مکانيزم خوردگی آرماتور در بتن

مکانيزم خوردگی آرماتور در بتن
1377 1397/3/13

مکانيزم خوردگی آرماتور

    معمولا" بتن شرايط مناسبی برای حفاظت آرماتور ايجاد می کند . انفعالی شدن فولاد در بتن به دلیل قليائيت زياد بتن است که حدود PH آن 13 تا 14 است . لايه محافظ يک قشر ميکروسکوپی است که بر سطح فولاد ايجاد می گردد . اين لايه محافظ که فقط در PH زياد پايدار می باشد از نوع اکمسيد  است . قليائی بودن بتن به دليل وجود هيدروکسيد کلسيم است که در اثر هيدراتاسيون سيمان توليد می گردد .

    دومين عاملی که از فولاد در بتن محافظت می کند ، پوشش بتن بر روی آرماتور است که يک مانع فيزيکی ايجاد می کند . اين مانع از نفوذ عناصر مخرب توليد کلريدها و دی اکسيد کربن جلوگيری بعمل می آورد . اثر پوشش بتن بعنوان يک مانع ، تابع ضخامت ، پوشش و کيفيت بتن است .

    خوردگی فولاد در بتن يک فرآيند الکتروشيميايی است . در اين فرآيند ، يون ها و الکترون ها بين دو قسمت مختلف سطح فولاد که در پتانسيل الکترو شيميايی اختلاف دارند ، حرکت  می کنند. اين دو بخش آند و کاتد را تشکيل می دهند ، بنابراين واکنش های الکتروشيميايی در فرآيند خوردگی را می توان به دو بخش آندی و کاتدی تقسيم نمود . در آند اکسيد شدن   الکترو شيميايی صورت می پذيرد و در کاتد احياء الکتروشيميايی رخ می دهد .

    فلز ( Fe ) در محل آند به يون های فروز (2+ Fe  ) تجزيه می شود و الکترون ها آزاد می گردند . برای آنکه بين بارهای الکتريکی تعادل برقرار گردد ، الکترون ها در محل کاتد مصرف شده و با ترکيب شدن با اکسيژن ( O2 ) و آب ( H2O ) تشکيل يةون های هيدروکسيل ( OH ) را می دهند .

ترکيب 2+ Fe  و يون های هيدروکسيل تشکيل هيدروکسيد فروز 2 ( OH ) Fe می شود که يک نوع زنگ به رنگ سفيد است . اين محصول اکسيده می شود و به صورت هيدروکسيد فريک به رنگ قرمز مايل به قهوه ای است ، همان رنگی که معمولا" در هنگام خوردگی مشاهده می شود .

     قدرت انبساط و تخريب محصولات خوردگی بستگی بسته به نوع محصول است . برای مثال قدرت تخريبی 3 ( OH ) Fe بيشتر از 2 ( OH ) Fe است .

     مهمترين عواملی که سبب تخريب لايه محافظ ميلگرد می گردد ، کربناته شدن بتن و نفوذ      يون های کلريد است .

     هوای معمولی دارای 3 % درصد گاز دی اکسيد کربن ( CO2 ) است . در صورت نفوذ CO2 به داخل بتن ، هيدروکسيد موجود در بتن و  CO2 واکنش شيميايی انجام می دهند که منجر به تشکيل کربنات کلسيم می گردد . کربنات کلسيم باعث کاهش PH بتن می گردد و لايه انفعالی و محافظ فولاد تخريب می شود .

     CO2 فقط از بتن کربناته شده می تواند عبور کند ، بنابراين تمام هيدروکسيد ها بايد تبديل به کربنات شوند ، پس از آن CO2 به حرکت خود ادامه می دهد و به منطقه بتن غير کربناته        می رسد .

     در حالی که روند کربناسيون ادامه می يابد ، تمام هيدروکسيد کلسيم ترکيب شده و در نتيجه H ـ S ـ C در حضور هيدروکسيد کلسيم آزاد می گردد تا به مصرف برسد . بنابراين در نهايت فقط سيليس هيدراته شده در بتن باقی می ماند . زيرا H ـ S ـ C در حضور هيدروکسيد کلسيم ثبات دارد و در غياب آن پايدار نبوده و تجزيه می شود . به دليل کربناسيون بقيه محصولات هيدراتاسيون نيز تجزيه می شوند و بنابراين فقط يک شبکه سيليس ، آلومين و اکسيد آهن همراه با کربنات کلسيم تشکيل می شود . اين شبکه دارای استحکام و مقاومت زياد است و نفوذ پذيری آن نسبت به بتن اوليه کمتر می باشد . به هر حال کربناسيون از نقطه نظر خوردگی زيان آور است و سبب خوردگی آرماتور از نوع يکنواخت می گردد .

    يون های کلريد نيز مهمترين عوامل خوردگی آرماتور می باشند . يون های کلريد از طريق مصالح آلوده مانند سنگدانه به داخل بتن راه می يابند و يا از طريق نفوذ از محيط به داخل بتن وارد       می شوند .

    در نقاطی از سطح فولاد که کلريد حمله می کند ، خوردگی از نوع حفره ای ايجاد می شود که اين نقاط در نقش آند می باشند و بقيه سطح فولاد به عنوان کاتد عمل می کنند .

    تمام کلريدها در بتن بصورت آزاد در منافذ وجود ندارند ، بلکه بخشی از يون ها با محصولات هيدروتاسيون سيمان پيوند فيزيکی و شيميايی برقرار می کنند . مهمترين محصولی که قابليت پيوند را با يون های کلريد دار  دارد، C3A است . در اثر ترکييب  C3A و يون های کلريد ، محصول نمک فريدل تشکيل می گردد که از نظر خوردگی بدون خطر است . همچنين بخشی ازيون های کلريد جذب فيزيکی محصولات هيدراتاسيون می شوند که مانند نمک فريدل برای خوردگی خطر ندارند . اما کلريد های آزاد سبب تخريب لايه محافظ و خوردگی آرماتور می شوند .