اثر زنگ زدگی روی بتن

بتن زنگ زده در واقع بتنی ست که میلگردهای درون آن  تحت تاثیر عواملی دچار زنگ زدگی  و خوردگی شده اند. این میلگردها در اثر زنگ زدگی منبسط میشوند و به بتن فشار وارد می کنند و استحکام و پایداری آن را تحت تاثیر قرار می دهند. برای پیشگیری از زنگ زدگی بتن چه راه حل هایی وجود دارد؟

 بتن بر خلاف مقاومت فشاری بالا، مقاومت کششی و خمشی کمی دارد و برای رفع این مشکل، میلگردهایی در جهت طولی و عرضی درون بتن تعبیه می شود که میلگردهای طولی، مقاومت کششی و میلگردهای عرضی، مقاومت خمشی و برشی بتن را بهبود می بخشند. بتن مسلح با آرماتور از جمله مصالح پرکاربرد کامپوزیتی است که در ساختمان سازی، راهسازی و صنایع کوچک و بزرگ استفاده می شود.

در مناطق مجاور دریا ها و اقیانوس ها به علت رطوبت بالا، احتمال زنگ زدگی میلگردها بیشتر است و این امر به مرور سبب متلاشی شدن بتن از درون می شود و یکپارچگی و زیبایی بتن را از بین می برد. در این مطلب از بتن کاور می خواهیم به دلایل زنگ زدگی بتن و راه حل هایی برای برطرف کردن آن بپردازیم.

زنگ زدگی میلگرد در بتن چیست؟

زنگ زدگی یا اکسیداسیون زمانی اتفاق می افتد که آهن یا آلیاژهایی که در ترکیبشان آهن وجود دارد در مجاورت اکسیژن هوا و رطوبت قرار می گیرند و در طی چند واکنش شیمیایی اکسید قرمز رنگی روی سطح به وجود آید. در فلزات دیگر هم اکسیداسیون رخ میدهد ولی زنگ در سطح ایجاد نمی شود و خوردگی در آنها اتفاق می افتد و میتوان گفت که زنگ زدگی نوعی خوردگی است.

میلگرد ها جز مقاطع فولادی هستند که از آهن در ساخت آنها استفاده شده و همچنین به دلیل استفاده از فولاد ساده ی کربنی در ترکیب آنها ، مستعد زنگ خوردگی هستند . زنگ زدگی میلگرد ها  در بتن یکی از مسائلی ست که مهندسان ساخت و ساز همواره با آن مواجه اند.این پدیده در اثر یک نوع واکنش الکتروشیمیایی اتفاق می افتد که در آن الکترودهای مثبت و منفی در سطح میلگرد ایجاد شده و جریان یون در میان این الکترودها بوجود می آید و منجر به زنگ زدگی میلگرد میشود.

اگر از عنصر کروم به فولاد اضافه شود میزان مقاومت آن در برابر  خوردگی افزایش مییابد و دسته ای از فولادها که مقدار 5/1 درصد کروم دارند به عنوان فولاد ضد زنگ شناخته میشوند که استفاده از این نوع فولاد در ساخت میلگرد میزان زنگ زدگی را به طرز چشمگیری کاهش میدهد.   

میزان مجاز زنگ زدگی میلگرد

 با اینکه زنگ زدگی نکته منفی برای میلگرد به شمار می آید اما تحت شرایط زیر میتوان از آن استفاده کرد :

اگر میزان زنگ زدگی سطحی و جزئی باشد پس از انجام پاکسازی و زنگ زدایی می توان  از آنها در بتن استفاده کرد و طبق استانداردها اگر میانگین PH بتن ، 8/12  باشد نشان دهنده این است که بتن واکنش قلیایی دارد و مییتوان از این  میلگرد استفاده کرد و خوردگی در بتن ادامه پیدا نمی کند.

درمورد آرماتوهای خورده شده نیز اگر میزان خوردگی حدودا در 1 درصد حجم فولاد اتفاق افتاده باشد، استفاده از آن در بتن بلا مانع است و آرماتور زنگ زده اثر مفی در میزان چسبندگی بین بتن و فولاد ندارد.

اما اگر خوردگی میلگردها به اندازه ای باشد که سطح قطع آنها را تحت تاثیر قرار دهد قطر اسمی میلگرددر اثر خوردگی کاهش یافته باشد ( میتوان با وزن کردن میلگردها متوجه این موضوع شد) ، استفاده از آنها قبل از انجام آزمایشات و کنترل های ویژه ، ممنوع است و در صورت استفاده المان های بتنی دچار اسیب ددگی می شوند.

روش های زنگ زدایی میلگرد

در انجام زنگ زدایی دو فاکتور نوع زنگ زدگی و درجه خوردگی میلگرد مهم استو اگر میزان خوردگی زیاد باشد ، زنگ زدایی زمان و هزینه ی بیشتری میطلبد. به این منظور میتوان از روش های زیر استفاده کرد :

1. پاکسازی با استفاده از برس سیمی
2. استفاده از واتر جت
3. به کار گیری پاک کننده های شیمیایی
4. استفاده از سند بلاست (ماسه پاشی)

زنگ زدگی میلگرد در بتن و عوامل تاثیرگذار

همانطور که گفتیم  میلگرد به طور طبیعی مستعد زنگ زدگی است اما وقتی در بتن استفاده شود، خود بتن به دو شکل زیر از میلگرد در برابر خوردگی محافظت میکند :

1. محافظت فیزیکی : این محافظ، پوشش بتنی روی میلگردهاست که باعث عدم نفوذ ویا تاخیر در نفوذ عوامل خوردگی مانند اب ، دی اکسید کربن و کلرید آزاد میشود.
2. محافظت شیمیایی : این محافظ محیط بازی ( قلیایی ) بتن است. بالا بودن PH بتن معمولی باعث ایجاد یک لایه اکسید نازک روی میلگرد میشود و از آن محافظت میکند.

گاهی دو عامل ذکر شده در بالا برای محافظت کافی نیستند و شرایطی بوجود می اید که میلگردهای  درون بتن شروع به خودگی می کنند.

یکی از مهم ترین عوامل خوردگی میلگرد، نمک است که اگر سازه در مجاورت محیط های دریایی باشد و یا در صورت استفاده از نمک برای یخ زدایی جاده ها در زمستان، یون های کلرید نمک به داخل بتن نفوذ میکنند و باعث خوردگی میلگردها می شود. برای دیگر عوامل میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

• زمانیکه خمیر سیمان در هنگام بتن ریزی اطراف میلگردها را کاملا پر نکند و لایه محافظ تشکیل نشود.
• اگر در زمان اجرا بین میلگرد و بتن فاصله ایجاد شود و یا ترک عمیقی  بوجود آید که تا امتداد میلگرد ادامه پیدا کند.
• در صورتیکه لایه ی محافظ با نفوذ عوامل اسیدی از بین برود
• کربناته شدن سیمان در اثر نفوذ کربن دی اکسید که باعث می شود محیط قلیایی اطراف میلگرد از بین برود و فولاد خورده شود.
• محیط بتن متفاوت باشد یعنی قسمتی از آن در معرض رطوبت و قسمتی در معرض خشک شدگی و ترشدگی.
• غلظت نمک های نفوذ یافته به بتن متغیر باشد.
• پوشش روی میلگردها ضخامت قابل ملاحظه ای نداشته باشد.
• زمانیکه  هنگام بهره بهره برداری ، آب بندی مناسب انجام نشده باشد و آب به راحتی به بتن نفوذ کند باعث زنگ زدگی بتن شود.

نکته : وقتی که خوردگی آغاز میشود ، شدت آسیب و سن تخریب بتن به عواملی نظیر  نفوذپذیری بتن ، کم بودن پوشش وضخامت روی میلگردها و وجود درز در پوشش بتن روی میلگرد بستگی دارد.

نکته : اگر رطوبت نسبی بتن 60 درصد باشد ، معمولا خوردگی رخ نمیدهد و مناسبترین حالت برای خوردگی رطوبت 70 تا 80 درصد است.

همانطور که در بالا اشاره کردیم نبود کاور مناسب روی میلگرد ، یکی از مهمترین عوامل خوردگی ان است و میلگرد را در معرض عوامل مخرب قرار میدهد که این عوامل منشا فیزیکی، شیمیایی و حرارتی دارند و مهم ترین منشا آنها منشا شیمیایی ست. در جدول زیر این عوامل و اثرات آنها را شرج داده ایم:

انواع خوردگی میلگرد در بتن

1. خوردگی شیاری : زمانی که یک سری محلولها به بتن نفوذ کند و در آن محبوس شوند، از آنجا که اکسیزن در محلولهای راکد حلالیت کمی دارد این محلول خالی از اکسیژن باقی می ماند و کم بودن میزان اکسیژن در شیار باعث ایجاد لایه ی آندی در سطح فلز می شود همچنین سطح فلزی در اثرتماس با رطوبت هوای محبوس شده  یک کاتد تولید میکند و در اثر تشکیل آند و کاتد ، خوردگی رخ میدهدخوردگی شیاری شایع ترین نوع خوردگی است و راه مقابله با آن ، دور نگه اشتن اب از مفاصل و فضاهای تنگ می باشد.
2. خوردگی حفره ای : نوعی خوردگی موضعی به شکل ایجاد سوراخ در میلگرد است و زمانی رخ می دهد که به قسمتی از سطح اکسیژن نرسد در این حالن قسمت بدون اکسیژن مانند آند  و قسمت اکسیژن دار مانند کاتد عمل میکند. خوردگی حفره ای به دلیل دشوار بودن تشخیص آن خطرناک تر از نوع شیاری است.

چگونه از زنگ زدگی میلگرد در بتن جلوگیری کنیم؟

استفاده از پوشش های محافظ ، بهترین راه برای پیشگیری از خوردگی میلگرد و پدیده است. این پوشش ها عبارتند از :

1. گالوانیزه گرم
2. پوشش اپوکسی پیوندی فیوژن
3. روکش فولاد ضد زنگ

طبق آیین نامه ها، شرایطی برای نگهداری میلگردها قبل از استفاده وجود دارد که در آن باید میلگردها در مکان های خشک تمیز نگهداری شوند که  تا حد امکان در معرض کم ترین رطوبت قرار بگیرند تا زنگ زده و پوسته پوسته نشوند وهمچنین از آغشته شدن سطح آنها به موادی مانند گل و روغن و .. که در چسبندگی میلگرد به بتن تاثیر می گذارند جلوگیری به عمل آید ، توصیه میشود که میلگردها در انبارهای مسقف و روی پایه های چوبی نگهداری شوند تا از رطوبت در امان بمانند .رنگ آمیزی میلگردها نیز میتواند از تا حدودی از خوردگی جلوگیری کند و یا آن را به تاخیر بیندازد.

نشانه های بتن زنگ زده

• ترک خوردگی و پوسته پوسته شدن بتن
• وجود نشتی در سقف های بتنی
• وجود لکه های زنگ زدگی درون بتن
• وجود حباب های متعدد در سطح بتن

روش های ترمیم بتن زنگ زده

برای ترمیم بتن زنگ زده روش های مختلفی وجود دارد. استفاده از پلیمر اصلاح شده، درمان الکتروشیمیایی، تعویض مناطق خراب شده و آب بندی ناحیه بتنی 4 روش متداول برای رفع زنگ زدگی بتن است. در ادامه به معرفی هر یک از این روش ها می پردازیم.

1. استفاده از پلیمر اصلاح شده : در حالتی که سیمان بتن کربناته شده و یا پوشش روی میلگردها ضخامت کافی را نداشته باشد میتوان از موادی حاوی پلیمر اصلاح شده استفاده کرد. در این روش ابتدا کل سطح خراب شده برداشته می شود و میلگردها تمیز شده و به مواد حاوی پلیمر آغشته می شوند و سپس سطح مجددا با بتن پر می شودو در صورت تشخیص کارشناس می توان از پوشش ضد کربناسیون استفاده کرد.
2. درمان الکتروشیمیایی : این روش بر مبنای محافظت کاتدی برای ترمیم بتن زنگ زده در مناطق با رطوبت بالا و سازه های خاص دریایی کاربرد دارد.
3. تعویض مناطق خراب شده : در این روش قسمت هایی از بتن که کارایی مناسب را ندارند و تکه تکه شده اند برداشته شده و در صورت نیاز آرماتورها تعویض می شوند سپس محل با بتن ترمیم میشود.
4. آب بندی ناحیه بتنی : یکی از بهترین و موثر ترین روشهای درمان بتن زنگ زده است  به شکلی که پس از رفع آلودگی های بتن حفر شده و پر کردن مجدد ، از مواد ضد آب استفاده میشود تا رطوبت و مواد خورنده به میلگردها نرسد.

نتیجه گیری

در این مطلب از بتن کاور ابتدا به بررسی دلایل زنگ زدگی بتن پرداختیم. سپس روش های ترمیم بتن زنگ زده را توضیح دادیم. استفاده از پلیمر اصلاح شده، درمان الکتروشیمیایی، تعویض مناطق خراب شده و آب بندی ناحیه بتنی 4 روش متداول برای رفع زنگ زدگی بتن است.