خالصه :

شرايط مهاجم محيط های دريايی به علت حمله يون های کلريد سبب خوردگی آرماتورها می شود که اين امر خرابی های بسياری را به دنبال دارد.در اين تحقيق، يک روش آماری برای تخمين عمر مفيد سازه استفاده شده و نتايج آن با يک مطالعه موردی مقايسه گرديده است. از آنجايی که هريک از عوامل تاثير گذار بر طول عمر سازه تابع متغيرهای تصادفی می باشند، روش مونت کارلو برای پيش بينی زمان شروع خوردگی مورد استفاده قرار گرفته است. بر اساس قانون فيک ( ( Fick زمان شروع خوردگی تابعی از کلريد سطحی،کلريد بحرانی،ضخامت پوشش بتن و ضريب انتشار پذيری است که به ترتيب دارای توريع نرمال، مثلثی، نرمال و نرمال می باشند،. نتايج شبيه سازی مطابق با شرايط واقعی سازه و توام با يک ضريب اطمينان قابل قبول بود.

کلمات کليدی : سازه های بتنی ، خوردگی ، دوام ، روش مونت کارلو ) ) Monte carlo

ABSTRACT

Corrosion of reinforcement due to chloride ions attack causes enormous damages to structures in severe condition of marine environments. Since each influencing factor in the life time of the structure is subject to random variability and inherent uncertainties, a stochastic approach is utilized to predict the time for initiation of the corrosion. Based on Fick’s law, time for corrosion is a function of surface chloride, critical chloride, concrete cover thickness, and diffusion

coefficient which follow normal, triangular, normal, and normal distributions, respectively.

Keywords: Concrete Structure, Corrosion, Durability, Monte Carlo Method, Stochastic

۱

-۵مقدمه

بتن پرمصرف ترين مصالح ساختمانی ای است که تا کنون مورد استفاده قرار گرفته است. با وجود اين که بتن يک نوع مصالح ساختمانی قابل اطمينان و با دوام مناسب می باشد، چنانچه در معرض محيط های مخرب همانند مناطق دريايی قرار گيرد، اين امر موجب آسيب پذيری آن خواهد شد.]۵-۶[ خوردگی آرماتور بر بسياری از سازه های بتنی، حتی آنهايی که به تازگی احداث شده اند صدمات جدی وارد ساخته و آنها را متحمل هزينه های گزافی جهت مرمت و مسائل مرتبط با آن ساخته است ۳-۸[،.]۱

خوردگی آرماتورها در سازه های بتنی ای که در شرايط محيطی مناسب قرار دارند تنها زمانی رخ می دهد که بتن اطراف آرماتورها دست خوش تغييراتی قرار گيرد. اين تغييرات ممکن است فيزيکی باشد از قبيل: ترک خوردگی، گسيختگی و يا قرار گرفتن آرماتورها بدون هيچ گونه محافظی در معرض هوا.

دليل اصلی صدمات وارده بر سازه های بتنی موجود در مناطق دريايی و برخی ديگر محيط ها، خوردگی آرماتورها می باشد که بر اثر حمله يون های کلريد اتفاق می افتد۳[،.]۵ صدمات ناشی از خوردگی در اين گونه سازه ها اغلب به صورت لکه های زنگ و ترک خوردگی و اليه اليه شدن سطح بتن نمايان می گردد که علت آن تشکيل محصوالت ناشی از خوردگی در داخل فضای خلل و فرج بتن می باشد.]۵۱[ يون کلريد از طريق زايل کردن اليه محافظ ميلگردها منجر به خوردگی وکاهش سطح مقطع آن می شود و به نوبه خود موجب آن می شود که سازه ها عمر مفيد خود را اغلب خيلی زودتر از آنچه برايشان طراحی شده از دست بدهند.۵۵[،]۳

خوردگی آرماتورها تنها زمانی آغاز می شود که مقدار کلريد در سطح فوالد به يک حد آستانه مشخص برسد. در واقع،چنين مقداری را مقدار کلريد بحرانی می نامند .]۵۲[

پيش بينی عمر مفيد سازه ) زمان شروع خوردگی (، اوال برای طراحان اين امکان را فراهم می آورد که زمان اولين مرمت و اصالحات متعاقب آن پيش بينی نمايند و ثانيا اين امر مقايسه روش های مختلف ترميم و انتخاب مناسب ترين روش را بسيار تسهيل خواهد نمود.

در اين تحقيق با استفاده از يک روش آماری ) ) stochastic اقدام به مدلسازی عمر مفيد سازه های بتنی شده است. علت در نظر گرفته شدن ماهيت تصادفی داده های مدل اين بوده است که هر يک از عوامل مورد نظر خود تابع متغير های تصادفی ديگری می باشند.

در تحقيق حاضر، جهت مدلسازی نفوذ کلريد، از برخی از اطالعات منتشر شده از خليج فارس استفاده شده است.

-۲تعيين صورت مساله :

-۵-۲ روش کار

معادله ۵ طول عمر کلی سازه های بتنی )ts( را نشان می دهد :

ts = ti +tp (Eq. 1)

که در آن ti نشان گر مدت زمانی است که طی آن يک مقدار کلريد کافی می تواند در سطح ميلگرد متمرکز شود و tp مدت زمانی است که طی آن خوردگی ميلگرد به يک شرايط بحرانی می رسد. در اين تحقيق فرض بر آن است که بتن کامال اشباع شده است و انتشار )diffusion(، مکانيزم اصلی نفوذ کلريد به داخل بتن باشد. بنابراين مقدار i صرفا وابسته به نفود يون کلريد به داخل بتن می باشد و قانون فيک می تواند مقدار کلريد را در سطح آرماتور برآورد نمايد. زمان شروع خوردگی در ميلگرد به طور عمده تحت تاثير عواملی چون : ضرايب انتشار، ضخامت پوشش بتن، غلظت کلريد سطحی و غلظت کلريد بحرانی در سطح ميلگرد می باشد. چنين متغير هايی به طور کلی تصادفی هستند، در حالی که صدمات ناشی از خوردگی تا حد زيادی وابسته به عوامل محيطی می باشند.

۲

بنابراين طول عمر به مجموعه ای از چند پارامتر وابسته است.

فرايند فرسايش که در آن آرماتورها مکررا خورده می شوند، عملی است پيچيده که تا حد زيادی به عوامل محيطی وخارجی همچون دما و رطوبت وابسته می باشد. اگرچه Tp عمدتا بين ۴ تا ۶ سال در نظر گرفته می شود اما چنين مدت زمانی در مقابل با زمان نسبتا طوالنی مورد نياز برای شروع خوردگی قابل چشم پوشی می باشد. در ادامه مدل رياضی که در بر گيرنده ماهيت راندوم پارامتر های مختلف است معرفی می شود.

از آنجايی که استفاده توام از افزودنی های معدنی اثر به سزايی در افزايش طول عمر سازه دارد، دو نمونه سيمان )همراه با افزودنی های معدنی و فاقد افزودنی های معدنی ( در نظر گرفته شده است. شايان ذکر است که ضريب انتشار کلر بسته به نوع قرارگيری در شرايط متفاوت دريايی مقدار متفاوتی خواهد داشت. شکل ۵ شرايط متفاوتی ) اتمسفری، پاششی، جزر و مدی و غوطه وری (را نشان می دهد که سازه در معرض آنها قرار گرفته است. در بين شرايط نشان داده شده، حالت جزر و مدی و پاششی به عنوان آسيب رسان ترين شرايط بر حسب دوام معرفی شده اند در حالی که شرايط اتمسفری به سبب نفوذ کمتر يون های کلريد دارای اثر تخريبی کمتری می باشد .]۵۱[