آرماتور های آلیاژی

چکيده :
در کنار روشهای متداول برای جلوگيری از نفوذ پديری و خوردگی بتن و آب بند نمودن آن چون استفاده از سيمانهای پوزولان طبيعی و مصنوعی , ميکرو سيليس , حفاظت کاتدی , پوشش آرماتور ها با رزين اپوکسی , استفاده از ورقهای محافظ آلياژی, آرماتورهای آلياژی و کامپوزيت و ورقه های FRP , کاربرد ژئو سنتتيک ها استفاده از پوشش بتنی محافظ و بتن پليمری ,يکی از روشهای مقرون به صرفه و مؤثر استفاده از پوششهای صنعتی است , در اين نوشتار به بررسی تأثير برخی از پوششها در کاهش نفوذ برخی از پونهای مضر چون کلر و سولفات می پردازيم.
کليد واژه : نفوذ پذيری , دوام , حمله سولفاتها , يون کلر ,کربناسيون,پوشش,محيط خورنده
مقدمه :
بتن در محيطهای خورنده حاوی يون کلر و سولفات به مرور زمان خورده شده و خلل وفرج در آن زياد می گردد و تصور عمومی بر اين است که به دليل مقاومت بالای آن نيازی به پوشش محافظ ندارد ولی بايستی اذعان داشت که بتن با خواط قليايي ذاتی در محيط اسيدی به شدت آسيب می بيند و بتن به دليل شکننده بودن تحت تنشها و صربات مکانيکی در طی مدت زمان ترک خورده و خرد می شود و زنگ زدگی و خوردگی آرماتورهای بتن در شرايط خورنده محيط به سطوح بتن گسترش می يابدو در ميان روشهای فوق الذکر, استفاده از پوششهای صنعتی کار آمد می باشد همواره در ذهن يک مهندس سازه سوالاتی چون ۱- پوشش صنعتی مناسب بايستی چه مشخصاتی داشته باشد ؟ ۲- چه نکاتی را در هنگام انتخاب يک پوشش بايد مد نظر داشت ؟ ۳- چه بايد کرد نا پوشش انتخاب شده خواص عالی خود را در طول ساليان حفظ کند ؟ مطرح است.
۱- عوامل مؤثر درآسيب بتن مسلح درمحيط های خورنده :
۱- استفاده نادرست ازسازه ( بارگذاری بيش ازحد، ضربه، خستگی )
۲- سايش و فرسايش ( کف ها، زيرسازی ها، موج گيری ها )
۳- اثرات محيطی ( حرارت، رطوبت، کربناسيون )
۴- مواد اوليه ناسازگار ( مصالح سنگی قابل انقباض، ساختار مرکب )
۵- شسته شدن ( حل شدن با جاری خنثی يا قليايی )
۶- حمله مواد شيميايی ( سولفات ها، اسيدها، اسيدهای آلی،… )
۷- واکنش قليايی سنگدانه
۸- خوردگی فولاد
۲- آشنايي با خرابي های شيميايی ناشی از عوامل محيطی :
۲-۱- خرابی سولفاتی
سولفاتهای محلول چون سديم، پتاسيم، کلسيم و منيزيم در اغلب نقاط دنيا به طور طبيعی در آب و خاک وجود دارند. معمولاً خاکها يا آبهايي که دارای چنين سولفات هايی هستند، قليايی ناميده می شوند. کليه اين سولفاتها برای بتن مضرند.
۲-۱-۱ مکانيزم حمله سولفات ها
سولفات ها ترکيبات مختلف سيمان هيدراته شده را مورد حمله قرار می دهند. سولفات های سديم و پتاسيم با هــــيدروکسيد کلسيم و هــيدروآلومينات کلسيم ترکيب مــی شونـد.
فــعل و انــفعال ســولفات ســــديم با هيدروکسيد کلسيم را می توان به صورت زير خلاصه کرد
وفعل و انفعال سولفات سديم با هيدروآلومنيات کلسيم به صورت زير است:
محصولا ت واکنشهای فوق عبارتند از:
۱- گچ که موجب سستی سطح بتن و مقاومت آن شده، به ميزان ۱۲۵ درصد حجم مواد جامد را افزايش می دهد
۲- سولفوآلومينات کلسيم که بنام اترينگايت خوانده می شود وباعث افزايش قابل ملاحظه در حجم بتن و در نتيجه ترک و ريزش آن می گردد. ميزان افزايش حجم مواد بر اثراين ترکيب به ۲۲۵ درصد می رسد.
سولفات کلسيم فقط با هيدروآلومينات کلسيم واکنش انجام می دهد که در اثر اين واکنش دو شکل مختلف هيدروسولفوآلومينات کلسيم تشکيل می شود
منوسولفات با مقدارکم
سولفوآلومينات کلسيم يا اترينگايت به مقدار زياد
۲-۲- خرابي کلروري
علاوه بر تأثيرکربناسيون، مهمترين عامل زنگ زدگي و خوردگي آرماتور در بتن، وجود يون کلريد در آن است که ممکن است از مصالح آلوده يا مواد افزوني آغشته به کلر يا در اثر نفوذ منابع خارجي مثل محيط دريا وارد بتن گردد. يونهاي کلريد تنها درآب وجود دارند از اين رو نفوذ کلريد مشروط به حضور آب در سيستم منفذي بتن مي باشد. مکانيسم ورود يون کلريد به داخل بتن يا از طريق سيستم مکنده موئينگي است که آب آلـوده به کلـر وارد بتـن ميشود، يـا ازطريق نفوذ ساده يونها ( انتشار) در آب راکد ، وارد منافذ بتن مي گردد. حالت اول مختص بتن هاي خشک مي باشد وآب وسيله اي است که يون ها را در داخل بـتن حمل مي کند. درحالت دوم ( انتشار) مختص بتن اشباع شده يا نزديک به اشباع است ( بتن مغروق) دربتني که درچرخه متناوب تر وخشک قرار مي گيرد هر دو مکانيسم اجرا مي شود وبنابراين تحت چنين شرايطي سرعت افزا يش يافته نفوذ يون کلريد وجود دارد.
۲-۲-۱ مکانيزم خرابي کلروري
معمولاً خاصيت قليايي بالاي سيمان پرتلند (PH در حدود ۱۳) منجر به ايجاد لايه محافظ نازک از اکسيد فريک Fe2O3 بر روي سطح فولاد مي گردد و آن را روئين و درمقابل خوردگي بيشتر محافظت مي نمايد. اگرچه خوردگي کلاً متوقف نمي گردد، ولـي آهنگ آن بسيار نـاچيز بوده و درحـد قـابل قبول مي باشد، تا زمانيکه اين لايه روئين کننده فولاد بر روي سطح آن باقي بماند، بتن محيطي ايده آل براي حفاظت فولاد در مقابل خوردگي مي باشد. ترکيباتي چون دي اکسيدکربن و يون کلر مي توانند باعث تخريب و از بين رقتن اين قشر محافظ گردند و ميلگردها را در مقابل عوامل تخريبي بدون محافظ بگذارند.
تمام کلريدها در بتن بصورت آزاد نيستند و بخشي از يونها با محصولات هيدراتاسيون سيمان پيوند فيزيکي و شيميايي برقرار مي کنند. بنابراين يونهاي کلـــــريد در بـــتن به سه حالت پيوند فيزيکي، شيميايي و آزاد يافت مي شوند محصول هيدرتاسيون و پيوند شيميايي يون کلر, تمک فريدل می باشد.
۲-۳ مکانيزم خوردگي فولاد
خوردگي فولاد (ميلگردها) در بتن يک فرآيند الکتروشيميايي است.
واکنش آنديک
واکنش کاتديک
در صورتي که Fe(OH)3 محصول اصلي زنگ زدگي ميلگرد باشد حجم آن ۴ برابر آهن خورده نشده است و در نتيجه انبساط آن فشار زيادي به اطراف بتن وارد مي کند که باعث ترک خوردگي پوشش بتني اطراف آرماتور مي شود و آرماتور بدون محافظ در معرض عوامل محيطي قرار مي گيرد. ادامه خوردگي باعث کاهش تدريجي سطح ميلگرد مي گردد و در صورتي که تعميرات انجام نشود تخريب و شکستگي ممکن است بطور کامل روي دهد که در اين حالت عمر مفيد نمونه به اتمام رسيده است.
انجام فرايند خوردگي مشروط به حضور آب واکسيژن مي باشد. از اين رو انتظار مي رود بتني که کاملا در آب مغروق است به دليل کمبود اکسيژن و يا بتني که در فضاي کاملا خشک (احتمالا دررطوبت زير ۴۰ درصد) قرار دارد، خوردگي وجود نداشته باشد.
شکل ۱- نسبت افزايش حجم محصولات خوردگی
۲-۲-۲ عوامل موثر در سرعت نفوذ يون کلر
۱- تخلخل پوشش بتني (ساختار منافذ)
۲- نوع سيمان و مقدار سيمان (اثر شيميايي بتن)
۳- شرايط محيطي
۴- ضخامت پوشش روي آرماتور
۵- کربناتي شدن بتن
۶- وجود ترک در بتن به علت انقباض و يا مقاومت کم در مقابل يخ زدگي
۷- استفاده از تسريع کننده هاي کلروري با درصد بالا در بتن، غلظت يون کلر در اطراف
آرماتور را افزايش مي دهد.
۲-۴ کربناسيون
هواي معمولي داراي۰۳/۰ درصد گاز دي اکسيد کربن co2 است که در صورت نفوذ co2 به داخل بتن ، بين هيدروکسيد موجود در بتن و co2 واکنش شيميايي انجام مي گردد و کربناتها تشکيل مي شوند

۲-۴-۱ عوامل موثر در ميزان کربناسيون
۱- شرايط محيطي
۲- تخلخل پوشش بتن
۳- مقدار سيمان و تاثير سيمانهاي پوزولاني
۳- عوامل داخلی مؤثر بر خرابيهاي بتن
۳-۱ نفوذ پذيري بتن
۳-۱-۱ عوامل مؤثر در نفوذ پذيري بتن
۱- نسبت آب به سيمان
۲- تخلخل بتن
۳- درجه هيدراتاسيون
۴- خواص سيمان
۵- اثر دما : با افزايش دما ميزان نفوذ پذيری افزايش می يابد.
۳-۲ واکنش قليايي سنگدانه ها
برای واکنش قليايي سنگدانه ها بايد ۱- اجزای فعال و واکنش زا در سنگدانه باشد ۲- قليايي کافی (K2O , Na2O) در بتن وجود داشته باشد ۳- رطوبت کافی
مکانيزم واکنش قليايي – کربناتي
مکانيزم واکنش قليايي- سيليسي
شکل ۳ سطح بتني ترک خورده بر اثر ترکيب قليائيهاي سيمان و دانه هاي سنگي
۳-۳ فساد مصالح ( وجود بيش از حد املاح در مصالح تشکيل دهنده بتن)
۳-۴ آب مصرفی
۳-۵ کيفيت و نوع سنگدانه
۴- عوامل خارجی مؤثر بر خرابيهاي بتن (عوامل فيزيکي و مکانيکي)
۴-۱ سايش , فرسايش و خلأزايي(کاويتاسيون)
مقاومت سايَشی بتن رابطه مستقيمی با مقاومت فشاری و نسبت معکوس با نسبت آب به سيمان دارد همچنين اين مقاومت به دانه بندی و جنس سنگدانه ها بستگی دارد آب انداختگی و تشکيل دوغاب سخت سده در منجر به ايجادسطح شکننده و ضعيف در مقابل سايش دربتن می گردد که با تإخير در عمليات پرداخت و ماله کشی بتن و ايجاد خلأ يا مکش در بتن می توان مقاومت سايشی بتن را افزايش داد .کاويتاسيون بر اقر تغيير ناگهانی در سرعت , جهت آب و افت فشار منجر به حفره بر اثر پديده خلأزايي مي گرددبه عبارت ديگر هر زمان که فشار در نقطه ای از مايع به دليل بی نظمی در سطح جريان به حد فشار بخار کم شود, حبابهايي در مايع جاری تشکيل می گردد , اين حبابها با مايع به سمت پايين دست جريان حرکت کرده و به هنگام ورود به منطقه ای پر فضار با ضربه می ترکند , ترکهای مکرر حبابها در نزديکی سطح بتن سبب کنده شدن و ايجاد چاله هايي در آن خواهد شد.
۴-۲ تاثير هواي سرد و يخ زدگي
۴-۳ خرابي ناشي از نمکها و شوره زدگي : بلورهای نمک در نزديکی سطح بتن ايجاد می گردد رشد بلورها مانند يخ زدگی منجر به تنشهای انبساطی شده و پوسته های خمير سيمان و سنگدانه های ريز از بتن جدا می شودسولفات منيزيم در مقايسه با ساير نمکها خطرناکتر بوده و منجر به بلوری سدن نمک در سطح بتن و گاهی اوقات به داخل بتن از طريق منافذ موئينه نفوذ کرده و حجم زيادی را تخريب می کند
با توضيحات فوق الذکر با اعمال يک پوشش با دوام و مناسب می توان جلوی خرابهيای داخلی و خارجی بتن را گرفت از طرفی مکانيزم خرابی سولفاتی , کلروی, کربناتی را کنترل کرد.
۵-اهميت آماده سازی سطح :
تقريباً ۹۵ درصد اهميت يک پوشش به کيفيت زيرسازی سطح و ۵ درصد باقيمانده به نوع پوشش وروش کاربرد آن مربوط می شود[ ] .