چگونه می توان مانع خوردگی میلگردهای فولادی شد
مراحل جلوگیری از خوردگی در فولاد چیست؟
خوردگی فولاد تقویت کننده و سایر فلزات تعبیه شده علت اصلی زوال بتن است. هنگامی که فولاد خورده می شود. زنگ حاصله حجم بیشتری از فولاد را اشغال می کند. این انبساط باعث ایجاد تنش های کششی در بتن می شود که در نهایت می تواند باعث ترک خوردن لایه لایه شدن و پوسته شدن بتن شود. (جهت مطالعه بیشتر به میلگرد حرارتی مراجعه نمایید)
فولاد خورده می شود زیرا یک ماده طبیعی نیست بلکه سنگ آهن برای تولید فولاد ذوب و تصفیه می شود. مراحل تولید که سنگ آهن را به فولاد تبدیل می کند به فلز انرژی می افزاید.
فولاد مانند بسیاری از فلزات به جز طلا و پلاتین از نظر ترمود دینامیکی در شرایط جوی معمولی ناپایدار است و انرژی آزاد می کند و به حالت طبیعی خود یعنی اکسید آهن یا زنگ باز می گردد. این فرآیند خوردگی نامیده می شود. (جهت مطالعه بیشتر به میلگرد ارزان در بازار مراجعه نمایید)
دو نوع خوردگی در میلگردهای تقویت کننده فولادی مشاهده می شود:
خوردگی شکاف
در شکاف های کوچک در ساختار بتنی محلول ها ممکن است راکد شوند.
آندها و کاتدها ممکن است در داخل محلول ها به دلیل واکنش ناهموار یون های املاح بر حجم محلول ایجاد شوند. جریان یون ها توسط این الکترود ها تحریک می شود بنابراین به آرامی باعث خوردگی می شود. (جهت مطالعه بیشتر به مدیریت نوسان قیمت میلگرد مراجعه نمایید)
خوردگی حفره ای
مربوط به غیر فعال زدایی نواحی کوچک روی میلگردهای تقویت کننده فولادی است. این نوع خوردگی به شدت موضعی است و سوراخ ها یا گودال های کوچکی در فولاد ایجاد می شود. (جهت خرید و بررسی به قیمت میلگرد مراجعه نمایید)
خوردگی میلگردهای تقویت کننده فولادی ممکن است به دلیل شکست موضعی لایه غیر فعال روی فولاد توسط یون های کلرید یا شکست کلی انفعال در اثر خنثی سازی بتن به دلیل واکنش با دی اکسید کربن از جو رخ دهد. (جهت مطالعه بیشتر به علل شکستن میلگرد مراجعه نمایید)
عوامل اصلی در خوردگی میلگردهای تقویت کننده عبارتند از:
از دست دادن قلیاییت به دلیل کربناته شدن
وقتی سطح فولاد بدون محافظت در اتمسفر رها می شود. زنگ روی سطح فولاد شروع به تشکیل می کند و به تدریج پوسته پوسته می شود. (جهت مطالعه بیشتر به اسکلت بتنی مراجعه نمایید)
کربناته شدن زمانی اتفاق می افتد که دی اکسید کربن هوا به بتن نفوذ کرده و با هیدروکسیدهایی مانند هیدروکسید کلسیم واکنش داده و کربنات تشکیل می دهد. در واکنش با هیدروکسید کلسیم. کربنات کلسیم تشکیل می شود.
Ca(OH)2 CO2 = CaCO3 H2O
این واکنش PH محلول منفذی را تا ۸.۵ کاهش می دهد که در این سطح لایه غیر فعال روی فولاد پایدار نیست. (جهت مطالعه بیشتر به افزایش قیمت میلگرد در میان رشد تقاضا مراجعه نمایید)
کربناته کردن به طور کلی یک فرآیند کند است. در بتن با کیفیت بالا, تخمین شده است که کربناته شدن تا ۰.۰۴ اینچ در سال انجام می شود. میزان کربناته شدن در بتن با نسبت آب به سیمان بالا. محتوای سیمان کم, دوره پخت کوتاه, مقاومت کم و خمیر بسیار نفوذ پذیر یا متخلل به طور قابل توجهی افزایش می یابد. (جهت مطالعه بیشتر به پدیده گالینگ مراجعه نمایید)
از دست دادن قلیایت به دلیل کلریدها
یون های کلرید تمایل دارند سطح فولاد را با از بین بردن قلیایت بتن غیر فعال کنند.
قرارگرفتن بتن مسلح در معرض یون های کلرید, علت اصلی خوردگی زود رس آرماتورهای فولادی است. نفوذ یون های کلرید موجود در نمک های آب دریا به بتن مسلح می تواند باعث خوردگی میلگرد شود. اگر اکسیژن و رطوبت نیز برای حفظ واکنش در دسترس باشد.
کلریدهای حل شده در آب می توانند از طریق بتن سالم نفوذ کنند یا از طریق ترک به فولاد برسند. مواد افزودنی حاوی کلرید نیز می توانند باعث خوردگی شوند. (جهت مطالعه بیشتر به میلگرد بستر مراجعه نمایید)
هیچ آلاینده دیگری به اندازه یون های کلرید در ادبیات به عنوان عامل خوردگی فلزات در بتن ثبت نشده است. مکانیسمی که توسط آن کلرید ها باعث ایجاد خوردگی می شوند کاملا شناخته نشده است. اما رایج ترین نظریه این است که یون ها کلرید راحت تر از سایر یون ها به لایه اکسید محافظ نفوذ می کنند و فولاد را در برابر خوردگی آسیب پذیر می کنند. (جهت مطالعه بیشتر به بزرگترین تولیدکنندگان فولاد جهان مراجعه نمایید)
خطر خوردگی با افزایش محتوای کلید بتن افزایش می یابد. هنگامی که محتوای کلرید در سطح فولاد از حد معینی که مقدار آستانه نامیده می شود تجاوز کند. اگر آب و اکسیژن نیز در دسترس باشد. خوردگی رخ می دهد. مطالعات اداره فدرال نشان داد که حد آستانه ۰.۲۰ درصد کلرید کل (محلول در اسید) بر حسب وزن سیمان می تواند باعث خوردگی فولاد تقویت کننده در عرشه پل شود. (Clear 1976) با این حال تنها کلریدهای محلول در آب باعث خوردگی می شوند. (جهت مطالعه بیشتر به فولاد چیست مراجعه نمایید)
برخی از کلریدهای محلول در اسید ممکن است در داخل سنگدانه ها متصل شوند و بنابراین برای تقویت خوردگی در دسترس نیستند. کار در (Clear 1973) نشان داد که ضریب تبدیل از کلریدهای محلول در اسید به کلریدهای محلول در آب می تواند از ۰.۳۵ تا ۰.۹۰ باشد. بسته به ترکیبات و تاریخچه بتن. به طور خود سرانه ۰.۷۵ انتخاب شد که منجر به یک حد کلرید محلول در آب ۰.۱۵ در صد وزنی سیمان شد.
(جهت مطالعه بیشتر به میلگرد همبندی یا پیوند متساوی مراجعه نمایید)
اگرچه کلریدها مستقیما مسئول شروع خوردگی هستند. اما به نظر می رسد که فقط نقش غیر مستقیم در میزان خوردگی پس از شروع دارند. عوامل اصلی کنترل کننده سرعت عبارتند از: در دسترس بودن اکسیژن, مقاومت الکتریکی و رطوبت نسبی بتن و PH و دما می باشد.
(جهت مطالعه بیشتر به میلگرد بازالت مراجعه نمایید)
ترک در بتن
ترک ها ممکن است میله های فولادی را در معرض اتمسفر قرار دهند و در نتیجه کربناته شدن را افزایش دهند.
مسیرهای رطوبت
مرطوب شدن منظم بتن ممکن است منجر به رسیدن آب به میلگردهای تقویت کننده فولادی از طریق انتشار در ساختار منافذ بتن یا ترکهای موجود در بتن شود. زنگ زدگی میله های فولادی پس از آن دنبال می شود.
(جهت مطالعه بیشتر به چگونه می توان استحکام فولاد را اندازه گیری کرد مراجعه فرمایید)
پوشش ناکافی
ابعاد ناکافی پوشش بتنی.
برای وقوع خوردگی این عناصر باید وجود داشته باشند.
باید حداقل دوفلز ( یا دو مکان روی یک فلز واحد) در سطوح مختلف انرژی وجود داشته باشد.
- یک الکترولیت
- یک اتصال فلزی
با قرار دادن بتن بدون ترک با نفوذ پذیری کم و پوشش بتنی کافی می توان خوردگی فلزات فرو رفته در بتن را تا حد زیادی کاهش داد. بتن با نفوذ پذیری کم را می توان با کاهش نسبت آب به مواد سیمانی بتن و استفاده از پوزولان و سرباره به دست آورد. پوزولان ها و سرباره مقاومت بتن را افزایش می دهند و در نتیجه نرخ خوردگی را حتی پس از شروع آن کاهش می دهند.
الزامات کد ساختمان برای سازه بتنی حداقل الزامات پوشش بتنی را فراهم می کند که به محافظت از فلزات تعبیه شده در برابر مواد خورنده کمک می کند. اقدامات اضافی برای کاهش خوردگی آرماتورهای فولادی در بتن شامل استفاده از مواد افزودنی بازدارنده خوردگی, پوشش آرماتورها با عنوان مثال رزین اپوکسی و استفاده از درزگیرها و غشاها بر روی سطح بتن است. سیلرها و ممبران ها در صورت استفاده باید به طور دوره ای دوباره استفاده شوند. (جهت مطالعه بیشتر به اهمیت کنترل کیفیت در تولید آهن مراجعه نمایید)
بتن و لایه غیر فعال
گرچه تمایل طبیعی فولاد به انجام واکنش های خوردگی است. اما محیط قلیایی بتن (PH12 , 13) فولاد را در برابر خوردگی محافظت می کند. در PH بالا یک لایه نازک اکسید روی فولاد تشکیل می شود و از حل شدن اتم های فلز جلوگیری می کند. این روند غیر فعال در واقع خوردگی را متوقف نمی کند. میزان خوردگی را تا حد ناچیزی کاهش می دهد. برای فولاد در بتن, نرخ خوردگی غیر فعال معمولا ۰.۱ میکرومتر در سال است. بدون لایه غیر فعال, فولاد با نرخ هایی حداقل ۱۰۰۰ برابر بیشتر خورده می شود. (جهت مطالعه به فولاد سبز مراجعه نمایید)
به دلیل محافظت ذاتی بتن, فولاد تقویت کننده در اکثر عناصر و سازه های بتنی خوردگی نمی کند. با این حال زمانی که لایه غیر فعال از بین می رود. خوردگی می تواند رخ دهد. تخریب لایه غیر فعال زمانی اتفاق می افتد که قلیایی بتن کاهش یابد یا غلظت کلر در بتن تا حد معینی افزایش یابد.
خوردگی با استفاده از تکنیک های اسکن
تغییرات در سطح خوردگی در امتداد یک میله با استفاده از روشهای اسکن اندازه گیری می شود.
ابتدا هندسه بیرونی را بر اساس خروجی اسکن تمیز و تعمیر کنید و مختصات گره را به یک سیستم مختصات قطبی تبدیل کنید تا یک نمودار خطوطی از نفوذ خوردگی در امتداد سطح میله ایجاد شود. اکنون گودال های خوردگی در امتداد سطح میله قابل مشاهده است.
مختصات جدید را ادغام کنید. سطح مقطع را در بخش های خاص به دست آورید و سطح مقطع را در امتداد میله محاسبه کنید. با توجه به نوار آجدار سطح مقطع متفاوت است. از اسپلاین های مکعبی استفاده کنید و نواحی خورده نشده را کشف کنید و متوسط سطح مقطع را محاسبه کنید.
کاهش سطح مقطع نرمال شده را با تقسیم سطح مقطع اندازه گیری شده برای ناحیه خورده نشده ترسیم کنید. در نهایت درصد تغییرات سطح خوردگی را در امتداد میله رسم کنید.
روش پتانسیل نیمه سلولی
Half-cell potential method
زوال غیر قابل برگشت در فولاد برای عوامل محیطی مختلف مانند اسید و رطوبت و غیره به عنوان خوردگی شناخته می شود. خوردگی در اثر واکنش شیمیایی یا عوامل محیطی مختلف باعث تخریب مواد فولادی می شود. خوردگی فولاد شامل الکترولیز است که در آن سطح فلزی الکترون ها را به الکترولیت آزاد می کند. برای رطوبت هوا یا سایر عوامل آهن موجود در فولاد به حالت اولیه خود یعنی اکسید آهن یا زنگ زدگی باز می گردد. (جهت مطالعه بیشتر به زنگ زدایی میلگرد و تیرآهن مراجعه نمایید)
برای جلوگیری از خوردگی در میلگردهای TMT فولادی چه باید کرد؟
نمی توان آن را ساده تلقی کرد. کل استحکام ساختمان به RCC بستگی دارد و میلگردهای فولادی مهمترین عامل برای آن هستند. برای خوردگی میلگرد استحکام خود را از دست می دهد. بنابراین کل ساختار می تواند تحت تاثیر قرار گیرد. برای جلوگیری از خوردگی میله های TMT فولادی باید اقدامات پیشگیرانه انجام شود.
- از آرماتورهای سنگین بخصوص در محل تلاقی تیرها و ستونها خودداری کنید.
- سعی کنید فولاد را در یک منطقه دور از سایر مصالح ساختمانی مانند: آجر و چوب و غیره نگه دارید.
- میله های فولادی را در جای خشک نگهداری کنید که در معرض باران و برف و عناصر نمکی و غیره نباشد.
- توصیه می شود میله های TMT را قبل از قرار دادن با برس سیمی تمیز کنید.
آبکاری
پوشش سطح میلگرد TMT با لایه نازکی از آبکاری نیکل یکی از بهترین راه ها برای جلوگیری از خوردگی میلگرد است.
آبکاری مکانیکی
در سطح میله فولادی می توان روی یا کادمیوم را برای جلوگیری از خوردگی اعمال کرد.
میلگرد فولادی را می توان در روی مذاب غوطه ور کرد که این فرایند به عنوان غوطه وری داغ شناخته می شود.
انتخاب بهترین کیفیت میلگرد TMT بدون گوگرد.
درمان خوردگی
اجرای محلول قلیایی در میلگردهای TMT برای مناطقی که رطوبت بالایی در هوا دارند مانند مناطق ساحلی ضروری است. برای درمان ضد خوردگی باید مراحل معینی انجام شود.
مرحله۱ – میلگردهای تقویت شده در حدود نیم ساعت در محلول ضد زنگ غوطه ور می شوند تا زمانی که زنگ ها از بین بروند و سطح روشن میله ها نمایان شود. (جهت مطالعه بیشتر به نحوه کاشت میلگرد در بتن مراجعه نمایید)
محلول زنگ زدایی با مخلوط کردن تهیه می شود.
- ۵۰ لیتر اسید کلریدریک
- ۵۰ لیتر آب
- ۵ لیتر بازدارنده
پس از این میله ها باید از محلول خارج شده و با پارچه مرطوب تمیز شوند.
مرحله ۲ – میله ها دوباره در محلول قلیایی غوطه ور می شوند.
- محلول قلیایی با ۱ کیلوگرم پودر قلیایی
- ۴۰۰ لیتر آب
میله ها باید به مدت ۵ دقیقه در محلول باشند و سپس خارج شده و تمیز شوند.
مرحله ۳ – پس از درمان قلیایی, ژله فسفات باید با یک برس الیافی استفاده شود. حدود یک ساعت زمان می برد. تا با میله واکنش دهد و سپس با آب تمیز شود.
مرحله ۴ – در مرحله بعد محلول بازدارنده خوردگی که با برس الیافی / فرو بردن روی میله ها اعمال می شود.
- ۵۰۰ سی سی محلول بازدارنده خوردگی
- ۱ کیلوگرم سیمان پرتلند معمولی
این مخلوط نیمه مایع با برس فیبر روی سطح میله ها اعمال می شود. مخلوط را باید در همان روزی که آماده کردید استفاده کنید و اجازه دهید یک روز خشک شود. باید روی سطح میله کاملا خشک شود.
مرحله ۵ – سپس در نهایت باید محلول آب بندی خوردگی روی سطح میله ها اعمال شود. تقریبا ۴ – ۵ ساعت طول می کشد تا کاملا در هوا خشک شود. پس از خشک شدن کامل باید یک بار دیگر تکرار شود.
میلگرد TMT مقاوم در برابر خوردگی با کیفیت بالا
در سطح جهانی میلگردهای TMT مقاوم در برابر خوردگی در صنایع مختلف تقاضای بالایی دارند.
این اساسا برای سه عنصر اصلی است
- قدرت بهبود یافته
- بهبود شکل پذیری
- خواص ضد خوردگی
میلگردهای TMT مقاوم در برابر خوردگی CRS با کیفیت بالا مطابق با استانداردهای ASTM (انجمن تست و مواد آمریکا) با محیط های خوردگی مختلف و دقیق مورد ارزیابی و آزمایش قرار می گیرند. (جهت مطالعه بیشتر به نحوه کاشت میلگرد در بتن مراجعه نمایید)
این آزمایشات شامل:
- تست غوطه وری جایگزین
- آزمایش افشاندن نمک
- تست دی اکسید گوگرد
- تست دینامیک پتانسیو
با توجه به نتیجه میلگرد TMT مقاوم در برابر خوردگی میلگرد شیام CRS نسبت به سایر میلگردهای TMT در برابر خوردگی مقاوم تر هستند.
نوع آزمون میلگردهای غیر CRS TMT میلگردهای TMT مقاوم در برابر خوردگی CRS
- تست غوطه وری جایگزین ۱ ۱.۹۲
- آزمایش افشاندن نمک ۱ ۱.۵۹
- تست دی اکسید گوگرد ۱ ۱.۶۸
- تست دینامیک پتانسیو ۱ ۲.۳۵
جهت مطالعه بیشتر به میلگرد مراجعه فرمایید.
