عوامل زنگ زدگی میلگرد و شرایط استفاده از میلگرد زنگ زده

<p dir="rtl"><img class="content-image" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" title="rust rebar .jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1661772971951-rust%20rebar%202.jpg" alt="زنگ میلگرد به صورت لکه های قهوای مایل به قرمز و یا نارنجی بر سطح میلگرد تشکیل می شود."></p> <p dir="rtl" style="text-align: center;">تصویر شماره 1: زنگ زدگی میلگرد</p> <h2 dir="rtl">10 عامل زنگ زدگی میلگرد + روش های جلوگیری</h2> <p dir="rtl">زنگ زدگی میلگرد از عوامل شایع در سازه های بتنی است که ایمنی سازه را به خطر می اندازد. وقتی میلگرد زنگ می زند یک لایه از نمک (کلرید یون) روی سطح میلگرد پوشیده می شود و به داخل آن نفوذ می کند. در نهایت، پوسته قهوه ای یا نارنجی رنگ روی آن پدید می آید. مهمترین عامل زنگ زدگی، اکسیده شدن است. درست است که میلگرد فولادی بوده و مقاومت زیادی دارد ولی اگر به هر دلیلی در معرض رطوبت مستمر قرار گیرد، دچار زنگ زدگی می شود. ولی عوامل دیگری هم باعث می شود تا میلگرد زنگ بزند که در ادامه توضیح می دهیم.</p> <ol> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">کربناته شدن بتن</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">یکی از عوامل اصلی خوردگی میلگرد کربن دار شدن بتن یا کربناته شدن است که سطح قلیایی آن را پایین می آورد. بتن به طور طبیعی یک محیط بسیار قلیایی با pH حدود 13 دارد که باعث تشکیل یک لایه نازک اکسید غیر فعال بر روی سطح میلگرد می شود. این لایه غیرفعال از خوردگی جلوگیری می کند.</p> <p dir="rtl">با گذشت زمان، دی اکسید کربن اتمسفر می تواند به داخل بتن پخش شود و با مواد هیدراسیون قلیایی در خمیر سیمان واکنش نشان می دهد. این فرآیند کربناته کردن pH را کاهش می دهد، لایه غیرفعال را از بین می برد. در نتیجه، زمانی که رطوبت و اکسیژن وجود داشته باشد، خوردگی رخ دهد. هرچه دی اکسید کربن اتمسفر بیشتر باشد، عمل کربناته شدن سریع تر خواهد شد.</p> <ol start="2"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">کلریده شدن یا اضافه شدن نمک</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">یون های کلرید، به ویژه نمک های یخ زدایی و آب دریا، یکی از عوامل اصلی زنگ زدگی میلگرد هستند. برخلاف فرآیند کربناته شدن بتن، کلریدها می توانند لایه اکسید غیر فعال روی سطح میلگرد را حتی زمانی که بتن هنوز قلیائیت بالایی دارد، تجزیه کند.</p> <p dir="rtl">یون های کلرید لایه غیرفعال را در یک ناحیه از بین می برند و باعث ایجاد خوردگی حفره ای می شوند. در نتیجه سطح هموار و محافظ فولاد از بین می رود.&nbsp; جالب است بدانید که حتی مقادیر کمی کلرید (0.2 تا 0.6 درصد) می تواند در میلگرد زنگ زدگی ایجاد کند.</p> <ol start="3"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">ترک خوردگی بتن</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">ترک های بتن، راه را برای ورود اکسیژن، رطوبت و کلریدها به مغز میلگرد باز می کند&nbsp; و روکش غیر فعال (Passive film) میلگرد را می شکند.&nbsp; ترک ها به خاطر عواملی مانند انقباض پلاستیک، نشست، ضربه های مکانیکی، چرخه های هوازدگی و تنش های اعمال شده، بوجود می آیند. ترک های بزرگ (بیشتر از 0.3 میلی متر) زنگ زدگی بیشتری به همراه دارند.</p> <ol start="4"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">کیفیت پایین بتن</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">بتن بی کیفیت به راحتی فرصتی را برای ورود دی اکسید کربن، اکسیژن، آب و کلریدها&nbsp; فراهم می کند. عواملی مانند نسبت آب به سیمان بالا، تراکم بتن، مقاومت کم و سخت شدن در حین ساخت، نفوذپذیری بتن را افزایش می دهد.</p> <ol start="5"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">تخلخل بالا در سطح مشترک فولاد- بتن</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">وقتی در سطح مشترک بین فولاد و بتن، تخلخل یا منفذ ایجاد می شود، فرایند زنگ زدگی پدید می آید. ایجاد لرزش در طول ساخت و ساز هم منجر به ایجاد حفره و ریز ترک (Microcrack) در سطح مشترک می شود. سپس، خوردگی از همین ناحیه شروع شده و به بیرون گسترش می یابد.</p> <ol start="6"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">پوشش بتنی نامناسب</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">پوشش بتنی ناکافی روی میلگرد نمی تواند محیط قلیایی لازم در برابر نفوذ کربنات و کلرید را فراهم کند. آیین نامه های بین المللی معمولاً عمق پوشش را مشخص می کنند. به عنوان مثال، پوشش های بتنی 50-75 میلی متری برای سازه های دریایی توصیه می شود.</p> <ol start="7"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">جریان های سرگردان</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">جریان&zwnj;های سرگردان از منابعی مانند سیستم&zwnj;های راه&zwnj;آهن، حفاظت کاتدی و جوشکاری می&zwnj; توانند وارد میلگرد شده و به روکش غیر فعال آسیب برسانند و باعث خوردگی در ناحیه آندی شوند. جریان های سرگردان به جریان های الکترولیتی گفته می شود که از فلزهای هادی بدست می آیند. خوردگی در جایی متمرکز شده و جریان از میلگرد خارج می شود.</p> <ol start="8"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">زنگ زدگی ناشی از میکروب</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">جالب است ولی بعضی میکروارگانیسم ها مانند باکتری ها می توانند با تبدیل ترکیبات گوگرد بتن به سولفید هیدروژن در خوردگی میلگرد نقش داشته باشند. سولفیدها لایه غیرفعال را از بین می برند و باعث خوردگی حفره ایمنی می شوند.&nbsp;</p> <ol start="9"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">مواد شیمیایی مانند اسیدها، نمک های آمونیوم و کلرید منیزیم به لایه غیرفعال روی میلگردها آسیب رسانده و باعث ایجاد خوردگی شوند. حتی اسیدهای ضعیف با pH 5 می توانند فیلم را تجزیه کنند. یخ زداها از عوامل مهم در زنگ زدگی میلگرد به شمار می روند.</p> <ol start="10"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">مقاومت کششی پایین بتن</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">هر چه مقاومت کششی بتن کمتر باشد، احتمال زنگ زدگی میلگرد را بیشتر می کند. در صورتیکه بتن نتواند به اندازه کافی با میلگرد کش بیاید،&nbsp; بین آجها حفره&nbsp; بوجود می آید و مسیر ورود هوا و رطوبت را هموار می کند.</p> <h2 dir="rtl">روش های جلوگیری از زنگ زدگی میلگرد</h2> <p dir="rtl">راه های زیادی برای اینکه میلگرد زنگ نزند وجود دارد که هزینه بر می باشد. به عنوان مثال می توانید از پوشش های گالوانیزه یا اپوکسی استفاده کنید. تمامی روش ها حاصل تحقیقات انجام شده روی خوردگی و زنگ زدگی می باشند که برخی از آنها عبارتند از:</p> <h3 dir="rtl">رعایت نسبت آب به سیمان</h3> <p dir="rtl">رعایت نسبت آب به سیمان در طرح های اختلاط باعث بالا رفتن کیفیت بتن می شود. نسبت آب به سیمان اگر کم باشد، امکان نفوذ آب به بتن بیشتر می شود. این کار از ورود یون های CO2، O2، H2O و کلرید جلوگیری می کند.</p> <h3 dir="rtl">افزودن نیتریت یا بازدارنده های آمینی</h3> <p dir="rtl">از مواد افزودنی مانند نیتریت یا بازدارنده های آمینی می توان برای جلوگیری از خوردگی در مخلوط بتن می توان استفاده کرد. کاری که این مواد می کنند، رفتار قطبی شدن کاتدی و آندی شدن را بهبود می بخشند؛ یعنی حرکت یون های سطح فولاد را کاهش می دهند و مقاومت آن را دو چندان می کنند.</p> <h3 dir="rtl">اعمال پوشش اپوکسی</h3> <p dir="rtl">&nbsp;قبل از بتن ریزی می توان با استفاده از پوشش های ضد زنگ مانند پوشش های اپوکسی از زنگ زدگی میلگرد جلوگیری کرد. این کار از تماس بین منافذ فولاد و بتن جلوگیری می کند.&nbsp;</p> <h3 dir="rtl">استفاده از میلگردهای ضد زنگ یا گالوانیزه</h3> <p dir="rtl">برای جلوگیری از زنگ زدگی میلگرد می توان به جای استفاده از میلگردهای فولادی کربنی از میلگردهای گالوانیزه استفاده کرد. این روش هزینه های ساخت و ساز را بالا می برد ولی در عوض نمی گذارد آرماتور زنگ بزند.</p> <h3 dir="rtl">کاهش استفاده از یخ زدا</h3> <p dir="rtl">برخی از عملیات مانند روسازی بتنی جاده ها با میلگرد انجام می پذیرد. با گذشت زمان اگر روی سطح جاده بیش از حد یخ زدا ریخته شود، امکان ورود یون ها به سطح میلگرد را بیشتر می کند.</p> <p dir="rtl">علاوه بر موارد بالا، ترکیبات شیمیایی میلگرد نیز از حساسیت بالایی برخوردار هستند. میزان بالای کربن و گوگرد و همچنین ناخالصی های موجود در ترکیبات آرماتور، احتمال خوردگی در بتن را افزایش می دهند. استفاده از فولادهایی مانند ASTM A615 برای تولید میلگرد مقاومت آن را در برابر خوردگی بیشتر می کند.</p> <h2 dir="rtl">انواع زنگ زدگی</h2> <p dir="rtl">زنگ زدگی بر اساس محلی که رخ می دهد به چندین گروه دسته بندی می شود.</p> <h3 dir="rtl">زنگ زدگی یکنواخت</h3> <p dir="rtl">رایج ترین شکل زنگ زدگی میلگرد است. در این حالت ابتدا سطح آرماتور به آرامی با شکسته شدن لایه غیر فعال شروع به خوردگی می کند. نتیجه آن، کاهش سطح مقطع آرماتور می شود و در اثر کربناته شدن، اسیدها بتن را می خورند.</p> <h3 dir="rtl">خوردگی حفره ای</h3> <p dir="rtl">اتفاقی که در این نوع زنگ زدن میلگرد رخ می دهد، تشکیل حفره های کوچک روی سطح فولاد است. این عمل بیشتر در اثر نفوذ یون های کلرید به بتن ایجاد می شود. با رشد حفره ها، پوشش بتنی ممکن است از هم گسیخته شود&nbsp; و فولاد در معرض خوردگی قرار گیرد.</p> <h3 dir="rtl">خوردگی شیاری یا ( crevice corrosion )</h3> <p dir="rtl">خوردگی شیاری زمانی رخ می دهد که فضاهای باریک بین میلگرد و بتن اطراف رخ می دهد و&nbsp; اغلب در اتصالات پوششی مانند وصله های میلگرد شایع است. این شیار به راحتی مسیر ورود&nbsp; اکسیژن به میلگرد را باز کرده و در دراز مدت سبب می شود میلگرد زنگ بزند.</p> <p dir="rtl">بد نیست برای اطلاعات بیشتر درباره وصله، مقاله" وصله میلگرد آجدار در بتن" را بخوانید.</p> <h3 dir="rtl">خوردگی گالوانیکی</h3> <p dir="rtl">هنگامی که دو فلز با پتانسیل های مختلف مانند میلگرد فولادی و پوشش روی در بتن در تماس باشند، خوردگی گالوانیکی رخ می دهد. فلز روی فعال تر بود و&nbsp; ترجیحاً خورده می شود. خوردگی گالوانیکی در واقع نوعی خوردگی الکتروشیمیایی است که در مقیاس اتمی اتفاق می افتد. به این صورت که یکی از فلزها آندی می شود سریع تر خورده می شود و فلز دیگر تبدیل به کاتُد می شود آرام تر زنگ می زند.</p> <h3 dir="rtl">خوردگی دو هوایی&nbsp;</h3> <p dir="rtl">رسوبات سست خاک، آلودگی یا عوامل خوردگی روی سطح میلگرد می تواند رطوبت را جمع کند و سلول های هوادهی ایجاد کند و باعث خوردگی موضعی شدید در زیر رسوبات شود. سلول های دو هوایی به تراکم سلول های اکسیژن گفته می شود که در دو منقطه جداگانه حل می شوند مثلا خاک و فولاد. در اثر تجمع کلرید در زیر رسوبات، زنگ زدگی تشدید خواهد شد و میلگرد شروع به خوردگی می کند.&nbsp;</p> <h3 dir="rtl">خوردگی گرافیتی</h3> <p dir="rtl">این خوردگی در اثر حضور کربن در سطح میلگرد پدید می آید که&nbsp; بین فازهای کربن گرافیتی و آهن در اتم های فولاد اتفاق می افتد.&nbsp;</p> <h3 dir="rtl">خوردگی آلیاژ زدایی</h3> <p dir="rtl">حذف عناصر آلیاژی نجیب در میلگرد های استیل توسط کلریدها منجر به خوردگی آلیاژ زدایی می شود. این خوردگی بیشتر در مورد آلیاژهای روی، مسی و منگنز شایع می باشد.</p> <h2 dir="rtl">استانداردهای زنگ زدگی میلگرد</h2> <p dir="rtl">در دنیا استانداردهایی مانند ASTM A7667 و ACI 301 آمریکا منتشر شده اند که دستورالعمل های لازم مربوط به جلوگیری از زنگ زدگی میلگرد را ارائه کرده اند. استانداردهای دیگری هم وجود دارند که می توان به موارد زیر اشاره کرد:</p> <ol> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">آیین نامه بتن ایران</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">در آیین نامه بتن ایران یا آبا آمده است که برای جلوگیری از زنگ زدگی میلگرد فولادی باید آنها را در محلول های تمیز و به دور از رطوبت نگهداری نمود. همچنین، میلگرد را نباید در معرض آلودگی های زیان آور مانند روغن و یا گل قرار داد. گذشته از آن، اگر آرماتور دچار زنگ زدگی عمیق نشده باشد می توان از آن در بتن استفاده کرد.</p> <ol start="2"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">ASTM A934/A934M&nbsp;</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">&nbsp;استانداردی است که برای میلگردهای با پوشش اپوکسی تنظیم شده است. در این راهنما، دستورالعمل هایی نیز برای مقاومت میلگرد در برابر خوردگی، ابعاد و تُلرانس نیز آمده است.&nbsp;</p> <ol start="3"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">آیین نامه ACI 318</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">این آیین نامه توسط موسسه بتن آمریکا (ACI) منتشر شده است و به عنوان مرجعی کاربردی&nbsp; برای طراحی و ساخت سازه های بتنی به شمار می رود. همچنین در این آیین نامه مقرراتی برای ضخامت پوشش بتن، جزئیات آرماتور، و راهکارهای جلوگیری از خوردگی تدوین شده است.</p> <ol start="4"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">ISO 92234</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">برای خوردگی فلزات و آلیاژها طراحی شده و&nbsp; محیط ها&nbsp; را بر اساس خورندگی طبقه بندی می کند. بنابراین، مهندسان می توانند از این استاندارد برای جلوگیری از خوردگی آرماتور در مکان های خاص استفاده کنند.&nbsp;</p> <h3 dir="rtl">5. BS 8666</h3> <p dir="rtl">استاندارد بریتانیایی BS 8666 است که دستورالعمل هایی را برای ابعاد، خمش و برش آرماتورهای فولادی در سازه های بتنی ارائه می دهد. علاوه بر این، جزئیات مربوط به جلوگیری از زنگ زدگی در این راهنما آمده است.</p> <h3 dir="rtl">6. EN 10080</h3> <p dir="rtl">ترکیبات شیمیایی، مشخصات مکانیکی و&nbsp; شرایط تسلیح فولاد را مشخص می کند.&nbsp;</p> <h3 dir="rtl">7. CRSI (مؤسسه فولاد بتن مسلح)&nbsp;</h3> <p dir="rtl">مجموعه ای از استانداردها و دستورالعمل ها و دستورالعمل ها از جمله حفاظت در برابر خوردگی را ارائه می دهد. این استاندارد به عنوان راهنمایی عملی برای استفاده از آرماتورهای فولادی در ساخت و ساز بتن به کار می رود.</p> <p dir="rtl">کلام آخر</p> <p dir="rtl">به غیر از رطوبت، عوامل دیگری مانند ترک خوردن بتن، کربناته شدن، کلریده شدن و حتی مقاومت کششی باعث می شود تا میلگرد زنگ بزند. با استفاده از روش هایی مانند ایجاد پوشش، استفاده از روکش های اپوکسی و گالوانیزه می توان از این اتفاق جلوگیری کرد. با این حال، برخی از روش ها مانند گالوانیزه کردن هزینه های زیادی دارد.&nbsp;</p> <p dir="rtl"><img class="content-image" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" title="علل زنگ زدگی میلگرد" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1608732913190.jpg" alt="فرآیند شیمیایی زنگ زدگی میلگرد"></p> <p dir="rtl" style="text-align: center;">تصویر شماره 2 - علل زنگ زدگی میلگرد</p> <p dir="rtl">&nbsp;</p>