فولاد ماده ای مستحکم و انعطاف‌پذیر است که به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود در تمام صنایع به ویژه ساختمان سازی جایگاه ویژه ای دارد. تقریبا به هر سو که نگاه کنیم آثار و نشانه هایی از این آلیاژ ارزشمند را خواهیم دید. اما فولاد معایبی نیز دارد. عمده نقص آن آسیب پذیر بودن در برابر عوامل محیطی و وقوع خوردگی است. میلگرد می تواند در مجاورت رطوبت و اکسیژن دچار زنگ زدگی و خوردگی شود. این خوردگی هم در فضای آزاد و هم زیر خاک یا داخل بتن می تواند اتفاق بیفتد.
یکی از پر مصرف ترین مقاطع فولادی میلگرد است. عمده کاربرد میلگرد نیز به منظور مسلح کردن بتن و افزایش استحکام کششی آن می باشد. از همین رو تاثیر بتن بر فولاد و نقش آن در خوردگی میلگرد از جمله مباحثی ست که بسیار مورد توجه مهندسان قرار دارد. خوردگی فولاد در بتن یکی از چالش های عمده ی کشورهاست چرا که سالانه باید میلیون ها دلار به منظور نگهداری و یا ترمیم فولادهای خورده شده در سازه های بتنی هزینه کرد.
با توجه به هزینه های خوردگی فولاد در بتن، به نظر می رسد پیشگیری بهتر از درمان خواهد بود. در این مقاله ما به بررسی مکانیزم خوردگی فولاد در بتن خواهیم پرداخت. ضمن اینکه راهکارهایی به منظور کاهش خوردگی فولاد در بتن ارائه خواهد شد.
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
خوردگی فولاد بر بتن
خوردگی فولاد در هر محیطی که رخ دهد یک فرایند الکتروشیمیایی ست که در آن آهن الکترون های خود را به محیط الکترولیت می دهد و به صورت یون Fe+ در می آید. این الکترولیت می تواند لایه ای از رطوبت در حضور اکسیژن باشد. خوردگی باعث می شود تا آهن از سطح فولاد حذف شود و از آنجا که اکسید آهن ماده ای سست است این فرایند تاثیر قابل توجهی بر استحکام فولاد دارد.
اکسید آهن حجم بیشتری در مقایسه با فولاد دارد و زمانی که میلگرد درون بتن خورده می شود حجم آن افزایش می یابد. این افزایش حجم باعث ایجاد تنش های کشش در بتن شده و نهایتا منجر به ترک خوردگی و پاشش بتن می شود.
برای وقوع خوردگی به دو فلز مجزا یا دو مکان با سطح انرژی متفاوت در یک فلز نیاز است. همچنین یک الکترولیت و یک اتصال فلزی نیز لازم است. هنگامی که میلگرد درون بتن قرار می گیرد بتن نقش محیط الکترولیت را ایفا می کند. خود میلگرد نیز به دلیل شرایط متفاوتی که در قسمت های مختلف بتن دارد می تواند نقش دو فلز را ایفا کند و فرایند خوردگی آغاز شود.
در طول فرایند خوردگی اتم های آهن الکترون از دست می دهند و به صورت یون های آهنی به داخل بتن حرکت می کنند. الکترون ها در بتن به مناطقی که آب و اکسیژن وجود دارد می روند و با آن ترکیب می شوند. یون های آهن که الکترون از دست داده اند با یون های هیدروکسید ناشی از واکنش اکسیژن، آب و الکترون واکنش میدهند و هیدروکسید آهن را به وجود می آورند.
این هیدروکسید اولیه تمایل دارد تا با اکسیژن واکنش بیشتری بدهد اکسیدهای دیگر تولید کند. این مجموعه واکنش ها با افزایش حجم ترکیب همراه است که باعث ایجاد فشار درون بتن و ترک خوردگی آن می شود.
تصویر شماره ۲ - فرایند خوردگی میلگرد
راه های جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن
تاکنون راه های متنوعی برای جلوگیری از خوردگی میلگرد درون بتن پیشنهاد شده است که برخی از آن ها به دلیل هزینه ی بالا و یا عدم بازدارندگی کافی چندان مورد استقبال قرار نگرفته است. ایده ی اولیه برای جلوگیری از خوردگی فولاد درون بتن این است که از تماس عوامل خورنده درون بتن با میلگرد ممانعت به عمل آورد. از جمله این روش ها می توان پوشش دادن میلگرد استفاده از میلگرهای آلیاژی، حفاظت کاتدی، استفاده از میلگرد با پوشش اپوکسی یا گالوانیزه، کاهش نفوذپذیری بتن و ... اشاره کرد.
تصویر شماره ۳ - میلگرد با روکش اپوکسی
بیشتر مطالعه کنید: ۵ راه تقویت میلگرد در برابر خوردگی