انواع خوردگی میلگرد در بتن و عوامل تاثیرگذار در آن

انواع خوردگی آرماتور در بتن و عوامل موثر بر آن

نوع خوردگی میلگرد در بتن

خوردگی آرماتور یکی از عوامل اصلی تخریب سازه های بتن آرمه به ویژه در مناطق مرطوب است. خوردگی میلگرد باعث ایجاد ترک در پوشش میلگرد شده و در نهایت منجر به ریزش سازه بتنی می شود.

محصول خوردگی که زنگ زدگی است در حد فاصل آرماتور فولادی و بتن باقی می ماند و باعث از بین رفتن پیوند بین بتن و آرماتور فولادی می شود. مهمترین عامل خوردگی بتن، نفوذ یونهای کلرید آزاد است. سایر عوامل موثر بر خوردگی میلگرد، معیارهای شروع خوردگی، مکانیسم های شیمیایی خوردگی و انواع خوردگی میلگرد در این مقاله در دایره المعارف آهن و فولاد مورد بحث قرار گرفته است.

1 خوردگی میلگرد چیست؟

2 نشانه خوردگی در میلگردها

3 خوردگی آرماتور در بتن و تاثیر آن بر سازه

4 حفاظت بتنی میله ها در برابر خوردگی

5 معیار شروع برای خوردگی تقویتی

6 نوع خوردگی آرماتور در بتن

7 مقدمه ای بر مکانیسم شیمیایی خوردگی پشت

8 چه عواملی باعث خوردگی میلگردها در بتن می شود؟

9 عامل تسریع در خوردگی میلگرد

10 تقویت کننده محافظت در برابر خوردگی فولاد

چه چیزی باعث زنگ زدگی یا خوردگی میلگرد می شود؟

به زبان ساده، خوردگی، اکسید شدن یک ماده توسط هوا (معمولاً هوای مرطوب) است. خوردگی را می توان به عنوان واکنش ماده با اکسیژن در حضور آب نیز توصیف کرد. به طور کلی خوردگی فولاد یک فرآیند بسیار پیچیده است و تحت تاثیر عوامل زیادی است که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد. اما می توان گفت مهمترین این عوامل ترکیب خود فولاد و محیط فلز است.

خوردگی آرماتور در بتن معمولاً نتیجه یک واکنش الکتروشیمیایی است. در این حالت آندها (الکترودهای مثبت) و کاتدهای کوچک (الکترودهای منفی) روی سطح میلگرد فولادی ظاهر می شوند و جریان یون بین این الکترودها باعث زنگ زدگی و در نتیجه شکستن میلگرد می شود.

علائم خوردگی روی اتصالات

علائم خوردگی اتصالات

همانطور که میلگردهای فولادی شروع به خوردگی می کنند، عضو بتن مسلح که میلگرد در آن قرار می گیرد، طی مراحل زیر به تدریج شروع به خراب شدن می کند:

تشکیل نقطه سفید

در این مرحله دی اکسید کربن موجود در هوا با هیدروکسید کلسیم موجود در خمیر سیمان واکنش داده و کربنات کلسیم تشکیل می دهد. این کربنات کلسیم توسط رطوبت حمل می شود و روی سطح بتن رسوب می کند و لکه های سفید ایجاد می کند.

لکه های قهوه ای در امتداد زره ایجاد می کند

زمانی که میلگردها شروع به خوردگی می کنند، لایه ای از اکسید آهن روی آنها تشکیل می شود که رنگ قهوه ای دارد. این اکسید آهن در صورت خیس شدن به سطح بتن نیز منتقل می شود.

شکاف ایجاد کنید

محصولات تکه تکه شده حجم بیشتری نسبت به حالت اولیه اشغال می کنند. بنابراین میلگرد خورده شده به بتن تنش وارد کرده و باعث ایجاد ترک در بتن می شود. همانطور که خوردگی بیشتر رخ می دهد، ترک های بیشتر و گسترده تری ایجاد می شود.

پوشش بتن پوسته پوسته شدن

از آنجایی که پیوند بین بتن و فولاد از بین می رود، بتن شروع به تشکیل چندین لایه می کند و پوسته پوسته می شود. اندازه میلگرد نیز در این مرحله کاهش می یابد.

از نوار عبور کنید

خرابی پوشش بتنی و خرابی میلگردهای تقویت کننده عامل کمانش میلگردهای اصلی است. این امر باعث ایجاد حباب در بتن در آن ناحیه می شود و در نهایت کل سازه فرو می ریزد.

خوردگی میلگرد در بتن و تاثیر آن بر سازه

تخریب میلگرد در بتن و تاثیر آن بر سازه

برای تقویت مقاومت کششی بتن از ترکیب بتن و میله تقویت کننده استفاده می شود که به آن بتن مسلح یا بتن مسلح می گویند. بتن مسلح اغلب در صنعت ساخت و ساز استفاده می شود. عمر مفید آن معمولاً بین 50 تا 100 سال تخمین زده می شود. یکی از مهم ترین عواملی که باعث کاهش طول عمر بتن می شود، خوردگی میله های بتن مسلح است. خوردگی میلگرد باعث از بین رفتن مقاومت میلگرد می شود همچنین در صورت خوردگی حجم میلگرد افزایش می یابد و باعث ایجاد فشار داخلی در بتن می شود. از آنجایی که بتن دارای مقاومت کششی پایینی است، تحت تأثیر این فشار داخلی ترک می‌خورد.

به طور کلی می توان گفت که خوردگی میلگرد در بتن یکی از دلایل اصلی عدم وجود ساختمان های بتن آرمه و بی اثرترین نوع بتن در ساحل می باشد.

محافظ بتن در برابر خوردگی پشت

سنگدانه های مورد استفاده در بتن از نظر فیزیکی و شیمیایی محافظت می شوند. لایه های محافظ از خوردگی میلگرد در داخل بتن جلوگیری می کند، اما اگر این حفاظ ها از بین بروند و میلگرد در شرایط نامناسب قرار گیرد، میلگرد شروع به خوردگی می کند.

حفاظت فیزیکی: پوشش بتنی میله نفوذ عوامل اکسید کننده مانند نیتروژن آزاد و دی اکسید کربن را کند می کند.

حفاظت شیمیایی: در حالت قلیایی سیمان تازه به دلیل وجود هیدروکسید کلسیم و قلیایی سدیم و پتاسیم در سیمان، یک لایه اکسید محافظ روی فولاد تشکیل شده و از خوردگی آن جلوگیری می کند.

معیارهای شروع خوردگی میلگرد

اگر لایه غیرفعال سطح پشتی (لایه محافظ فیزیکی و شیمیایی بتن) از بین برود یا تشکیل نشود، خوردگی گریتینگ آغاز می شود.

شرایطی که باعث شروع خوردگی میلگرد می شود را می توان به شرح زیر شناسایی کرد:

رطوبت و اکسیژن کافی در سطح میلگرد وجود دارد و یکی از شرایط زیر حاصل می شود.

اگر در حین ریختن بتن، خمیر سیمان دور آرماتور به درستی پر نشود، لایه محافظ تشکیل نمی شود و در همان ابتدای کار، خوردگی شروع می شود.

اگر در حین اجرا به هر دلیلی بین بتن و میلگرد تفاوتی ایجاد شود و یا ترک عمیقی در بتن ایجاد شود که به سطح میلگرد برسد منجر به ایجاد خوردگی می شود.

اگر اسیدها به داخل بتن نفوذ کنند و لایه محافظ اطراف رنده را بشکنند، خوردگی رنده شروع می شود.

اگر دی اکسید کربن وارد بتن شود و رطوبت بالا باشد، خمیر سیمان کربنیزه می شود و محیط اطراف میلگرد قلیایی می شود و باعث می شود که میلگرد شروع به خوردگی کند.

اگر آزاد شدن یون های کلرید از بتن باعث رسیدن یون های کلرید روی سطح بتن به سطح بتن شود، فرسودگی بتن رخ می دهد.

هنگامی که زره آسیب می بیند، میزان آسیب عمق و میزان سرقت زره را تعیین می کند. آسیب به شرایط محیطی به ویژه دما، رطوبت، اکسیژن، شرایط مرطوب و خشک ثابت، مقاومت الکتریکی بتن، نوع آرماتور، نوع نوک آرماتور، وجود جریان الکتریکی در بتن و … بستگی دارد.

زمان شروع خوردگی به نوع بتن روی آرماتور، نوع آرماتور، ماهیت محیط، ضخامت لایه بتن روی آرماتور و محیط بستگی دارد. همچنین، پوشش های سطح بتن و تقویت کننده ها به طور قابل توجهی به خوردگی کمک می کنند.

در محیط های مرطوب و خلیج فارس مانند خلیج فارس، خوردگی دنده ها اغلب با از بین رفتن لایه غیرفعال به دلیل افزایش غلظت یون های کلرید در سطح خلیج همراه است. تا زمانی که در ساخت سازه مشکل اساسی مانند ترک وجود نداشته باشد.

انواع خوردگی در بتن

نوع خوردگی میلگرد

انواع خوردگی توری به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

خوردگی سطحی

خوردگی شکافی نوعی خوردگی است که در شیارها و سایر نواحی فلزی که در معرض سیال خورنده قرار دارند رخ می دهد. خوردگی شکافی رایج ترین نوع آسیب خوردگی است.

برخی از راه حل ها در شیارهای کوچک در سازه های بتنی متحرک باقی می مانند. مولکول های اکسیژن حلالیت کمی در محلول های رقیق دارند. در نتیجه مایعی که در داخل کانال راکد می ماند از جو محافظت می شود و از اکسیژن محروم می شود. محتوای کم اکسیژن در شیار به تشکیل ناحیه آندی روی سطح فلز کمک می کند. رطوبتی که در تماس با سطح فلز قرار می گیرد در معرض هوا قرار می گیرد و یک کاتد را تشکیل می دهد. تشکیل آند و کاتد منجر به واکنش خوردگی می شود.

موثرترین راه برای از بین بردن خوردگی شیار، دور نگه داشتن آب از جوش و فضاهای تنگ است.

خوردگی اتصالات

خوردگی حفره ای نوعی خوردگی موضعی است که در اثر شکل گیری میلگرد، سوراخ یا سوراخی در میلگرد ایجاد می کند. دلیل این پدیده این است که اکسیژن به قسمت کوچکی از سطح نمی رسد. در این حالت، این قسمت کم اکسیژن به عنوان آند و قسمت با اکسیژن بالا به عنوان کاتد عمل می کند.

تشکیل حفره خطرناک تر از آسیب خوردگی یکنواخت است. زیرا تشخیص و طراحی برای جلوگیری از آن مشکل است. یک سوراخ کوچک و باریک، حتی قسمت کوچکی از جرم آهن، می تواند باعث خرابی یک سیستم مهندسی کامل و بزرگ شود.

ساختار شیمیایی خوردگی را بشناسید.

به طور کلی می توان گفت که خوردگی در فولاد یک پدیده الکتروشیمیایی است که در اثر تشکیل سلول های الکتروشیمیایی آند و کاتد رخ می دهد. همانطور که در بالا ذکر شد، آرماتورهای فولادی در بتن از نظر فیزیکی و شیمیایی محافظت می شوند. اما زمانی که آرمیچر تحت شرایط شیمیایی تهاجمی مانند کربن یا در حضور یون های کلرید قرار می گیرد، pH محیط کاهش می یابد و منجر به تشکیل سلول های الکتروشیمیایی می شود.

به عبارت دیگر، زمانی که پتانسیل الکتریکی متفاوتی در طول میلگرد و ماده وجود داشته باشد، یک سلول الکتروشیمیایی در نواحی آندی و کاتدی ایجاد می شود که در الکترولیت به یکدیگر متصل می شوند. سطح الکترولیت در اینجا توسط آبی که وارد روغن سیمان شده است بازی می شود. در این حالت یون های یون وارد محلول و سمت مثبت Fe ++ در آند می شوند و الکترون های آزاد منفی از میلگرد عبور کرده و به سمت کاتد می روند. پس از آن، الکترون های آزاد وارد الکترولیت می شوند و با آب و اکسیژن ترکیب می شوند و یون های هیدروکسید (OH-) را تشکیل می دهند. این یون ها از الکترولیت عبور می کنند و با یون های آهن ترکیب می شوند و هیدروکسید فلز را تشکیل می دهند که به اکسید آهن و اکسیداسیون بعدی تبدیل می شود.

انواع خوردگی میلگرد در بتن

مکانیسم شیمیایی خوردگی تقویتی

نکته: معمولاً در بتن با مقاومت نسبی 60 درصد خوردگی رخ نمی دهد. مناسب ترین شرایط برای تنه میلگرد در بتن زمانی است که رطوبت نسبی 70-80 درصد باشد. همچنین، زمانی که محتوای آن زیاد باشد، جریان اکسیژن از طریق بتن تا حد زیادی کاهش می یابد.

علاوه بر رطوبت، از جمله مواردی که می تواند باعث خوردگی سلول ها و اتصالات الکتروشیمیایی شود عبارتند از:

تفاوت در محیط خاص؛ مقداری از بتن در معرض آب و رطوبت و بقیه در معرض رطوبت و خشک شدن است.

تفاوت قابل توجهی در ضخامت پوشش روی میلگردهای متصل به برق.

تغییر در غلظت نمک در آب تراوش به سیمان.

یا تشکیل سلول های الکتروشیمیایی به دلیل در دسترس نبودن یکنواخت اکسیژن.

چه عواملی باعث خوردگی میلگرد در بتن می شود؟

تقویت عوامل خوردگی

از جمله عوامل مهم در خوردگی میلگرد عدم پوشش کافی میلگرد یا پوشش ناکافی میلگرد می باشد. عدم پوشش کافی، آرماتور را در معرض عوامل مخرب قرار می دهد و باعث تسریع در خوردگی آرماتور می شود. در این فرآیند عوامل خطرناک و مخرب می توانند منشا شیمیایی، فیزیکی، حرارتی و یا حتی میکروبیولوژیکی داشته باشند، اما مهمترین آنها منشاء شیمیایی است. در زیر تمامی عوامل خطرناک و تاثیرگذار در خوردگی آرماتورها را ارائه می دهیم.

1- اثرات کلرید

آرماتورهای تعبیه شده در بتن و خمیر سیمان به دلیل تشکیل یک لایه اکسید غیرفعال بر روی آن در واکنش با آب و اکسیژن از خوردگی محافظت می شود. این لایه محافظ روی آرمیچر را لایه خنثی سازی می نامند و آرمیچر را با این لایه خوردگی غیر فعال نیز می نامند. خوردگی میلگرد زمانی شروع می شود که این لایه خنثی کننده و محافظ آسیب ببیند یا از بین برود. به عنوان مثال، اگر PH آب نفوذ کننده به منافذ سیمان کم باشد، این جلوی PH کم به سطح میلگرد می رسد، لایه اکسیدی را جدا می کند و باعث خوردگی میلگرد می شود.

همانطور که گفتیم اگر لایه پسیو سوخته یا آسیب ببیند، تا زمانی که اکسیژن و رطوبت کافی وجود داشته باشد، واکنش خوردگی آرمیچر رخ می دهد. به این ترتیب یون های کلرید روی سطح آرمیچر فعال شده و تشکیل آند می دهند. سطح خنثی کننده به عنوان یک کاتد نیز عمل خواهد کرد (به دلیل کوچک بودن سطح آند در مقایسه با سطح بزرگ کاتد، میزان خوردگی آند بیشتر است). در واقع نکته ای که باید به خاطر داشت این است که آند و کاتد همیشه روی سطح آرمیچر ظاهر نمی شوند و ممکن است دو شبکه از میله ها به یکدیگر متصل شوند که یکی به عنوان آند و دیگری به عنوان کاتد عمل می کند. می توان. باعث زنگ زدن رباس شود. (شبکه ای که در معرض یون های کلرید قرار دارد باید به عنوان آند عمل کند و شبکه دیگری که در معرض اکسیژن قرار دارد باید به عنوان کاتد عمل کند.)

نقاط خوردگی میله های تقویت شده با یون کلر

از جمله مواردی که باعث از بین رفتن لایه مقاومتی غیرفعال می شود و باعث آلودگی آرماتورها می شود، می توان یون های کلرید را در نمک، آب دریا، مواد شیمیایی یخ زدا و همچنین مواد افزودنی بتن حاوی کلرید کلسیم یافت. ذکر شده

فقط یون های کلرید آزاد برای خوردگی تجهیزات مضر هستند. خوشبختانه یون های کلرید موجود در منافذ بتن آزاد بوده و با ایجاد پیوندهای فیزیکی و شیمیایی در ساختار بتن غیر فعال می شوند.

2- عمل اسیدها

قرار دادن بتن مسلح در محیط اسیدی باعث تضعیف مقاومت بتن می شود. حمله اسیدی باعث از بین رفتن خمیر سیمان می شود. به طوری که ذرات شن و ماسه در بتن نمایان شده و در نهایت لایه بتن در میلگرد شکسته شده و میلگرد خورده شده را نمایان می کند. علاوه بر این، خوردگی آرماتور معمولاً از مناطق خارج از بتن و متصل به محیط خارجی، معمولاً در محیط های اسیدی، شروع و منتشر می شود. یعنی مرز معمولی بین سطح بتن و آرماتور.

اسیدهایی که باعث خوردگی میلگرد می شوند می توانند به طور طبیعی از مرگ یا پوسیدگی پوشش گیاهی یا از فاضلاب شهری و صنعتی (اسید سولفوریک) تولید شوند.

3- اثر سولفات ها

اثر سولفات بر خوردگی میلگرد به این صورت است که ترکیبات سولفاتی با برخی از مواد تشکیل دهنده خمیر سیمان واکنش داده و علاوه بر تخریب خمیر بتن، حجم آن را به میزان دو و نیم افزایش می دهد. این امر باعث ترک خوردن و ترک خوردن بتن و در نهایت خوردگی میلگرد می شود.

سولفات ها به طور طبیعی در خاک، آب های زیرزمینی، آب های سطحی یا دریا وجود دارند. همچنین سولفات ها را می توان در محیط صنایعی مانند پتروشیمی، پالایش نفت، معدن و پالایش فلزات، کاغذسازی و … یافت.

4- بازخورد اضافه شد

سنگدانه ها در بتن باید خنثی باشند تا از واکنش های شیمیایی با سیمان و آب جلوگیری شود. با این حال، گاهی اوقات در حضور برخی از سنگدانه ها و سیمان های قلیایی، واکنش سیلیسی بین ذرات سیلیس فعال رخ می دهد. این واکنش منجر به کاهش مقاومت بتن و همچنین انبساط زیاد، پوسیدگی و ترک خوردن بتن می شود و در نتیجه باز شدن پشت و خوردگی پشت آغاز می شود.

عواملی که باعث تسریع خوردگی میلگرد می شوند

علل خوردگی تسریع شده

شروع خوردگی میلگرد، شدت خوردگی و سن خرابی ناشی از خوردگی میلگرد به عوامل مختلفی بستگی دارد که در زیر به مهمترین آنها اشاره می شود.

1- نفوذپذیری بتن

نفوذ بتن (به ویژه بتن در سطح میلگردها) تعاریف مختلفی دارد. مانند نفوذپذیری آب و سایر مایعات، نفوذپذیری هوا و نفوذپذیری یونهای کلرید که یکی از مهمترین آنهاست. هدف اصلی کاهش خوردگی آرماتورها کاهش نفوذپذیری بتن به یون های کلر و در مرحله بعد به هوا و آب است.

2- نداشتن ضخامت و پوشش در آرماتور

مواد مضر به خصوص یون های کلرید ابتدا باید از فشار کاتالیست عبور کرده و به بالای کاتالیزور برسند. در مرحله بعد باید بتوانید از روکش روی خود میلگرد نیز عبور کنید (در صورت وجود). از آنجایی که زمان لازم برای رسیدن یون های کلر به میله های انرژی تابعی از ضخامت است، بنابراین اگر ضخامت لایه پوشش افزایش یابد، زمان شروع خوردگی دیرتر شروع می شود.

توجه: کاهش ضخامت پوشش بتن روی میلگرد می تواند باعث بهبود کیفیت بتن شود. همچنین از دیگر گزینه های پیشنهادی و موثر استفاده از پوشش روی سطح بتن، انواع پوشش میلگرد و یا استفاده از میلگرد گالوانیزه و ضد زنگ می باشد.

– وجود درز و ترک در بتن پوشیده شده با میلگرد

ترک ها در بتن به دلایل مختلفی مانند انقباض یا جابجایی بتن که امکان نفوذ عوامل خورنده را فراهم می کند و تماس هوا با تکیه گاه ها که منجر به خوردگی تکیه گاه ها می شود رخ می دهد. به طور کلی، ترک های سطحی در بتن در اثر تبخیر آب در بتن، رطوبت یا کمبود رطوبت یا خزش و یا زمانی که بتن داغ است ایجاد می شود.

سایر عوامل کلیدی برای خوردگی روی میلگرد عبارتند از:

هنگامی که سطح فولاد با محیط تماس پیدا می کند، خوردگی روی سطح فولاد ایجاد می شود.

اگر بتن مرتب خیس شود باعث نفوذ آب به داخل ترک های سطحی و در نهایت خوردگی میلگرد می شود.

جلوگیری از خوردگی آرماتورها

از تقویت جلوگیری می کند

در بسیاری از موارد، جبران خسارت ناشی از خوردگی و انفجار فلز بسیار دشوار است. بنابراین، جلوگیری از پوسیدگی هزینه بیشتری خواهد داشت. روش های مختلفی برای کاهش آسیب میلگردهای فولادی مورد استفاده در ساخت و ساز استفاده می شود. در اینجا چند روش متداول برای جلوگیری از خوردگی فلز وجود دارد:

لایه در بالا

این صفحه انواع بلوک های بتنی و روکش های خودرو در میگلارد را پوشش می دهد