مهم ترین دلایل خوردگی میلگرد در بتن
تاریخ انتشار: ۱۸ اسفند ۱۴۰۱
تاریخ به روز رسانی: ۲۳ فروردین ۱۴۰۴
تاریخ به روز رسانی: ۲۳ فروردین ۱۴۰۴
مدت مطالعه: دقیقه
نویسنده: تیم محتوای مدیران آهن
نویسنده: تیم محتوای مدیران آهن
<p><strong>خوردگی میلگرد در بتن</strong> یکی از مهم ‌ترین عوامل کاهش دوام و عمر مفید سازه‌ های بتنی است. این پدیده معمولاً به ‌دلیل نفوذ عوامل خورنده مانند یون‌ های کلرید (از طریق آب شور یا نمک ‌پاشی جاده ‌ها) یا دی ‌اکسید کربن به داخل بتن و رسیدن آن‌ ها به سطح میلگرد رخ می‌ دهد. با آغاز خوردگی، میلگردها شروع به زنگ ‌زدگی می‌کنند که منجر به افزایش حجم آن ‌ها و ایجاد ترک و ترکیدن بتن اطراف می‌ شود. این فرایند نه‌ تنها مقاومت مکانیکی سازه را کاهش می‌ دهد، بلکه در دراز مدت می ‌تواند منجر به خرابی کلی سازه شود، به ‌خصوص در مناطق مرطوب یا محیط‌ های دریایی. استفاده از بتن با کیفیت بالا، پوشش مناسب برای میلگرد و افزودنی ‌های ضد خوردگی از جمله روش ‌های رایج برای کنترل و کاهش این مشکل است.</p>
<p>در صنعت ساخت و ساز با هدف افزایش مقاومت کششی بتن، از میلگرد برای مسلح سازی آن استفاده می شود و محصول نهایی، بتن مسلح یا همان بتن آرمه است. اما دوام این سازه‌ ها به‌ شدت تحت‌ تأثیر عوامل محیطی قرار دارد. نفوذ یون‌ های مهاجم مانند کلرید و دی ‌اکسیدکربن، و همچنین رطوبت، اصلی ‌ترین تهدید برای سازگاری میلگردهای فولادی با محیط قلیایی بتن است. از این رو، خوردگی میلگرد نه ‌تنها چالش اقتصادی بزرگی محسوب می‌شود، بلکه تهدیدی جدی برای ایمنی و پایداری سازه‌ ها به ‌شمار می ‌آید. در این مقاله قصد داریم به ذکر مطالبی در ارتباط با خوردگی میلگرد در بتن بپردازیم و انواع خوردگی را همراه با مکانیزم و چگونگی ایجاد آن در بتن ذکر کنیم. با مدیران آهن همراه باشید.</p>
<p style="text-align: center;"><a class="content-inner-call-box" href="tel:03134155">تماس با واحد فروش شرکت مدیران آهن زاینده رود</a></p>
<h2 id="content-value-1"><span style="font-size: 18px;">خوردگی میلگرد در بتن و عوامل تاثیرگذار بر آن</span></h2>
<p>خوردگی میلگرد در بتن یکی از مشکلات اساسی در سازه‌ های بتنی مسلح است که می‌ تواند منجر به کاهش استحکام، دوام و طول عمر مفید سازه‌ ها شود. این پدیده معمولاً به دلیل واکنش ‌های شیمیایی بین میلگرد و محیط اطراف آن‌، به ویژه در حضور رطوبت، اکسیژن و یون‌ های شیمیایی، مانند کلریدها و سولفات‌ ها، رخ می ‌دهد. آیا می دانید چه عواملی باعث می شود میلگرد دچار خوردگی شود؟</p>
<p>علل و عوامل موثر بر خوردگی میلگردها عبارتند از:</p>
<ul>
<li>حضور آب و رطوبت: رطوبت یکی از اصلی ‌ترین عوامل تسریع‌ کننده خوردگی میلگرد در بتن است. در محیط‌ های مرطوب، میلگردها در معرض واکنش با آب و اکسیژن قرار می‌گیرند که منجر به تشکیل ترکیب ‌های آهنی و خوردگی می ‌شود.</li>
<li>آلودگی ‌های شیمیایی: یون‌ه ای کلراید و سولفات موجود در آب ‌های شور، خاک یا در برخی شرایط محیطی، واکنش ‌های شیمیایی که باعث خوردگی بتن می ‌شوند را تشدید می کند. این یون‌ها با نفوذ به درون بتن و ایجاد آسیب به لایه ‌های محافظ میلگرد، باعث شروع فرآیند خوردگی می شوند.</li>
<li>ضعف در پوشش بتنی: لایه پوششی بتنی که به عنوان محافظ میلگرد عمل می‌کند، اگر ضخامت کافی نداشته باشد یا دچار ترک خوردگی شود، ممکن است میلگردها را در برابر عوامل خورنده آسیب پذیر کند.</li>
<li>تغییرات دمایی: تغییرات دمایی شدید می‌ تواند باعث انبساط و انقباض بتن شود، که این تغییرات باعث ترک خوردگی و کاهش قدرت پوشش حفاظتی بتن در برابر خوردگی میلگردها می ‌شود.</li>
<li>ترک‌ های بتنی: هرگونه ترک خوردگی در بتن که به عمق میلگردها برسد، می ‌تواند زمینه‌ ساز نفوذ آب و مواد شیمیایی درون بتن و باعث خوردگی شود.</li>
</ul>
<p>پیشنهاد مطالعه: <a title="روش های تقویت میلگرد در برابر خوردگی" href="https://www.modiranahan.com/blog/rebar-corrosion-protection-methods">روش های تقویت میلگرد در برابر خوردگی</a></p>
<h2 id="content-value-2"><span style="font-size: 18px;">مکانیزم ‌های محافظتی بتن و تشکیل لایه پسیو</span></h2>
<p>بتن محیطی قلیایی با pH بین 12.5 تا 13.5 ایجاد می‌کند که موجب تشکیل لایه ‌ای بسیار نازک از اکسید یا هیدروکسید آهن (لایه پسیو) روی سطح میلگرد می‌ شود. این لایه مانع از تماس مستقیم یون ‌ها با سطح فولاد می شود و نقش کلیدی در محافظت از میلگرد ایفا می ‌کند. اما عوامل مهاجم می ‌توانند موجب تخریب این لایه و فعال شدن خوردگی شوند.</p>
<p>تحقیقات نشان داده‌ اند که لایه پسیو ساختاری چند لایه دارد. بخش ‌های نزدیک به سطح فولاد که حاوی Fe²⁺ هستند، خاصیت محافظتی بیشتری دارند، در حالی که لایه‌ های بیرونی غنی از Fe³⁺ بوده و معمولاً پایداری کمتری دارند. یون ‌های کلرید، با تخریب تدریجی این لایه محافظ، باعث می شود خوردگی موضعی میلگرد آغاز شود.</p>
<p><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" title="خوردگی میلگرد در بتن" src="https://api.modiranparts.com/uploads/content/1744461558.jpg" alt="خوردگی میلگرد در بتن" width="800" height="600" /></p>
<h3><span style="font-size: 16px;">ویژگی ‌های نیمه ‌رسانا در لایه پسیو</span></h3>
<p>لایه ‌های پسیو، رفتار الکتروشیمیایی نیمه ‌هادی از خود نشان می ‌دهند. بر اساس نوع آلایش، این لایه ‌ها قابلیت تبادل الکترونی با محیط الکترولیت اطراف را دارند. در بتن قلیایی، لایه پسیو میلگرد عمدتاً نوع n است، اما حضور یون‌ های کلرید می ‌تواند ساختار نیمه‌ رسانایی آن را مختل کرده و مقاومت آن در برابر خوردگی را کاهش دهد.</p>
<h3><span style="font-size: 16px;">زمان لازم برای پسیو شدن فولاد</span></h3>
<p>فولاد تعبیه ‌شده در بتن به زمان مشخصی نیاز دارد تا لایه پسیو تشکیل دهد. در محیط ملات، حدود ۷ روز و در محلول متخلخل بتن حدود ۳ روز طول می‌ کشد تا نرخ خوردگی به سطحی برسد که از آن به ‌عنوان رویین شدن یاد می ‌شود. این موضوع نشان می ‌دهد که حفاظت از میلگرد در مراحل اولیه curing بتن اهمیت زیادی دارد.</p>
<h2 id="content-value-3"><span style="font-size: 18px;">انواع خوردگی میلگرد در بتن</span></h2>
<p>پیش تر گفتیم خوردگی میلگردها معمولاً در اثر عوامل مختلفی مانند رطوبت، حضور مواد شیمیایی خورنده و ترک‌ های بتنی اتفاق می ‌افتد. با این حال، تاثیر این پدیده بسته به شرایط محیطی، ترکیب بتن و نوع میلگرد متفاوت است. درک دقیق فرآیند های خوردگی و پیشگیری از آن‌ ها برای محافظت از سازه‌ ها اهمیت ویژه‌ ای دارد. انواع خوردگی میلگرد بسته به عامل ایجاد آن متفاوت است.</p>
<h3><span style="font-size: 16px;">خوردگی ناشی از یون‌ های کلرید</span></h3>
<p>یون ‌های کلرید، از منابعی چون نمک‌ های یخ ‌زدا یا آب دریا، با نفوذ به بتن، لایه پسیو را تخریب کرده و خوردگی را آغاز می‌ کنند. این کلریدهای آزاد (حل ‌شده در محلول منافذ بتن) عامل شروع خوردگی هستند. سه نظریه برای آغاز خوردگی توسط کلرید وجود دارد که عبارتند از:</p>
<h4>نفوذ مستقیم و تخریب</h4>
<p>در این شرایط یون کلرید مستقیم وارد لایه محافظ می‌شود و آن را تخریب می کند. با از بین رفتن این لایه، فولاد به تدریج دچار زنگ زدگی می شود</p>
<h4>رقابت با یون‌ های محافظ</h4>
<p>در چنین شرایطی یون‌ های کلرید با یون‌ های دیگری که از فولاد محافظت می کنند (مثل OH⁻ یا دیگر یو ن‌های قلیایی) رقابت می کنند. اگر کلریدها غالب شوند، جای یون‌ های محافظ را گرفته و در نتیجه میلگردها دچار خوردگی و زنگ زدگی می شوند.</p>
<h4>تغییر شیمیایی لایه محافظ</h4>
<p>لایه محافظ معمولاً از ترکیباتی مثل Fe(OH)₂ ساخته شده است. کلریدها می‌ توانند باعث تغییر این ماده به Fe³⁺ شوند (یک حالت اکسیدشده‌ تر)، که خاصیت محافظتی کمتری دارد و باعث خوردگی میلگرد در بتن می شود.</p>
<p><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" title="عوامل خوردگی میلگرد در بتن" src="https://api.modiranparts.com/uploads/content/1744461596.jpg" alt="عوامل خوردگی میلگرد در بتن" width="800" height="600" /></p>
<h3><span style="font-size: 16px;">خوردگی ناشی از کربنی شدن (Carbonation)</span></h3>
<p>پس از واکنش دی ‌اکسیدکربن با Ca(OH)₂ موجود در بتن، کربنات کلسیم تشکیل شده و pH محیط تا حدود 8.3 کاهش می ‌یابد. این pH پایین موجب ناپایداری لایه پسیو و شروع خوردگی عمومی و همگن می ‌شود. بیشترین سرعت کربنی شدن در رطوبت نسبی ۵۰–۷۰٪ اتفاق می ‌افتد، اما خوردگی فعال معمولاً در چرخه ‌های خشک–مرطوب اتفاق می ‌افتد. برخلاف خوردگی کلریدی که موضعی است، خوردگی کربنی گسترده و یکنواخت بوده و می ‌تواند بدون ترک ‌های ظاهری، سطح مقطع میلگرد را به ‌شدت کاهش دهد.</p>
<h4><span style="font-size: 14px;">اندازه‌گیری عمق کربنی شدن</span></h4>
<p>با استفاده از نشانگرهایی مانند فنل‌فتالئین، که در pH بالای ۹.۸ به رنگ ارغوانی درمی‌آیند و در pH پایین بی‌رنگ می ‌شوند، می ‌توان عمق کربنی ‌شده ‌ی بتن را ارزیابی کرد. تکنیک Rainbow Indicator نیز برای بررسی دقیق ‌تر در محدوده ‌های مختلف pH کاربرد دارد.</p>
<h2 id="content-value-4"><span style="font-size: 18px;">مکانیزم الکتروشیمیایی خوردگی میلگرد</span></h2>
<p>خوردگی میلگرد فرآیندی الکتروشیمیایی است که شامل واکنش ‌های آندی و کاتدی می ‌شود. آند و کاتد می ‌توانند در بخش‌ های مختلف یک میلگرد یا میان میلگردهای مختلف تشکیل شوند. حجم میلگردها در اثر این واکنش شیمیایی کاهش می یابد و موجب ترک، تورق یا تخریب پوشش بتن می ‌شوند.</p>
<h2 id="content-value-5"><span style="font-size: 18px;">پارامترهای تأثیرگذار بر خوردگی میلگرد در بتن</span></h2>
<p>خوردگی میلگرد در بتن تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد که می ‌توانند شدت و سرعت این فرآیند را تغییر دهند. این عوامل ممکن است شامل ویژگی ‌های محیطی، شرایط ساخت و ساز و حتی خواص فنی خود بتن باشند. درک و شناسایی این پارامترها به منظور پیشگیری و کنترل خوردگی، بهبود طول عمر سازه‌ ها و افزایش ایمنی در سازه های بتنی اهمیت زیادی دارد. هر کدام از این عوامل می‌ توانند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم بر رفتار و مقاومت میلگردها در برابر خوردگی تأثیر بگذارند. نفوذ یون ‌های مهاجم وابسته به موارد زیر است:</p>
<ul>
<li>نسبت آب به مواد پیوند دهنده (w/b) : مقادیر بالای این نسبت به معنای باعث افزایش نفوذ پذیری است</li>
<li>پوشش ناکافی بتن: موجب کوتاه شدن مسیر نفوذ و افزایش ریسک خوردگی می ‌شود</li>
<li>عمل‌ آوری نامناسب بتن: عمل‌آوری نامناسب موجب افزایش نفوذ پذیری</li>
<li>دما و رطوبت: میزان رطوبت و دما، نرخ واکنش‌ ها، به ‌ویژه کربنی شدن، را تعیین می‌کند</li>
</ul>
<p>پیشنهاد مطالعه: <a href="https://www.modiranahan.com/blog/how-acceptable-rebar-rust-is">زنگ زدگی قابل قبول میلگرد چقدر است؟</a></p>
<h2 id="content-value-6"><span style="font-size: 18px;">خوردگی میلگرد در بتن طی چه فرایندی انجام می شود؟</span></h2>
<p>فرایند خوردگی میلگردها در بتن طی چند مرحله اتفاق می افتد. این مراحل عبارتند از:</p>
<p>قبل از هر چیز لازم است بدانید، پس از فرایند تسلیح بتن، لایه ‌ای از اکسید آهن روی سطح میلگرد تشکیل می ‌شود که این لایه باید از ادامه خوردگی جلوگیری کند. اما در صورت وجود شرایط خاص مانند یون ‌های کلریدی، این لایه آسیب می ‌بیند.</p>
<ul>
<li>نفوذ یون‌ های خورنده: یون‌ های کلرید که به درون بتن نفوذ کرده ‌اند، می‌ توانند به میلگرد رسیده و به لایه محافظ اکسید آهن حمله کنند و این لایه را تخریب کنند.</li>
<li>تشکیل گاز هیدروژن و فشار درونی: هر چه خوردگی میلگرد درون بتن بیشتر می شود و پیشرفت می کند، مواد حاصل از واکنش ‌های شیمیایی (از جمله هیدروژن) باعث ایجاد فشار درون بتن م می‌ شود. این فشار می ‌تواند منجر به ترک خوردن بتن و آسیب به ساختار آن گردد.</li>
<li>تشکیل ترک ‌ها و گسترش خوردگی: زمانی که خوردگی ادامه پیدا می کند، بتن دچار ترک خوردگی می شود؛ ترک‌ ها در بتن به مرور گسترش می‌ یابند و آسیب‌ های ناشی از آن، باعث ایجاد خوردگی و آسیب ساختاری در سازه می ‌شود.</li>
</ul>
<p><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" title="دلایل زنگ زدگی میلگرد در بتن" src="https://api.modiranparts.com/uploads/content/1744461644.jpg" alt="دلایل زنگ زدگی میلگرد در بتن" width="800" height="600" /></p>
<h2 id="content-value-7"><span style="font-size: 18px;">عوامل موثر بر شدت خوردگی میلگرد</span></h2>
<p>عوامل موثر بر خوردگی میلگرد در بتن می ‌توانند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم بر واکنش ‌های الکتروشیمیایی که موجب تخریب میلگردها می ‌شود، تاثیرگذار باشند. توجه به این عوامل در طراحی و نگهداری سازه‌ های بتنی می ‌تواند به بهبود عملکرد و افزایش دوام سازه‌ ها کمک کند و از بروز مشکلات جدی ناشی از خوردگی جلوگیری کند. این عوامل عبارتند از:</p>
<p>نوع، کیفیت و مواد تشکیل دهنده بتن: کیفیت بتن تأثیر قابل توجهی در شدت خوردگی میلگرد دارد. بتن با کیفیت پایین و فاقد مقاومت کافی در برابر آب و مواد شیمیایی می ‌تواند زمینه ‌ساز تسریع خوردگی میلگردها باشد.</p>
<p>محیط اجرایی: محیط‌ هایی با رطوبت بالا و غلظت بالای یون ‌های کلرید (مانند سواحل و نواحی نزدیک به دریا) بیشتر در معرض خطر خوردگی میلگردها قرار دارند.</p>
<p>پیشنهاد مطالعه: <a href="https://www.modiranahan.com/blog/concrete-affecting-steel-corrosion">تاثیر بتن در سرعت خوردگی فولاد و میلگرد</a></p>
<h2 id="content-value-8"><span style="font-size: 18px;">روش‌ های جلوگیری از خوردگی میلگردها</span></h2>
<p>جلوگیری از خوردگی میلگردها در بتن یک فرآیند مهم است که به حفظ استحکام و دوام سازه‌ های بتنی کمک می‌ کند. این فرآیند شامل مجموعه ‌ای از اقدامات پیشگیرانه است که با هدف کاهش تاثیر عوامل محیطی و فیزیکی روی میلگردها صورت می‌گیرد. با اعمال روش ‌های مناسب می‌ توان از شروع و پیشرفت خوردگی جلوگیری کرده و عمر مفید سازه را به طور قابل توجهی افزایش داد. توجه به این اصول از اهمیت ویژه ‌ای برخوردار است زیرا خوردگی میلگردها می ‌تواند منجر به ضعف‌ های ساختاری و کاهش ایمنی سازه‌ ها شود.</p>
<p>برای مقابله با خوردگی میلگرد در بتن می‌ توان از روش‌ های مختلف استفاده کرد:</p>
<ul>
<li>استفاده از میلگردهای مقاوم به خوردگی: میلگردهایی که با پوشش ‌های ضدخوردگی یا از جنس آلیاژهای مقاوم تولید می ‌شوند، می ‌توانند تا حد زیادی در برابر عوامل خوردنده در محیط های سخت مقاومت کنند.</li>
<li>تقویت پوشش بتنی: استفاده از بتن با مقاومت بالا و افزودن مواد شیمیایی ضد خوردگی به بتن، می ‌تواند از نفوذ مواد خورنده به بتن و در نتیجه از خوردگی میلگردها جلوگیری کند.</li>
<li>پوشش ‌های ضد خوردگی: استفاده از پوشش ‌های خاص مانند پوشش ‌های اپوکسی یا مواد آنتی‌کروژن روی میلگردها می ‌تواند از تماس مستقیم میلگرد با محیط خورنده جلوگیری کند.</li>
<li>کنترل کیفیت ساخت با مقاوم بالا در برابر ترک ‌خوردگی: اجرای بتن با کیفیت بالا و استفاده از روش ‌های صحیح در ساخت سازه (برای جلوگیری از ترک خوردگی بتن) می ‌تواند از گسترش خوردگی جلوگیری کند.</li>
<li>کاهش تماس با مواد خورنده: برای این منظور استفاده از سیستم‌ های زهکشی مناسب برای جلوگیری از تجمع آب در اطراف سازه‌ های بتنی و کنترل محیط‌ های دارای یون ‌های خورنده می ‌تواند موثر باشد.</li>
</ul>
<p>به طور کلی افزودنی‌ ها و مواد ضد خوردگی مانند مواد پوششی خاص، یا استفاده از میلگرد با آلیاژ مقاوم ‌تر، می ‌توانند شدت خوردگی را کاهش دهند. همچنین پوشش‌ های اپوکسی برای میلگردها می ‌توانند به عنوان یک لایه محافظ در برابر خوردگی عمل کنند.</p>
<h2 id="content-value-9"><span style="font-size: 18px;">کلام پایانی: خوردگی میلگرد در بتن و انواع آن</span></h2>
<p>پدیده خوردگی میلگرد در بتن، یکی از مهم‌ ترین چالش ‌های مهندسی سازه به ‌شمار می ‌رود که نه تنها بر دوام سازه، بلکه بر هزینه ‌های نگهداری، تأثیرگذار است. درک دقیق از انواع خوردگی، رفتار لایه پسیو، و نقش عوامل محیطی می ‌تواند به طراحی سازه ‌هایی مقاوم‌ تر و بادوام‌ تر منجر شود. تحقیق و توسعه در این حوزه و اجرای راهکارهای مناسب برای افزایش طول عمر سازه‌ های زیربنایی و کاهش هزینه ‌های تعمیر و نگهداری، امری حیاتی است.</p>
