خوردگی میلگرد در بتن به چه عواملی بستگی دارد

خوردگی میلگرد در بتن از مهمترین عواملی است که باعث تخریب سازه های بتن آرمه در مدت زمان کوتاه می‌شود. در واقع خوردگی میلگرد باعث ترک خوردن کاور یا پوشش بتنی و در نهایت تخریب سازه بتنی خواهد شد. آهن زنگ زده محصول خوردگی است که باعث تخریب پیوند بین بتن و میلگرد فولادی می‌شود. لازم به ذکر است یون کلرید آزاد مهمترین عامل خوردگی بتن بوده که در مناطق مرطوب نفوذ زیادی دارد. در ادامه  با ما همراه باشید تا ابتدا به علائم خوردگی میلگرد فولادی در بتن و سپس به عوامل موثر در خوردگی بپردازیم.

خوردگی یا زنگ زدگی میلگرد

خوردگی یعنی اکسیداسیون یک ماده با هوا (خصوصا هوای مرطوب). به عبارتی بهتر خوردگی در اثر واکنش ماده با اکسیژن در حضور آب اتفاق می‌افتد. خورده شدن فولاد تحت تاثیر عوامل زیادی است که از مهمترین آنها می‌توان به مواد تشکیل دهنده فولاد و محیط پیرامون فلز اشاره کرد.

زنگ زدگی میلگرد در بتن به نقل از شرکت تجهیز حاجی پور نوعی واکنش الکتروشیمیایی بوده که در این واکنش الکترود های مثبت و منفی در سطح میلگرد فولادی تشکیل شده و جریان یون‌ها در میان الکترودها باعث زنگ زدگی و در نهایت خوردگی میلگردها می‌شود.

علائم خوردگی میلگرد در بتن

تشکیل شدن لکه های سفید: کربن دی اکسید موجود در هوا با هیدروکسید کلسیم موجود در خمیر سیمان واکنش می‌دهند و ترکیبی با نام کربنات کلسیم تشکیل می‌شود. این ترکیب توسط رطوبت حمل شده و روی سطح بتن رسوب می‌کند و لکه های سفید تشکیل می‌شود.

ایجاد لکه های قهوه‌ای: یکی دیگر از علائمی که خوردگی میلگرد در بتن را نشان می‌دهد ایجاد لکه های قهوه‌ای رنگ در امتداد میلگرد است که بر اثر لایه‌ای از اکسید آهن روی میلگردها تشکیل می‌شوند. این اکسید توسط رطوبت به سطح بتن منتقل می‌شود.

ایجاد ترک در بتن: میلگرد هایی که دچار خوردگی و زنگ زدگی می‌شوند حجم بیشتری نسبت به حالت اولیه اشغال می‌کنند. از این رو میلگرد زنگ زده به بتن فشار وارد کرده و در نتیجه بتن دچار ترک خوردگی می‌شود. هرچه درصد خوردگی بالاتر رود ترک های بیشتری هم در بتن ایجاد خواهد شد.

پوسته پوسته شدن کاور بتنی: از دیگر نشانه های خورده شدن میگلرد در بتن پوسته پوسته شدن بتن است که بر اثر از بین رفتن پیوند بین میلگرد و بتن و تشکیل لایه های جدید ایجاد می‌شود.

خوردگی میلگرد فولادی در بتن چه تاثیری رو سازه دارد؟

همه ما می‌دانیم بتن مسلح یا بتن آرمه ترکیبی از بتن و میلگرد بوده که در صنعت ساختمان سازی کاربرد های فراوانی دارد. عمر این نوع بتن را حدود 50 تا 100 سال تخمین می‌زنند. یکی از مهمترین دلایلی که باعث کاهش طول عمر بتن می‌شود خوردگی میلگرد های مسلح در بتن است. خوردگی یا زنگ زدگی میلگرد های بتن ضمن کاهش استحکام میلگرد های به کار رفته باعث افزایش حجم میلگردها و در نتیجه ایجاد فشار داخلی در بتن می‌شود. از آنجایی که مقاومت کششی بتن پایین است تحت تثیر این فشار دچار ترک خوردگی می‌شود. پس می‌توان گفت خوردگی میلگرد در بتن یکی از دلایل اصلی خراب شدن سازه بتن مسلح است.

محافظت بتن از میلگرد در برابر خوردگی

محافظت از میلگرد های استفاده شده در بتن به دو صورت فیزیکی و شیمیایی صورت می‌گیرد. لایه های محافظ مثل پوشش بتنی مانع از خوردگی میلگردها می‌شوند؛ اما در صورت نبود آنها میلگردها در شرایط نامناسب آب و هوایی قرار می‌گیرند و در نتیجه خوردگی آغاز می‌شود.

محافظت از فیزیکی: همان کاور یا پوشش بتنی رو میلگرد بوده که نفوذ یون کلرید آزاد یا دی اکسید کربن به درون بتن را به تاخیر می‌اندازد.

محافظت شیمیایی: به دلیل وجود هیدروکسید کلسیم و قلیایی های سدیم و پتاسیم در سیمان تازه یک لایه اکسیدی محافظ روی میلگردها در بتن ایجاد می‌شود که از خوردگی جلوگیری می‌کند.

انواع خوردگی میلگرد در بتن

به طور کلی زنگ زدگی میلگرد در بتن در دو دسته طبقه بندی می‌شود:

خوردگی شیاری

خوردگی شیاری یا به انگلیسی (crevice corrosion) شایع ترین نوع خوردگی میلگرد در بتن بوده که در شیارها و دیگر مناطق فلزات در معرض مایعات خورنده اتفاق می‌افتد. در شیار های کوچک موجود در سازه های بتنی ممکن است برخی از محلول‌ها بدون حرکت بمانند. از طرفی مولکول های اکسیژن در محلول راکد حلالیت کمتری دارند. از این رو مایع راکد موجود در شیار از جو محفوظ مانده و خالی از اکسیژن می‌شوند. کمبود اکسیژن در شیار باعث ایجاد آندی در سطح فلز می‎‌شود. سطح فلزی در تماس با رطوبت و مجاروت با هوا یک کاتد ایجاد می‌کند. در اثر واکنش این آند و کاتد خوردگی میگلرد آغاز می‌شود.

خوردگی حفره‌ای

نوع دوم از انواع خوردگی میلگرد فولادی در بتن خوردگی حفره‌ای یا (Pitting Corrosion) بوده که باعث ایجاد سوراخ یا حفره در میلگرد می‌شود. عامل رخ دادن این پدیده نرسیدن اکسیژن به بخش کوچکی از سطح است؛ در این وضعیت آن بخش با اکسیژن کم نقش آند را بازی می‌کند و بخشی که دارای اکسیژن بالاتری است نقش کاتد را ایفا می‌کند.

چه عواملی باعث خوردگی میلگرد در بتن می‌شوند؟

همانطور که در بالاتر هم اشاره شد یکی از مهمترین عوامل خوردگی میلگرد در بتن نبود پوشش کافی روی میلگرد یا نبود کاور مناسب برای آرماتورها است. در صورت نبود این پوشش شرایط برای نفوذ رطوبت و عوامل تهاجمی به درون بتن فراهم می‌شود؛ در نتیجه میلگردها در مجاورت با این این عوامل مخرب قرار می‌گیرند و سرعت خوردگی افزایش خواهد یافت. حال در ادامه متن مفصل به مهمترین عوامل زنگ زدگی میلگرد در بتن اشاره خواهیم کرد:

1. اثر کلریدها

میلگردی که در اثر بتن و خمیر سیمان تحت پوشش قرار می‌گیرد به دلیل تشکیل لایه اکسیدی غیرفعال روی آن در تماس با آب و اکسیژن محافظت شده و دچار خوردگی نمی‌شود. میلگرد با وجود لایه خنثی ساز اصطلاحا از نظر خوردگی غیر فعال است. چنانچه به هر دلیلی این لایه آسیب ببیند یا از بین برود خوردگی میلگرد در بتن آغاز می‌شود. لازم به ذکر است اگر PH آبی که به درون سیمان نفوذ می‌کند کم باشد با رسیدن به سطح میلگرد لایه اکسید خنثی ساز را بر می‌دارد و منجر به خوردگی میلگرد خواهد شد. پس به طور کلی در صورت آسیب دیدن لایه غیر فعال و وجود همزمان آب و اکسیژن واکنش خوردگی میلگرد اتفاق خواهد افتاد.

در این وضعیت یون های کلرید سطح میلگرد فعال می‌شوند و یک آند را به وجود می‌آورند. لایه خنثی ساز هم نقش کاتد را خواهد داشت (به دلیل اینکه سطح آند نسبت به سطح کاتد کوچکتر است شدت خوردگی در ناحیه آند بالاتر خواهد بود. همچنین در نظر داشته باشید تنها خوردگی میلگرد های فولادی در بتن در سطح میلگردها اتفاق نمی‌افتد و ممکن است در اثر اتصال دو شبکه میلگرد به یکدیگر این اتفاق رخ دهد.

2. اثر اسیدها

از دیگر عوامل خورده شدن میگلرد در بتن قرار گرفتن بتن مسلح در مجاورت با محیط اسیدی است که نتیجه‌ای جز تضعیف مقاومت بتن را به دنبال ندارد. در اثر نفوذ مولکول های اسیدی خمیر سیمان تخریب می‌شود طوری که به راحتی می‌توان ذرات شن و ماسه جدا از هم را مشاهده کرد. سپس پوشش بتنی میلگردها تخریب می‌شود و میلگرد های زنگ زده نمایان می‌شوند. اسید هایی که باعث خوردگی میلگرد های بتن می‌شوند ممکن است به شکل طبیعی از تخریب و یا فساد گیاهان و یا از فاضلاب های صنعتی (سولفوریک اسید) تولید شوند.

3. اثر سولفات ‌ها

ترکیب سولفاتی در اثر واکنش با برخی مواد تشکیل دهنده خمیر سیمان ابتدا بافت خمیر را تخریب کرده و حجم آن را به دو برابر و نیم افزایش می‌دهد. این افزایش حجم باعث پوک شدن و ترک خوردن بتن خواهد شد که نتیجه‌ای جزء خوردگی میلگردها در بتن به دنبال ندارد. همچنین جالبه بدانید سولفات‌ها به صورت طبیعی در خاک آب های زیر زمینی آب های سطحی و یا آب دریاها وجود دارند.

4.سنگ دانه‌ها

در حالت کلی سنگ دانه های موجود در بتن باید خنثی باشند تا با آب و سیمان واکنش شیمایی ندهند. اما گاهی بین برخی از سنگ دانه‌ها در مواجه با سیمان های پرقلیا واکنش سیلیسی بین ذرات سیلیس فعال رخ می‌دهد. این واکنش باعث افت فشار مقاومت بتن و انبساط و تجزیه زیاد بتن می‌شود که فرایند خوردگی میلگرد را آغاز می‌کند.

معیار های شروع خوردگی میلگرد

چنانچه لایه اکسید غیر فعال سطح میلگرد ( لایه محافظ فیزیکی و شیمیایی بتن) آسیب ببیند یا از بین برود خوردگی میلگرد آغاز خواهد شد. در ادامه به مهمترین شرایطی که باعث می‌شوند فرایند خوردگی آغاز شود اشاره خواهیم کرد:

• موجود بودن رطوبت و اکسیژن به مقدار کافی در سطح میلگرد
• چنانچه خمیر سیمان هنگام بتن ریزی نتواند به خوبی اطراف میلگرد را پر کند لایه محافظ تشکیل نمی‌شود و از همان ابتدا خوردگی آغاز می‌شود.
• اگر در حین اجرا بین بتن و میلگرد فاصله زیادی ایجاد شود و یا ترک عمیقی در بتن به وجود بیاید که تا سطح میلگرد امتداد یابد خوردگی میلگرد در بتن آغاز می‌شود.
• در صورت نفوذ مواد اسیدی به بتن و از بین رفتن لایه محافط اطراف میلگرد خوردگی آغاز میشود.
• چنانچه دی اکسید کربن به درون بتن نفوذ پیدا کند و رطوبت هم زیاد باشد خمیر سیمان کربناته شده و از حالت قلیایی در می‌آید که خود عاملی مهم در شروع زنگ زدگی میلگردها است.
• در صورت انتشار یون کلرید به داخل بتن

جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن

برای کاهش آسیب میلگرد های به کار رفته در ساختمان سازی روش های متعددی وجود دارد. چرا که خسارات ناشی از فرسودگی فلزات و خوردگی آنها بسیار سخت است. در ادامه به مهمترین روش های پیشگیری از خوردگی میلگرد فولادی در بتن می‌پردازیم:

1. پوشش سطحی

هر دو نوع پوشش بتنی و مکانیکی رو میلگرد جزء پوشش سطح هستند. این نوع پوشش باید کاملا سالم و دور از هر گونه شکاف و آسیب باشد تا بتواند به عنوان عایق عمل کند و از زنگ زدگی یا خوردن شدن میلگردها جلوگیری کند.

2. رنگ آمیزی میلگرد

تقریبا همه ما می‌دانیم که یکی از بهترین روش های موجود جهت پیشگیری از زنگ زدگی فلزات استفاده از پوشش رنگی روی سطح فلز است. همچنین در اکثر موارد از آبکاری هم به عنوان روشی مرسومی برای پیشگیری از زنگ زدگی میلگردها استفاده می‌شود. در نظر داشته باشید چنانچه پوشش رنگی بهع اندازه کافی ضخیم نباشد نمی‌توان به خوبی از فلز محافظت کند.

3. ایجاد پوشش فعال

از دیگر روش های جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن می‌توان به پوشش فعال اشاره کرد. این پوشش در واقع نوعی ماده شیمیایی بوده که با از بین بردن واکنش الکتروشیمیایی در عایق الکتریکی یا غیر قابل نفوذ کردن در برابر مواد شیمیایی عمل می‌کند. انجام این روش ها باعث می‌شود تا سیستم نسبت به خراش یا نقص در پوشش حساسیت کمتری داشته باشد.

سخن آخر

کاهش استحکام سازه و از بین رفتن بافت ساختمان تا حد بسیار زیادی به علت خوردگی میلگرد در بتن وابسته است. به گونه‌ای که یکی از عمده مشکلاتی که در سازه های بتن آرمه در مناطق گرم و مرطوب خصوصا مناطق حاشیه خلیج فارس و دریای عمان وجود دارد همین مسئله خوردگی میلگرد های بتنی است. خوردگی میگلردها باعث ایجاد ترک در پوشش بتنی و در نهایت منجر به ترک خوردگی بتن و ریختن سازه خواهد شد.