوردن نمونه ها از استخر صورت گرفت و حین انجام آزمایش نیز نمونه‌ها روی سطح خیس غلتانده شدند. در این آزمایش، مقاومت الکتریکی ۸ نقطه در نمونه اندازه‌­گیری شد و جهت ارائه نتایج میانگین، این ۸ نمونه به عنوان مقاومت الکتریکی گزارش شد.

استانداردهای مربوط به aved

• ASTM C1202-10: روش تست استاندارد برای نمایش توانایی الکتریکی بتن و مقاومت در برابر نفوذ یون کلرید
• AASHTO TP 95 (2011): روش تست استاندارد مقاومت سطحی توانایی و مقاومت بتن در برابر نفوذ یون کلرید
• AASHTO T 358: مقاومت سطحی نشان‌دهنده توانایی و مقاومت بتن در برابر نفوذ یون کلرید

همان‌طور که گفته شد خواص الکتریکی بتن، ویژگی کاربردی برای نمایش نفوذپذیری و میزان جذب آب بتن است. در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد اطلاعاتی کلی در زمینه ویژگی‌ها و خواص الکتریکی بتن در اختیار شما قرار گیرد. امیدواریم با مطالعه این مقاله توانسته باشید اطلاعات جامعی در این زمینه به دست آورید. خواهشمندیم با ارائه نظرات خود، ما را در بهبود کیفیت مقالات یاری رسانید.

منبع +