روش و تکنیکهای الکتروشیمیایی جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن

روش و تکنیکهای الکتروشیمیایی جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن

روش و تکنیکهای الکتروشیمیایی جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن-هدف اصلی این دستورالعمل ارائه اطلاعات در مورد تکنیک های الکتروشیمیایی است که برای کاهش خوردگی میلگرد های تقویت کننده در سازه های بتنی در معرض هوا استفاده می شود. هدف این سند محدود کردن تکنیک‌های کاهش خوردگی به موارد ذکر شده در اینجا نیست، بلکه برای ارائه اطلاعات اولیه در مورد مواردی است که در زمان انتشار این سند به صورت تجاری در دسترس هستند.

این دستورالعمل برای تأیید عملکرد هیچ یک از سیستم های توصیف شده در نظر گرفته نشده است. اطلاعات ارائه شده بر اساس آزمایش و تجربه انجام شده و به دست آمده توسط کارفرمایان، مهندسان، پیمانکاران و فروشندگان درگیر در بازسازی و حفاظت از سازه های بتنی مسلح متاثر از خوردگی آرماتور است.

این دستورالعمل شامل اطلاعاتی در مورد جریان تحت تاثیر و حفاظت کاتدی گالوانیکی، استخراج الکتروشیمیایی کلرید، و واقعی سازی است. این دستورالعمل شامل اطلاعاتی در مورد پوشش‌ها، روکش‌ها و سایر استراتژی‌های ضدآب و محافظتی که ممکن است مزایای محافظت در برابر خوردگی را نیز داشته باشد، نمی‌شود.

این سند شامل اطلاعاتی در مورد پالس الکترواسموتیک، که یک تکنیک الکتروشیمیایی است که در درجه اول به عنوان یک روش خشک کردن بتن در نظر گرفته شده است و همچنین مزایایی در کاهش خوردگی ارائه می دهد، و یا اطلاعاتی در مورد تصفیه نانوذرات الکتروکینتیک،که یک تکنیک الکتروشیمیایی است که در درجه اول به عنوان روشی برای بهبود خواص فیزیکی بتن در نظر گرفته شده است، نیز نبوده و همچنین شامل اطلاعاتی در مورد اشباع الکتروشیمیایی لیتیوم،که در درجه اول به عنوان یک درمان برای واکنش قلیایی – سیلیس درنظر گرفته میشوند، نیست. این تکنیک های الکتروشیمیایی همچنین مزایایی در کاهش خوردگی دارند.

برای هدف این دستورالعمل، کلمه “سازه ها” شامل ساختمان ها، پل ها، تونل ها، اسکله ها، پارکینگ ها و انواع مشابه می شود. کاهش خوردگی به معنای کاهش یا توقف خوردگی در سازه است.

این دستورالعمل برای کمک به آشنایی کارفرمایان، مهندسان، پیمانکاران، تامین کنندگان و سایر اشخاص ذینفع با رویه ها، تجهیزات، مواد و سایر جنبه های ارزیابی و انتخاب تکنیک های کاهش خوردگی برای سازه های بتنی مسلح طراحی شده است. هیچ یک از اطلاعات ارائه شده در اینجا به منظور جایگزینی قضاوت صحیح توسط مهندسان یا سایر طراحان دارای مجوز واجد شرایط در انتخاب و اجرای اقدامات متقابل مناسب کاهش خوردگی برای سازه های بتنی آسیب دیده نیست.

علاوه بر این، ارزیابی خوردگی و طراحی تکنیک‌های کاهش الکتروشیمیایی نیاز به دانش و تجربه تخصصی دارد و رویه‌های مورد بحث به طور قابل‌توجهی در ویژگی‌ها، مزایا، محدودیت‌ها، عمر مفید و اختلال در فعالیت‌های عادی سازه متفاوت است. علاوه بر این، شرایط خاص سایت ممکن است به تغییرات و/یا تغییراتی در تکنیک های شرح داده شده در اینجا برای حفاظت در برابر خوردگی کافی نیاز داشته باشد.

به این ترتیب، انتخاب نهایی مناسب‌ترین اقدام متقابل باید به دنبال ارزیابی کامل علل ریشه‌ای که منجر به خوردگی آرماتورها شده است، انجام شود و باید توسط پرسنل واجد شرایط با اعتبار و تجربه در این زمینه انجام شود. مدارک معمولی شامل ثبت مهندسی حرفه ای، انجمن ملی مهندسین خوردگی  NACE)) ، گواهینامه تخصصی حفاظت کاتدی، و سایر مدارک تحصیلی و تجربه است که ممکن است برای صاحبان و کاربران نهایی این فناوری ها قابل قبول باشد.

در تهیه پیش نویس این دستورالعمل، نویسندگان سعی کرده اند از تکرار بی رویه اطلاعات موجود از منابع دیگر مانند ASTM International، NACE و استانداردهای اروپایی اجتناب کنند. راهنمایی به گونه‌ای ارائه می‌شود که خواننده بتواند به آسانی این اسناد تکمیلی را تهیه کند و در صورت لزوم، توضیحی در مورد مسائل ناشی از استفاده از راه‌حل‌های کاهش خوردگی برای سازه‌های بتنی مسلح و بنایی ارائه می‌شود. همچنین، این سند سعی در کپی یا جایگزینی انتشارات قبلی ندارد و در صورت لزوم به اسناد دیگری از NACE، انجمن بتن بریتانیا و استانداردهای Comité européen de normalisation (CEN) ارجاع می دهد.

1.2. حالت اقتصادی برای استفاده از سیستم های کاهش خوردگی الکتروشیمیایی

خوردگی یک مشکل چند میلیارد دلاری در ایالات متحده و سایر کشورها است (FHWA- RD-01-156). مطالعات هزینه خوردگی انجام شده در ایالات متحده (NACE)، انگلستان و ژاپن نشان داده است که رقم هزینه 3 تا 4 درصد از تولید ناخالص ملی آنها را می توان به هزینه مستقیم و غیرمستقیم خوردگی کلی، از جمله سازه های بتنی مسلح نسبت داد.

در سال 2002، گزارش هزینه خوردگی FHWA/NACE رقمی بین 1 تا 3 تریلیون دلار را به عنوان هزینه بازسازی تمام سازه های بتنی مسلح در ایالات متحده که از آسیب ناشی از خوردگی رنج می برند، پیشنهاد کرد (FHWA-RD-01-156).  نمونه هایی از آسیب خوردگی آرماتور به تیر تکیه گاه پل و زیره یک پارکینگ در شکل 1-1 و 1-2 نشان داده شده است.

شکل 1.1. خوردگی تیر پل

شکل 1.2.  خوردگی میلگرد های تقویت کننده در دال پارکینگ

به دلیل بزرگی این مشکل، هر دو بخش دولتی و خصوصی فعالیت‌های مستمری با هدف کاهش یا حذف آسیب خوردگی سازه‌های بتنی دارند. بسیاری از فناوری ها و مواد برای پیشگیری و ترمیم آسیب های ناشی از خوردگی توسعه یافته اند. چالش انتخاب فناوری ها و مواد بادوام و مقرون به صرفه از بین گزینه های متعدد موجود است.

1.3. تاریخچه

تکنیکی که بیشترین سابقه ردیابی را دارد، حفاظت کاتدی (CP) است. سایر فن آوری های ذکر شده در این دستورالعمل عمدتاً از آن روش تکامل یافته اند. قدمت CP به دهه 1800 می رسد، زمانی که سر همفری دیوی از نوعی حفاظت کاتدی گالوانیکی (GCP) در محیط های آب دریا برای محافظت از بدنه کشتی های نیروی دریایی سلطنتی استفاده کرد.

حفاظت کاتدی تزریق جریان (ICCP) به طور گسترده ای برای محافظت از سازه های زیرزمینی مانند خطوط لوله و مخازن ذخیره سازی از دهه 1950 استفاده شده است. اولین سیستم های ICCP بتن مسلح بالای زمینی در اواخر دهه 1950 برای حفاظت از عرشه پل گزارش شد. آنها از آندهای چدنی با سیلیکون بالا با پرکننده رسانای زغال کُک استفاده کردند. بسیاری از این سیستم ها بین سال های 1973 و 1980 نصب شدند.

برخی از سیستم‌های ICCP که در دهه 1980 بر روی عرشه‌های پل بتن مسلح نصب شدند، از طرحی متشکل از یک سری سیم‌های نیوبیوم با روکش پلاتین که در تپه‌های پلیمری رسانا تعبیه شده بودند، استفاده کردند. این نوع سیستم CP قبل از نصب روکش بتنی نصب شده است. این سیستم ها دیگر به دلیل مشکلات کارایی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

بسیاری از این سیستم ها قبل از استفاده از پوشش رسانا و آندهای تیتانیوم اکسید فلزی مخلوط (MMO)  بودند که وارد بازار شدند و از حدود سال 1980 برای پارکینگ ها و سازه های پل استفاده می شدند. آندهای تیتانیوم با پوشش MMO برای استفاده در سیستم های ICCP برای میلگردهای سازه‌های بتنی در حدود سال 1985 معرفی شدند. این سیستم‌ها در قالب‌های روبانی، لوله‌ای و آند مشبک منبسط شده موجود هستند و در شکاف‌هایی در بتن تعبیه می‌شوند، با ملات پوشانده می‌شوند یا مستقیماً در بتن ریخته می‌شوند ( SHRP- S-372; SHRP-C/UWP-92-618).

تا اواسط دهه 1990 بود که فرم آند گسسته ICCP با گزینه های موجود با تیتانیوم فعال (شکل های لوله ای و مش) و آندهای نوع سرامیکی رسانا توسعه یافت. آندهای گسسته برای ارائه حفاظت هدفمند تخصصی (مثلاً برای اتصالات سازه پل و پارکینگ) یا به طور کلی برای حفاظت از تیرهای تکیه گاه پل، مقاطع بتنی ضخیم و ساختمان های اسکلت فلزی تاریخی استفاده شده است( ETL 1110-9-10(FR)).

تعمیرات الکتروشیمیایی در اواسط دهه 1980 برای تعمیر سازه های خورده با حذف آلاینده ها و تغییر ساختار شیمیایی بتن در اطراف میلگردهای فولادی توسعه یافت. دو روش اصلی الکتروشیمیایی وجود دارد: استخراج الکتروشیمیایی کلرید و واقعی سازی الکتروشیمیایی. اولین کاربرد تجاری واقعی سازی در سال 1987 برای افزایش pH بتن گازدار در نمای ساختمان در ترومسو، شمال نروژ بود (Kennedy et. 1993; Whitmore 1996). اولین کاربردهای تجاری استخراج الکتروشیمیایی کلرید در سال 1988 در شهرهای تروندهایم و استاوانگر نروژ بود، جایی که بتن آلوده به کلرید تصفیه شد (Miller 1989).

در سال 1988، آزمایشات میدانی و آزمایشگاهی استخراج الکتروشیمیایی کلرید به عنوان بخشی از برنامه تحقیقاتی استراتژیک بزرگراه در انتاریو، کانادا (SHRP C-620)  و در اوهایو، ایالات متحده (SHRP S-669)  آغاز شد. از آن زمان تاکنون، بیش از 5000000 فوت مربع (460000 مترمربع) از سطح بتنی بر روی صدها سازه با استفاده از این روش ها تصفیه شده است. ساختارهای تعمیر شده را می توان در اروپا، آمریکای شمالی، خاورمیانه، استرالیا و آسیا یافت. با گذشت زمان، استفاده از روش‌های کاهش الکتروشیمیایی برای حفاظت از بتن، سازه‌های مختلفی از جمله ساختمان‌های آپارتمانی و اداری، پل‌ها، سازه‌های پارکینگ، دیوارهای حائل و ساختمان‌های صنعتی را تحت حفاظت قرار داده است. ( Kennedyو همکاران 1993؛ Velivasakis و همکاران 1998؛ NACE 01101; NACE 01104).

2.0. ملاحظات ایمنی

سازه بتن آرمه شامل آرماتورهای فولادی (بدون پوشش یا روکش شده) است که در مخلوطی از سیمان، سنگدانه و آب با فرمول های مختلف قرار می گیرد. پوشش بتنی به دلیل ترکیبی از نیروها مانند شرایط محیطی در طول زمان، تنش های داخلی و بارگذاری خارجی می تواند هوا، ترک خوردگی، ریزش و زوال را ایجاد کند. آسیب ممکن است به صورت شکسته شدن قطعات بتن، ترک، خوردگی، شکوفه، لکه شدن، لایه لایه شدن، یا پوسته شدن نواحی پوشش بتن باشد. با توجه به خطر سقوط اجسام قبل و حین ارزیابی و تعمیر سازه، این شرایط یک خطر بالقوه ایمنی ایجاد می کند.

کار تعمیر ممکن است نیاز به دسترسی به قسمت بیرونی سازه از طریق قاب یا داربست سیستمی، دکل‌کلایمرها یا داربست‌های معلق داشته باشد. طراحی، نصب و استفاده از تجهیزات دسترسی تعیین شده باید به دقت برنامه ریزی و اجرا شود. در طول فعالیت های ساخت و ساز، تمام پرسنل درگیر در کار باید به تجهیزات حفاظت فردی مناسب و تجهیزات حفاظت از سقوط در صورت لزوم مجهز شوند. تمام تجهیزات ایمنی باید استانداردهای قابل اجرا انجمن ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA)  را رعایت کنند. برای راهنمایی در مورد شیوه های کار ایمن در صنعت تعمیر بتن، به دستورالعمل فنی ICRI 120.1، “راهنماها و توصیه هایی برای ایمنی در صنعت تعمیر بتن” مراجعه کنید.

3.0. تدوین برنامه مدیریت خوردگی

قبل از شروع یک پروژه تحقیق یا تعمیر، باید طرحی تدوین شود تا انتظارات همه طرفین را همسو کند و کار را به شیوه ای کارآمد و منظم هدایت کند. این طرح باید شامل بررسی اسناد موجود، مستندسازی شرایط محیطی و تعریفی از انتظارات عمر خدماتی باشد که در ادامه توضیح داده شده است.

3.1. بررسی اسناد پروژه

اولین گام در توسعه یک طرح مدیریت خوردگی، بررسی اسناد موجود پروژه، از جمله موارد زیر است:

1. اسناد طرح و قرارداد اصلی.
2. طرح تائید شده ساخت و ساز اصلی.
3. سایر اسناد ساخت و ساز.
4. اسناد تعمیر و نگهداری. و
5. استانداردهای تاریخی.

هدف اصلی بررسی سند جمع آوری اطلاعات پس زمینه در مورد ساخت، عملکرد و تعمیر اصلی سازه برای کمک به درک کامل مواد، پیکربندی و رفتار آن است.

فرآیند تعیین یک گزینه کاهش باید شامل مصاحبه با کارفرما، مدیر دارایی، مهندس سازه، یا سایر افرادی باشد که به طور فعال در ساخت و نگهداری سازه در یک دوره زمانی شرکت داشته اند یا از نزدیک آشنا هستند. با محوریت پروژه چنین تماس‌هایی می‌توانند تاریخچه‌ای زنده از ساختار ارائه دهند که در غیر این صورت تنها از طریق بررسی زمان‌بر اسناد و نقشه‌های مکتوب موجود کشف می‌شود.

3.1.1. طرح اصلی و اسناد قرارداد

این اسناد شامل نقشه ها و مشخصات ساخت اصلی سازه می باشد. نقشه های سازه اغلب بارها، معیارهای عملکرد و مقاومت مصالح مشخص شده برای استفاده در ساخت و ساز را نشان می دهد. نقشه های معماری ممکن است مصالح و روابط بین اجزای سازه را نیز نشان دهند. نقشه های مکانیکی و الکتریکی گاهی اوقات دهانه ها و موارد تعبیه شده را نشان می دهد که می تواند مهم باشد.

اسناد شناسایی شده با آخرین تاریخ صدور عموماً دقیق ترین اطلاعات و معیارها را برای ساخت اصلی سازه ارائه می دهند. در حالت ایده‌آل، نقشه‌های «چون ساخت یا ازبیلت» یا «مجموعه رکورد»، در صورت وجود، باید بازنگری شوند. با این حال، این اسناد همیشه جامع یا دقیق در بازنمایی ساختار ساخته شده واقعی نیستند. آنها باید به دقت با سایر اسناد و شرایط مشاهده شده مقایسه شوند.

3.1.2. طرح تائید شده ساخت و ساز اصلی

طرح تائید شده شامل نقشه‌های کارگاهی، تعریف محصول، برگه‌های اطلاعات مواد، گزارش‌های آزمایش، دستورالعمل‌های نصب، گزارش‌های ماکت و ضمانت‌نامه‌ها است. اگرچه این اسناد معمولاً توسط کارفرمایان نگهداری نمی شوند یا به راحتی به دست می آیند، این اسناد مکمل طرح اصلی و اسناد قرارداد هستند و ممکن است حاوی اطلاعات دقیقی در مورد ساخت، نصب، و عملکرد تضمینی قطعات باشند:

• نقشه های کارگاهی: نقشه های کارگاهی ممکن است حاوی جزئیات خاصی از ساخت و ساز باشد، از جمله اشکال عناصر، اجزای پشتیبانی، فولاد سازه، نفوذها و اقلام جاسازی شده، یا سیستم های لنگر. و
• مطالب ارسالی مواد: مطالب ارسالی مواد می تواند برای تعیین یا تایید استحکام، اندازه و جزئیات استاندارد مصالح مورد استفاده در ساخت و ساز مفید باشد. علاوه بر این، دانش محصولات اختصاصی می‌تواند به دریافت مواد جایگزین کمک کند.

3.1.3. سایر اسناد ساخت و ساز

این اسناد شامل دستورات تغییر، بولتن‌ها، دستورالعمل‌ها، صورتجلسات کارگاهی، مکاتبات، گزارش‌های آزمایش، عکس‌ها و سایر اسناد در طول ساخت سازه می‌باشد. این اسناد اغلب اسناد طراحی را روشن یا اصلاح می کنند، اما معمولاً پس از شروع استفاده از سازه در دسترس نیستند.

 

 

3.1.4. اسناد تعمیر و نگهداری

تعمیر و نگهداری گاهی توسط پرسنل تاسیسات بدون ایجاد هیچ گونه سند فنی یا قراردادی انجام می شود. گاهی اوقات، این تعمیرات یا نگهداری می تواند عملکرد اصلی ساخت و ساز را تغییر دهد. نگهداری و تعمیرات دیگری نیز وجود دارد که در طول عمر سازه توسط مشاور یا پیمانکار حرفه ای انجام می شود. به طور معمول، تعمیرات و نگهداری ارائه شده توسط این متخصصان بر روی نقشه های ساخت و ساز و گزارش های میدانی مستند شده است. این اسناد باید بررسی شوند زیرا ممکن است اطلاعات حیاتی در مورد تاریخچه و ساخت سازه ارائه دهند.

3.1.5. استانداردهای تاریخی

منابع برای ساخت اسناد خاص می تواند شامل کارفرمایان، متخصصان طراحی، مقامات صدور مجوز، پیمانکاران، پیمانکاران فرعی کلیدی، شرکت های آزمایشگاهی، و مدیران ساختمان باشد. اسناد مربوط به سازه‌های تاریخی ممکن است در انجمن‌های حفاظت، کتابخانه‌های محلی و دانشگاه‌ها نیز وجود داشته باشد. انجمن‌های حرفه‌ای، سازمان‌های تجاری ساختمان، و ناشران صنعت ساخت‌وساز، اسناد متعددی درباره جزئیات و مصالح ساختمانی فعلی و تاریخی دارند. آیین نامه های ساختمانی که در زمان ساخت و ساز اجرا می شوند نیز استانداردهای کلیدی در زمان ساخت و ساز را توصیف می کنند. شرایطی که مورد توجه خاص هستند ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• عناصر پیش تنیده/پس تنیده و انواع مجرا.
• جزئیات فلزی جدا شده.
• جزئیات لنگر.
• جزئیات ساختاری فولادی.
• نوع آرماتور به ویژه وجود و نوع پوشش روی میلگردها. و
• جریان های الکتریکی سرگردان.

3.2. بررسی وضعیت

اصطلاح “بررسی وضعیت” ارزیابی مکانیسم‌های زوال و علل آسیب مرتبط را توصیف می‌کند که به‌منظور انتخاب روش(های) مناسب کاهش خوردگی طراحی شده است. برای ایجاد نیاز اندک به تعمیرات و حفاظت طولانی مدت در آینده، اطلاعات خاصی در مورد وضعیت سازه مورد نیاز است. اسناد نظرسنجی که برای بررسی مفید است شامل گزارش‌های دارایی است. ارزیابی های مهندسی؛ نظرسنجی از ساکنان؛ گزارش های بازرسی پس از ساخت؛ بازرسی پل؛ و گزارش های دیگری که اطلاعات تاریخی در مورد وضعیت، مشکلات و عملکرد سازه ارائه می دهد. مقایسه شرایط مشاهده شده با شرایط گزارش شده قبلی می تواند برای ایجاد سابقه خدمات و تعیین علل و میزان خرابی استفاده شود.

فن آوری و روش های علمی برای ارزیابی خوردگی آرماتور (و سایر فلزات تعبیه شده) و آسیب های مرتبط با آن در دسترس هستند. این تکنیک ها برای تعیین میزان آسیب، تعریف وضعیت خوردگی فولاد در مناطق آسیب دیده، ارزیابی علت(های) خوردگی و تعیین احتمال خوردگی فولاد در آینده طراحی شده اند. پس از به دست آوردن این اطلاعات، می توان یک استراتژی مناسب تعمیر و حفاظت در برابر خوردگی ایجاد کرد.

ذکر این نکته حائز اهمیت است که خود بتن بدون توجه به وضعیت آرماتورهای تعبیه شده می تواند خراب شود. نمونه هایی از این امر عبارتند از زوال انجماد و ذوب و واکنش های قلیایی-سیلیکا. اگرچه این مکانیسم های آسیب ناشی از خوردگی نیستند، اما می توانند با به خطر انداختن محیط حفاظتی غیرفعال ارائه شده توسط بتن، منجر به خوردگی تسریع شوند.

مهمترین دلیل سرمایه گذاری در چنین نظرسنجی، ارائه داده های ارزشمند برای اطمینان از ابداع راه حل(های) فنی صحیح است و کارفرما می تواند بهترین ارزش پول را برای دستیابی به افزایش طول عمر سازه پیش بینی کند. کمک یک مهندس حرفه ای یا متخصص خوردگی برای انجام بررسی وضعیت توصیه می شود. علاوه بر این، انجام یک بررسی وضعیت فیزیکی برای سازه های بتن مسلح با ارزیابی و کمی کردن ماهیت مشکل با موارد زیر معمول است:

• بازرسی بصری (ACI 201.1R)؛
• صدای آکوستیک (ASTM D4580)؛
• تعیین پوشش بتنی (ACI 228.2R)؛
• تعیین پتانسیل خوردگی (ASTM C876)؛
• تعیین محتوای کلرید (ASTM C1152/C1152M, C1218/C1218M) و
• تعیین کربناتاسیون (EN 14630).

سایر تکنیک های پیشرفته ای که می توانند مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از ارزیابی نرخ خوردگی (معمولاً با استفاده از مقاومت قطبی خطی یا پالس گالوانواستاتیک)، آنالیز پتروگرافی (ASTM C856) ، ترموگرافی (ASTM D4788)  و مقاومت بتن (ASTM G57).

داده های ارزیابی برای تعیین مقادیر برای اهداف برآورد هزینه تعمیر برای ارزیابی علت اصلی مشکل و توسعه یک استراتژی مدیریت خوردگی که گزینه های کاهش صحیح را ارائه می دهد ضروری است. استفاده از بیش از یک گزینه کاهش برای توسعه یک رویکرد جامع برای محافظت از یک سازه غیر معمول نیست.

4.0. خوردگی فولاد در بتن

4.1. فرآیند خوردگی فولاد در بتن

هدف این راهنما ارائه شرح مفصلی از علم فرآیند خوردگی نیست، بلکه در عوض ارائه یک نمای کلی از مسائلی است که معمولاً در سازه های بتن مسلح با آن مواجه می شوند. برای اطلاعات بیشتر در مورد خوردگی فولاد در بتن، به ACI 222.2R مراجعه کنید.

pH بالا که معمولاً در بتن اطراف میلگردها وجود دارد، به طور طبیعی سطح فولاد را منفعل می کند تا ماده ای بادوام و همه کاره را فراهم کند. سطح غیرفعال شده می تواند توسط عوامل متعددی مانند کلرید یا کربناته شدن، که باعث شروع خوردگی می شود، در معرض خطر قرار گیرد. برای شروع خوردگی روی سطح فولاد، اکسیژن و آب برای ایجاد یک واکنش کاتدی باید وجود داشته باشد.

مهم است که توجه داشته باشید دو واکنش مجزا وجود دارد: آندی (جایی که خوردگی در واقع اتفاق می افتد) و کاتدی (جایی که از خوردگی جلوگیری می شود). تا زمانی که اکسیژن در سایر نواحی (کاتدی) وجود داشته باشد، فولاد می تواند و اغلب در نواحی دارای کمبود اکسیژن خورده می شود. واکنش های معمولی که در نواحی آندی و کاتدی فولاد در بتن رخ می دهد به شرح زیر است:

در آند، آهن حل می شود و یون های آهن را تشکیل می دهد.

در کاتد، اکسیژن با آب و الکترون ها ترکیب می شود و یون های هیدروکسیل را تشکیل می دهد (لوونشتاین 1995).

فرآیند خوردگی توسط عوامل منفعل کننده مانند کلرید، سایر یون های خورنده و کاهش pH تسهیل می شود. کلرید و سایر یون های خورنده تشکیل لایه اکسید آهن غیر فعال را مختل می کنند که به طور کلی در شرایط قلیایی پایدار است. این وضعیت می‌تواند منجر به خوردگی شود که در شرایط عادی اکسیژن، محصولات خوردگی را تشکیل می‌دهد که هشت تا 10 برابر حجم فولاد اصلی را اشغال می‌کند. این تغییر حجم باعث ایجاد نیروهای انبساطی می شود که از مقاومت کششی بتن فراتر می رود و در نتیجه پوسته پوسته شدن، لایه لایه شدن و ترک خوردن پوشش بتن می شود.

کیفیت بتن مسلماً یک عامل اصلی در فرآیند خوردگی است، زیرا بتن با کیفیت پایین می‌تواند زمان شروع خوردگی را کاهش دهد و ممکن است پس از شروع فرآیند خوردگی، حفاظت کمی ایجاد کند یا اصلاً محافظت نکند. ایجاد ترک به دلیل انقباض مهار شده، بارگذاری یا عوامل دیگر نیز می تواند با ایجاد مسیرهایی برای رسیدن عوامل خورنده به میلگردها، زمان شروع خوردگی را کاهش دهد. روش‌های کاهش خوردگی موفق حداقل یکی از فرآیندهایی را که باعث غیرفعال شدن آرماتورهای فولادی می‌شود و در نتیجه انتشار خوردگی را کاهش می‌دهد، مورد توجه قرار می‌دهد.

4.2. شرایط محیطی

محیط بیرونی و داخلی از عوامل مهم تاثیرگذار بر عملکرد سازه های بتن مسلح هستند. خرابی ساختاری در محیطی با رطوبت بیش از حد، دماهای بالا، مواد شیمیایی تهاجمی یا بارگذاری بیش از حد محتمل تر است. هر یک از این عوامل می تواند به زوال و الزامات برای توانبخشی با یا بدون استفاده از تکنیک های کاهش خوردگی کمک کند. هنگام تجزیه و تحلیل علت تخریب یک سازه، بررسی و ارزیابی شرایط محیطی پیرامون سازه ضروری است. برای یک بازسازی موفق و برای تعریف انتظارات عملکرد آینده، تأثیرات محیطی بر زوال باید در نظر گرفته شود.

4.2.1. اکسپوز شدن خارجی

آب و هوای بیرونی، به ویژه قرار گرفتن در معرض رطوبت، تغییرات دمایی گسترده، یون های کلرید و مواد شیمیایی تهاجمی، باید در نظر گرفته شود. انجماد بتن اشباع بحرانی می تواند منجر به آسیب انجماد و ذوب شود. دما و رطوبت بالا می تواند منجر به تسریع خوردگی شود و انبساط حاصل می تواند منجر به ترک زودرس شود. قرار گرفتن در معرض باران اسیدی و دی اکسید کربن می تواند منجر به کربناته شدن و خوردگی شود.

4.2.2. اکسپوز شدن داخلی

یک آب و هوای داخلی کنترل شده معمولاً نسبت به یک محیط بیرونی و غیر کنترل شده با آب و هوا تهاجمی کمتری دارد. با این حال، رطوبت و تراکم ممکن است منجر به خوردگی زودرس و خراب شدن آرماتورهای فولادی شود و در نتیجه یکپارچگی ساختاری سازه از بین برود. علاوه بر این، اختلاف فشار بین پوشش های بیرونی و داخلی ساختمان ها می تواند منجر به نفوذ آب شود. به طور معمول، بررسی کامل، از جمله مغزه های اکتشافی در سازه، ممکن است برای تعیین مسائل احتمالی ساختاری و قابلیت سرویس در این نوردهی ها مورد نیاز باشد.

4.2.3. اکسپوز شدن در محیط صنعتی

محیط های صنعتی ممکن است باعث خرابی زودرس سازه های بتن مسلح شوند. مواد شیمیایی تهاجمی، رطوبت بالا و سطوح بالای دی اکسید کربن می تواند منجر به زوال زودرس بتن و میلگردها شود. کاهش خوردگی سازه ها در یک محیط صنعتی مستلزم درک کامل فرآیندها و مواد شیمیایی و پتانسیل آنها برای ایجاد زوال زودرس اجزای سازه است.

4.2.4. اکسپوز شدن در محیط های شهری و روستائی

محیط های شهری و روستایی معمولاً نسبت به محیط های صنعتی تهاجمی کمتری دارند. در نتیجه، سیستم‌های کاهش خوردگی معمولاً می‌توانند برای به حداقل رساندن الزامات چگالی جریان برای حفاظت کاتدی جریان تحت تأثیر (ICCP)  و سیستم‌های حفاظت کاتدی گالوانیکی (GCP)  طراحی شوند تا طول عمر و یک راه‌حل اقتصادی مناسب بهینه‌سازی شده را ارائه دهند.

4.2.5. اکسپوز شدن در محیط های ساحلی

محیط های ساحلی به طور کلی بسیار خورنده هستند. محیط های ساحلی در معرض باد و باران همراه با قرار گرفتن مستقیم در معرض آب شور و غبار مملو از نمک هستند. ترکیب رطوبت و نمک می تواند باعث خوردگی شدید میلگردها شود. بنابراین ارزیابی سازه ها در مناطق ساحلی باید ماهیت بسیار خورنده محیط ساحلی را در نظر بگیرد.

4.3. انتظارات در مورد عمر خدمات

بسیاری از سازه هایی که در معرض یک محیط خورنده قرار دارند، سال هاست که رو به زوال بوده اند. بنابراین، طول عمر باقیمانده یکی از عوامل کلیدی برای ارزیابی است. برای انتخاب مهم‌ترین تکنیک‌ها یا ترکیبی از تکنیک‌ها که به بهترین وجه مناسب ترمیم سازه باشد، کارفرما باید با دوره افزایش عمر مفید موافقت کند. توانایی هر تکنیک کاهش برای دستیابی به افزایش عمر سرویس مورد توافق باید توسط متخصص خوردگی پروژه ارزیابی شود و در طول طراحی دقیق توجیه شود.

یک شمای کلی از مدل Tuuti ( شکل 4-1) اثر مداخله بر مراحل توسعه خوردگی را با توجه به عمر مفید و سطح نظری حداکثر خوردگی مجاز نشان می دهد. همانطور که در شکل 4-1 نشان داده شده است، خوردگی در طول عمر سازه پیشرفت می کند. در ابتدا، هیچ خوردگی رخ نمی دهد تا زمانی که ورود کلریدها، کربناته یا سایر گونه های تهاجمی باعث شروع خوردگی شود.

مداخله پیشگیرانه در مرحله شروع خوردگی بسیار مقرون به صرفه است و منجر به تاخیر در انتشار خوردگی و افزایش طول عمر می شود. با مداخله اولیه، این احتمال وجود دارد که زمان رسیدن به حداکثر خوردگی مجاز تمدید شود. بنابراین، افزایش عمر سرویس افزایش می یابد. همچنین این احتمال وجود دارد که هر چه مرحله انتشار طولانی‌تر باشد، تکنیک کاهش خوردگی باید قوی‌تر باشد تا به اندازه کافی نرخ خوردگی را کاهش دهد تا به افزایش طول عمر برسد.

شکل 4.1.: تاثیر مراحل مختلف مداخله بر افزایش طول عمر

4.4. ملاحظات اقتصادی که بر تصمیم گیری تأثیر می گذارد

محدودیت های اقتصادی در هر پروژه می تواند انتخاب تکنیک های کاهش را دیکته کند. با این حال، حتی راه‌حل‌های کم‌هزینه نیز باید از نظر فنی توجیه شوند یا این خطر وجود دارد که تمدید عمر مفید مورد نظر برآورده نشود یا نتواند برآورده شود. علاوه بر این، باید توجه داشت که در صورتی که کاهش خوردگی ناشی از اثربخشی کمتری داشته باشد یا عمر مفید آن کوتاه شود، ممکن است مداخلات کم‌هزینه منجر به هزینه‌های بیشتر چرخه عمر شود. مهندسی ارزش می تواند سودمند باشد اگر رویکرد اقتصادی تری ابداع شود که همچنان الزامات فنی پروژه را برآورده کند.

 

 

5.0. تکنیک های کاهش خوردگی: حفاظت کاتدی (CP)  و تعمیرات الکتروشیمیایی

5.1. مقدمه

بخش زیر تکنیک های مختلف الکتروشیمیایی را که معمولاً برای محافظت از آرماتورهای فولادی در برابر خوردگی استفاده می شود، توضیح می دهد. این شامل:

• حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر (ICCP) .
• حفاظت کاتدی گالوانیک (GCP).
• استخراج الکتروشیمیایی کلرید (ECE). و
• واقعی سازی الکتروشیمیایی (ERA).

این دستورالعمل مکانیسم های حفاظت را مشخص می کند و از هیچ تکنیک خاصی حمایت نمی کند. همانطور که قبلاً گفته شد، مکانیسم‌های مورد استفاده توسط شایستگی‌های فنی و اقتصادی دیکته می‌شوند، زیرا به مشکل خاص با یک ساختار خاص مربوط می‌شوند. علاوه بر این، یک سیستم پوشش ممکن است یک جزء مفید از یک روش کاهش به عنوان یک نیاز فنی سیستم یا به عنوان یک ملاحظات زیبایی شناختی باشد.

انتخاب یک پوشش باید با دقت انجام شود تا از سازگاری با تکنیک الکتروشیمیایی و دوام کل سیستم اطمینان حاصل شود. یک نمودار جریان انتخاب سیستم معمولی در شکل 5-1 نشان داده شده است. این فصل همچنین راهنمایی هایی در مورد ویژگی های عملکرد هر تکنیک و الزامات مدیریتی پس از استفاده از آنها ارائه می دهد.

شکل 5.1. فلوچارت انتخاب سیستم

5.2. مکانیسم عمومی و الزامات مشترک

حفاظت کاتدی و عملیات الکتروشیمیایی شامل عبور جریان مستقیم از یک آند به میلگردهای داخل بتن است. مقدار جریان و مدت زمانی که جریان به سازه اعمال می شود بسته به نوع سیستم متفاوت است. تعدادی الزامات کلی وجود دارد که برای تمام تکنیک های الکتروشیمیایی مورد استفاده برای کاهش خوردگی فولاد در بتن اعمال می شود. برخی از الزامات عمومی در ادامه توضیح داده شده است.

5.2.1. تداوم الکتریکی

برای اینکه فولاد محافظت شود، باید به طور جریان الکتریکی به سیستم الکتروشیمیایی متصل شود. عناصر فلزی متصل نشده (ناپیوسته) هیچ گونه حفاظتی از سیستم نصب شده دریافت نخواهند کرد. علاوه بر این، بخش های فلزی ناپیوسته، اگر در منطقه نفوذ سیستم قرار گیرند، ممکن است به طور ناخواسته توسط سیستم عامل مجبور به خوردگی شوند. از این حالت به عنوان “خوردگی جریان سرگردان” یاد می شود و باید از آن اجتناب شود. به طور کلی، تایید این امر مطلوب است که همه هادی های فلزی (فولادی) تعبیه شده در ناحیه نفوذ تکنیک الکتروشیمیایی به صورت الکتریکی به هم متصل هستند. هر فلز غیر پیوسته (ناپیوسته) باید به طور الکتریکی به بقیه فولاد متصل شود تا محافظت شود.

5.2.2. اتصالات الکتریکی به میلگردها

سیستم الکتروشیمیایی باید به طور الکتریکی به آرماتورها متصل شود تا محافظت شود. اتصالات الکتریکی به میلگرد  باید بادوام باشد و باید با آزمایش میدانی تأیید شود. تعداد و محل اتصالات الکتریکی به میلگردها باید مطابق با توصیه های سازنده باشد یا بیشتر از آن باشد.

5.2.3. اتصالات الکتریکی به آندها

سیستم الکتروشیمیایی باید به طور الکتریکی به آند(های) نصب شده متصل باشد. این اتصالات الکتریکی در مقایسه با اتصالات میلگردها خطر خوردگی بیشتری دارند. بنابراین، باید دقت بیشتری برای تعیین و نصب اتصالات الکتریکی بادوام به آندها انجام شود. برای اتصالات آند جریان تحت تاثیر، اگر سیم اتصال به طور کامل از محیط آب بندی نشده باشد یا از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته نشده باشد، خطر خوردگی وجود دارد.

برای اتصالات آند سیستم گالوانیکی، آند با گذشت زمان در حال خوردگی است، بنابراین باید در جزئیات اتصال آند دقت کرد تا اطمینان حاصل شود که اتصال بین آند و سیم اتصال به دلیل خوردگی خود ماده آند از بین نمی رود. استفاده از اتصالات متعدد برای اطمینان از افزونگی در سیستم نصب شده توصیه می شود.

5.2.4. اتصال کوتاه

در مورد ICCP و عملیات الکتروشیمیایی، مهم است که هیچ اتصال کوتاه الکتریکی بین آند و میلگرد وجود نداشته باشد. در صورت وجود اتصال کوتاه، برق رسانی به سیستم امکان پذیر نخواهد بود و آرماتور محافظت نمی شود.

5.2.5. تردی هیدروژنی ( تردی هیدروژنی به انگلیسی Hydrogen Embrittlement ) )که به عناوین ترک ناشی از هیدروژن (به انگلیسی: hydrogen assisted cracking )  و ترک القایی توسط هیدروژن (به انگلیسی: hydrogen-induced cracking ) نیز شناخته می‌شود، پدیده‌ای است که ترد شدن یک فلز را توسط هیدروژن نفوذکننده توصیف می‌کند.مترجم)

برخی از تکنیک‌های الکتروشیمیایی که پتانسیل‌های بالاتر را اعمال می‌کنند، می‌توانند منجر به هیدرولیز (تجزیه) آب شوند. اگر این اتفاق بیفتد، هیدروژن ممکن است در فصل مشترک فولاد/بتن تولید شود. تکنیک های الکتروشیمیایی که احتمالاً بالاتر از این پتانسیل عمل می کنند عبارتند از ECE، ERA و ICCP.

انواع خاصی از فولاد، از جمله برخی از فولادهای با کشش بالا و کربن بالا که برای تاندون های پس کششی و پیش تنیده در بتن استفاده می شوند، به حضور هیدروژن حساس هستند به طوری که ممکن است شکل پذیری خود را از دست داده و شکننده شوند. به همین دلیل، استفاده از تکنیک‌های الکتروشیمیایی که ممکن است منجر به تولید هیدروژن شود، معمولاً در بخش‌هایی از سازه‌ها که ممکن است حاوی فولاد پرکربن باشند، مانند فولاد پیش تنیده یا پس کشنده تحت تأثیر شکنندگی هیدروژنی قرار گیرد( Enos و همکاران 1996) توصیه نمی‌شود.. میلگرد معمولی تحت تأثیر وجود هیدروژن قرار نمی گیرد و شکنندگی را تجربه نمی کند.

5.3. حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی به فرآیند ارائه یک جریان مستقیم با استفاده از آند برای مقابله با جریان خوردگی فولاد در یک الکترولیت رسانا اشاره دارد (پدفری 1996؛ اسکنل و سونگپوروالا 1993). برای اهداف این سند، الکترولیت عموماً آب و مواد رسانای یونی درون بتن است. این روش در واقع واکنش آندی را از فولاد به آند مصنوعی دیگری منتقل می کند که در آن عبور جریان بدون آسیب به بتن انجام می شود.

سیستم‌های CP را می‌توان به دو نوع اصلی دسته‌بندی کرد: جریان تحت تأثیر (که به منبع تغذیه خارجی نیاز دارد) و سیستم‌های گالوانیکی  (که جریان خود را از طریق جفت شدن دو فلزی فلزات غیرمشابه تولید می‌کنند). در هر دو مورد، جریان میلگرد را قطبی می‌کند و از آن محافظت می‌کند و آن را به عنوان یک کاتد عمل می‌کند – از این رو، حفاظت کاتدی نامیده می‌شود.

شرط لازم برای اینکه یک ماده به عنوان آند ICCP بادوام در نظر گرفته شود این است که باید رسانا و پایدار باشد. آزمایش مواد آند ICCP مطابق با NACE TM 0294 دوام و عملکرد آنها را تأیید می کند. بخش‌های زیر مواد آند عمومی موجود در بازار را در زمان چاپ توصیف می‌کنند که سابقه قابل توجهی در حفاظت از فولاد در بتن با روش‌های ICCP و GCP دارند.

توجه شده است که پلاریزاسیون بیش از حد فولاد تنیده (پیش تنیده یا پس تنیده) توسط حفاظت کاتدی ممکن است خطر تردی هیدروژنی را ایجاد کند. در حالی که ممکن است این خطر برای سیستم‌های گالوانیکی چندان مهم نباشد، اگر از سیستم ICCP استفاده شود، برای طراح ضروری است که اطمینان حاصل کند که کنترل‌های پلاریزاسیون در سیستم مدیریت برای جلوگیری از قطبش بیش از حد در دسترس است.

5.3.1. مکانیسم حفاظت (ICCP)

همانطور که در شکل 5-2 نشان داده شده است، حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر یک جریان مستقیم از منبع تغذیه خارجی را مجبور می کند که از یک آند از طریق بتن به میلگردها جریان یابد. برای غلبه بر جریان طبیعی الکترون های حاصل از فرآیند خوردگی، جریانی با مقدار و جهت کافی لازم است. جریان مستقیم از یک منبع خارجی، اغلب یکسوساز AC/DC (ترانسفورماتور) (NACE SP 0290)  تامین می شود.

شکل 5.2. سیستم حفاظت جریان کاتدی تحت تاثیر

5.3.2. مکانیسم حفاظت GCP))

حفاظت کاتدی آند گالوانیکی (یا فدا شونده) فولاد در بتن مستلزم اتصال فولاد به یک فلز الکترونگاتیو تر (فعال تر/ کمتر نجیب) مانند روی است. به دلیل پتانسیل های الکتروشیمیایی متفاوت، الکترون ها از آند به کاتد جریان می یابند. از دست دادن الکترون در آندها باعث خوردگی (اکسید شدن) آندها می شود. الکترون های ارائه شده توسط آند گالوانیکی از فولاد (کاتد) در برابر خوردگی محافظت می کند. GCP شبیه به ICCP است زیرا جریانی با چگالی کافی برای محافظت از فولاد مورد نیاز است.

این می تواند به صورت محلی یا به صورت توزیع شده ارائه شود (به عملکرد و طول عمر تکنیک های کاهش، بخش 6 مراجعه کنید). همانطور که در شکل 5-3 نشان داده شده است، هیچ منبع تغذیه خارجی مورد نیاز نیست، زیرا سلول گالوانیکی بین فولاد و فلز پایه بیشتر (به عنوان مثال، روی) به طور طبیعی جریان را هدایت می کند.( UFGS-26 42 13.00 20)

شکل 5.3. حفاظت آند گالوانیکی ( فدا شونده)

 

5.3.3. اجزای اضافی

علاوه بر سیستم آند، نیاز به اجزای دیگر برای تشکیل سیستم کامل CP وجود دارد. برای سیستم های ICCP، اینها عبارتند از:

• اتصالات کاتدی (فولادی).
• کابل کشی DC ( مدارهای مثبت [آند] و منفی [فولاد]).
• جعبه اتصال؛
• دستگاه های نظارت (الکترودهای مرجع و پروب های نرخ خوردگی) با سیم کشی.
• واحدهای قدرت و کنترل (ترانسفورماتور-یکسو کننده) با جعبه های محافظت کننده از محیط زیست؛
• الکترونیک اندازه گیری نظارت (اختیاری). و
• شبکه و واحد کنترل مرکزی (اختیاری). برای سیستم های GCP، اینها عبارتند از: (الف) اتصالات کاتدی (فولاد). و (ب) الکترونیک اندازه گیری نظارت (اختیاری).

کابل کشی مدارهای DC و مانیتورینگ در مستندات استاندارد به تفصیل آمده است و همچنین باید با قوانین ملی ساختمان مطابقت داشته باشد. اینها معمولاً برای سهولت شناسایی دارای کد رنگی هستند و مطابق با الزامات طراحی برچسب گذاری می شوند. اگر شبکه‌ها برای سیستم‌های مدیریت توزیع‌شده استفاده می‌شوند، معمولاً اینها باید با پروتکل‌هایی مانند EIA709.1 مؤسسه استانداردهای ملی آمریکا (ANSI)  برای ارتباطات شبکه باز مطابقت داشته باشند. جعبه های اتصال و محفظه های الکترونیکی منطقه ای برای قرار دادن اتصالات و اجزای خارجی باید از نظر محیطی برای شرایط رایج در آن سایت محافظت شوند، که ممکن است شامل حفاظت از گرد و غبار و آب باشد، مانند انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) 4x یا IP65.

5.3.4. فرآیند طراحی

پس از جمع آوری تمام اطلاعات، مرحله بعدی طراحی یک طرح برای تعمیر و کاهش (NACE SP 0187) است. طراحی رسمی تعمیر در برآورد هزینه ها و اثرات کار بر سازه مفید است. یک طراحی رسمی برای سیستم های ICCP به دلیل پیچیدگی آنها ضروری است. ممکن است طراحی رسمی با استفاده موضعی از آندهای گالوانیکی در تعمیر مورد نیاز نباشد، جایی که فولاد هدف معمولاً فولادی است که از داخل تعمیر تا ناحیه مستقیماً مجاور محیط به عنوان روشی برای کنترل حلقه (یا ابتدایی) آند ها گسترش می یابد.

در برخی موارد، ممکن است از تکنیک های الکتروشیمیایی اجتناب شود. و استفاده از تکنیک هایی مانند استفاده از پوشش ها، درزگیرها و غشاهای ضد آب ممکن است طول عمر کافی برای سازه هایی که در حال حاضر در حال خوردگی نیستند یا در محیط های کمتر تهاجمی هستند، فراهم کند. مناسب بودن و مسائل نگهداری در آینده باید در مرحله طراحی در نظر گرفته شود.

با تمام تکنیک های الکتروشیمیایی که جریان را به یک سازه می گذراند، طرح آرماتور فولادی باید شناخته شود و پیوستگی الکتریکی فولاد باید تایید شود. اثربخشی و طراحی یک سیستم CP به شرایط محیطی مانند رطوبت و محتوای کلرید بتن بستگی دارد. شرایط قرار گرفتن در معرض محیطی؛ و وجود پوشش‌ها، درزگیرها و دیگر لایه‌های با مقاومت بالا.

استفاده موضعی از آندهای گالوانیکی در تعمیر یک استثنای احتمالی برای نیاز به تداوم الکتریکی است. در این مورد، فولاد هدف معمولاً فولاد تقویت‌کننده‌ای است که به عنوان روشی برای کنترل آندهای حلقه‌ای (یا ابتدایی) از داخل تعمیر تا ناحیه مستقیماً مجاور محیط گسترش می‌یابد. در این مثال، پیوستگی الکتریکی فولاد تقویت‌کننده همچنان باید آزمایش شود، اما خطر فولاد جدا شده در منطقه محدود است. با این حال، برای سیستم‌های گالوانیکی توزیع‌شده، سیستم‌های ICCP توزیع‌شده و گسسته، و تصفیه‌های الکتروشیمیایی، مهم است که فولاد از نظر الکتریکی پیوسته باشد تا از خطر خوردگی جریان سرگردان جلوگیری شود.

فرایند طراحی مستلزم آگاهی از ویژگی های زیر ساختار مورد نظر است:

• پیکربندی و ابعاد فولاد.
• چیدمان ساخت و ساز و ویژگی های هندسی.
• طرح بندی سایت؛
• انطباق با کد.

این فرایند باید منجر به توسعه یک سند طراحی دقیق شود که ممکن است شامل بخش‌های زیر باشد:

• طراحی دوام مورد انتظار.
• محاسبات سطح فولاد.
• جزئیات آند.
• اتصالات کاتد (فولاد) و جزئیات مدار.
• نمودارهای سیم کشی/مدار الکتریکی (به ویژه ICCP).
• نظارت بر جزئیات ابزار دقیق.
• روشی برای اطمینان از اتصال الکتریکی تمام فلزات تعبیه شده.
• سیستم های قدرت، کنترل و مدیریت (با یا بدون قابلیت از راه دور). و
• الزامات نگهداری آتی.

اسناد طراحی ممکن است سندی باشد که به یک سند نصب و راه اندازی (بایگانی نصب شامل اطلاعات ساخته شده و نقشه ها یا اثبات اجرای صحیح طراحی) و به یک سند عملیات و تعمیر و نگهداری تبدیل می شود که جزئیات مدیریت کاهش خوردگی آن ساختار در آینده را نشان می دهد. (NACE SP 0390).

5.3.5. سیستم های آند توزیع شده برای ICCP

معمولاً از سه نوع اصلی سیستم های ICCP آند توزیع شده استفاده می شود. که عبارتند از: 1) پوشش های رسانا. 2) overlay های رسانا؛ و 3) مش تیتانیوم اکسید فلزی مخلوط (فعال شده).

5.3.5.1. پوشش های رسانا

یک نوع سیستم آند پوشش رسانا از کربن به عنوان جزء اصلی آند در یک حامل آلی مانند پلی اورتان یا اکریلیک یا یک حامل معدنی مانند سیلیکات تشکیل شده است. این سیستم ها را می توان با استفاده از روش های معمولی پاشش، برس یا غلتک برای پوشاندن سطح بتنی آماده (معمولاً با سنگ ریزه) استفاده کرد.

از آنجایی که کربن به اندازه برخی دیگر از مواد آند بی اثر نیست، در طول زمان مصرف می شود، دارای قابلیت چگالی جریان آندی کمتر (حداکثر 20 میلی آمپر بر متر مربع) است و به طور کلی برای سازه هایی با چگالی فولادی بالاتر مناسب نیست. عموماً این سیستم ها بر روی بالکن ها و زیره های دال های پارکینگ نصب شده اند.

نوع دیگری از پوشش رسانا، متالیزاسیون روی با پاشش قوس در سطح است. روی همچنین یک ماده آند بی اثر نیست و در طول زمان با کارکرد سیستم مصرف می شود. هنگامی که به یکسو کننده ترانسفورماتور AC/DC متصل می شود، روی پاشیده شده با قوس یا پوشش های رسانا پر از کربن می تواند به عنوان آند ICCP استفاده شود.

5.3.5.2. overlay های رسانا

Overlay های رسانا، همانطور که در شکل 4-5 نشان داده شده است، شبیه به پوشش های رسانا هستند، زیرا آنها معمولاً به کربن به عنوان آند وابسته هستند، اما در این مورد، در داخل یک حامل سیمانی یا آسفالتی هستند. آند روی سطح بتنی که معمولاً با سنگ ریزه برای بهبود چسبندگی پوشش تهیه شده است، به صورت اسپری، ریخته یا به شکل دیگری اعمال می شود. اتصال الکتریکی بین کابل عایق شده و صفحه تیتانیوم یا چدنی که به عنوان آند اولیه عمل می کند، ایجاد می شود. جریان از آند اولیه به پوشش رسانا می گذرد و در آنجا بر روی سطح تعمیر شده سازه توزیع می شود.

شکل 5.4. overlay های رسانای سیمانی بر روی ساختمان دانشکده با صفحات بتنی

5.3.5.3. سیستم های آند تیتانیوم MMO

این آندها معمولاً از تیتانیوم پوشیده شده با یک فیلم مخلوط (گرانبها) اکسید فلز (MMO) تشکیل شده اند. این آندها در اشکال مختلف مناسب برای کاربردهای مختلف مانند مش، روبان و نوار وجود دارند. مش و روبان عموماً برای نصب روی زمین روی عرشه ها، زیرزمین ها و دیوارها استفاده می شود. شبکه آند تیتانیوم MMO که بر روی سطح بتن سنگ ریزه شده یک تیر تکیه گاه بتن مسلح در زیر اسکله دریایی نصب شده است در شکل 5-5 نشان داده شده است.

شکل 5.5. نصب توری آند تیتانیوم MMO

مش آند تیتانیوم با پوشش MMO می تواند جریان خروجی بالاتری را نسبت به آندهای مبتنی بر کربن با حداکثر چگالی جریان عملیاتی 110 میلی آمپر بر متر مربع تحمل کند. اتصال آند با چین دادن یک کابل عایق شده به میله تیتانیوم و جوش نقطه ای به مش یا روبان انجام می شود (شکل 6-5). در آمریکای شمالی، میله هادی تیتانیوم به طور کلی استفاده می شود و به آند تیتانیوم جوش داده می شود. میله هادی تیتانیوم از بتن خارج می شود و تمام اتصالات به سیم و کابل مسی در جعبه های اتصال (خارجی بتن) انجام می شود.

شکل 5.6. مش آند نصب شده به تیر با نقطه اتصال تغذیه DC مثبت در موقعیت جوش داده شده است

مش آند درون یک پوشش سیمانی تعبیه شده و برای محافظت از سطوح بزرگ مانند پل یا عرشه پارکینگ استفاده می شود. یک آند نواری نیز برای تزریق در شکاف های بریده شده در بتن موجود است (شکل 5-7). مواد سیمانی مورد استفاده برای روکش‌ها یا شکاف‌های پرکننده باید دارای تاریخچه مسیر مستند باشند یا باید برای اطمینان از سازگاری و عملکرد طولانی مدت آزمایش شوند. انتظار می رود این آندها به طور کلی بیش از 40 سال عمر کنند.

شکل 5.7. شبکه روبان آند در عرشه پارکینگ در شکاف های بتن نصب شده است

5.3.6. سیستم های آند گسسته برای ICCP

سیستم‌های آند گسسته تمایل دارند یا نوارهای تیتانیوم MMO “نوردیده شوند” تا شکل میله‌ای، یک میله جامد روکش شده یا سرامیک ساب اکسید تیتانیوم رسانا را تشکیل دهند. آندهای گسسته با توجه به خروجی جریانشان به طور قابل توجهی متفاوت است. آندهای تیتانیوم MMO معمولاً بر اساس حداکثر چگالی جریان 110 میلی آمپر بر متر مربع طراحی می شوند. آندهای گسسته سرامیکی رسانا (شکل 5-8) را می توان در چگالی جریان بالاتر (تا 900 میلی آمپر بر متر مربع) (سرگی و همکاران 2008) یا ممکن است در چگالی جریان کمتری مشابه آند تیتانیوم MMO استفاده کرد.

شکل 5.8. آند سرامیکی رسانای استوانه ای و فلوت دار

تمام اشکال آندهای گسسته در ساختار سوراخ شده و در یک آرایه طراحی شده نصب می شوند. برای سازه‌های بتن مسلح، فاصله بین آندها معمولاً بین 8 تا 20 اینچ (200 تا 500 میلی‌متر) است، که بستگی به پیکربندی فولاد و مقاومت بتن دارد که بر توانایی آند در “پرتاب” جریان در سه بعدی تأثیر می‌گذارد. ( ویتمور 2002). آرایه آند گسسته با سیم تیتانیوم (اغلب برای اطمینان از عدم تماس با هیچ تقویت کننده فولادی عایق بندی می شود) با پرس کردن یک گیره تیتانیوم به سیم سرب آند با جوش نقطه ای یا با آرایش رزوه ای در داخل یک محفظه تیتانیوم، بسته به نوع آند، متصل می شود.

آند های گسسته نصب شده در یک آرایش مشترک پل برای محافظت از موقعیت های لنگر پیش تنیده در انتهای تیرها در شکل 5-9 نشان داده شده است. یک پل تاریخی که از خوردگی ناشی از کلرید تسریع شده توسط رواناب از جاده بالا رنج می برد در شکل 5-10 نشان داده شده است. نیم اتصالات بتن مسلح و تیرهای نگهدارنده برای مقاطع معلق و کنسولی با یک سیستم آند گسسته محافظت شدند.

شکل 5.9. آند های گسسته نصب شده برای محافظت از موقعیت های لنگر پیش تنیده

شکل 5.10. سیستم آند گسسته برای حفاظت از سازه پل تاریخی نصب شده است

 

5.3.7. سیستم های گالوانیکی موضعی

سیستم‌های گالوانیکی موضعی معمولاً در جهت محافظت از یک منطقه بتن تازه تعمیر شده با هدف به تأخیر انداختن شروع تشکیل آند حلقه‌ای (ابتدای) در اطراف محیط تعمیر هدف قرار می‌گیرند. آندهای حلقه‌ای می‌توانند در نتیجه تعمیر تازه‌ای که به‌عنوان یک ماکرو کاتد نسبت به بتن اصلی اطراف آن عمل می‌کند، به دلیل تفاوت در قلیائیت یا محتوای کلرید تشکیل شوند.

فرآیندهای طبیعی زمانی به وجود می آیند که یک آند به صورت موضعی تشکیل می شود که واکنش کاهش را با تشکیل یک محل اکسیداسیون یا خوردگی متعادل می کند. شدت تشکیل آند حلقه‌ای بر اساس سطح کلرید، درجه کربناته شدن و شرایط رطوبتی که در بتن مادر همسایه حاکم است تعیین می‌شود. هر چه محیط خورنده تر باشد، تقاضا برای آند گالوانیکی بیشتر خواهد بود.

آند های گالوانیکی موضعی معمولاً به شکل روی محصور شده در یک پوسته ملات است که با یک فعال کننده مخلوط می شود تا از فعال شدن مداوم سطح آند اطمینان حاصل شود. فعال کننده ها باید به گونه ای مورد استفاده قرار گیرند که حفاظت طولانی مدت از سازه را فراهم کنند و نباید برای سازه مضر باشند.

مجموعه آند با استفاده از سیم های اتصال فولادی یکپارچه در یک آرایه در اطراف محیط تعمیر به فولاد تقویت کننده بسته می شود (شکل 5-11) ( بولتن شماره 8 ACI RAP؛ وایتمور و ابوت 2000) . آندها همچنین ممکن است به شکل میله ای عرضه شوند و روی بتن روی یک الگوی شبکه ای مغزه شوند و در یک فاصله طراحی شده مشابه سیستم های آند ICCP مجزا به فولاد تقویت کننده متصل شوند( وایتمور 2000)

شکل 5.11. نصب آند موضعی (گسسته) در تعمیر محلی

آند های گالوانیکی موضعی (گسسته) دارای حداکثر ظرفیت جریان بر اساس اندازه و کارایی خود هستند. تولید کنندگان راهنمایی در مورد فاصله آند و چگالی مورد نیاز برای کاربردهای مختلف ارائه می کنند. این سیستم ها، همانطور که در بخش 6 بحث شد ، به هیچ منبع تغذیه خارجی نیاز ندارند و معمولاً نظارت نمی شوند.

5.3.8. سیستم های گالوانیکی توزیع شده

سیستم های گالوانیکی پراکنده از همان مفهوم فلزات غیرمشابه استفاده می کنند، اما آنها فلز گالوانیکی را به جای استفاده از آندهای گسسته در کل منطقه تعمیر توزیع می کنند (NACE 01105).  سیستم های گالوانیکی پراکنده به اشکال مختلفی یافت می شوند، مانند:

• روی نصب شده در داخل ژاکت های محافظ در محیط های دریایی.
• اسپری روی سطح بتن اعمال شود.
• نوارهای تعبیه شده در محفظه های بتنی یا پوشش های بتنی. و
• ورق خود چسبنده روی سطح بتن اعمال شود.

آماده سازی عنصر محافظت شده مهم است و معمولاً شامل روش های معمول تعمیر بتن، از جمله حذف بتن لایه لایه شده، ترمیم ترک ها، تمیز کردن فولاد، و قرار دادن مواد تعمیر قبل از نصب سیستم کاهش می باشد.

5.3.8.1. نصب روی در داخل ژاکت های محافظ در محیط های دریایی

برای سیستم‌های ژاکت گالوانیکی، آند معمولاً یک توری روی یا نوارهای روی فعال است که با استفاده از اتصالات متعدد به آرماتور فولادی متصل می‌شوند و در اطراف عنصر ساختاری، معمولاً یک شمع بتنی دریایی نصب می‌شوند. سپس یک پوشش یا ژاکت محافظ فایبرگلاس نصب می شود (شکل 5-12)، و فضای حلقوی بین ژاکت خارجی و شمع بتنی با ملات پر می شود تا یک مسیر الکترولیتی برای جریان ایجاد شود. یک تعمیر کامل در شکل 5-13 نشان داده شده است. کوپلینگ دو فلزی طبیعی ولتاژ محرک را تشکیل می دهد و الکترون ها به فولاد عبور می کنند تا از خوردگی محافظت کنند. به نوبه خود، روی مصرف می شود (NACE 01105؛ Whitmore 2004).

شکل 5.12. موقعیت سیستم ژاکت قبل از اتصال و تزریق

شکل 5.13. نمای معمولی سیستم ژاکت گالوانیکی تکمیل شده

5.3.8.2. آندهای گالوانیکی اسپری شدنی

در طول روش استفاده از پاشش قوس الکتریکی، سیم های مواد مورد نظر با هم ذوب شده و بر روی سطح بتن آماده شده اسپری می شوند، همانطور که در شکل 5-14 نشان داده شده است. روی با خلوص بالا رایج ترین آلیاژ گالوانیکی است که در سازه های بتنی استفاده می شود. سایر آلیاژهای روی یا آلومینیوم در برخی موارد استفاده می شود. پوشش های پاشیده شده با قوس به عنوان آند در هر دو سیستم گالوانیکی و ICCP استفاده شده است. اکثر پوشش های قوس پاشیده شده به صورت آند گالوانیکی نصب می شوند.

در محیط های دریایی، روی خالص به خوبی عملکرد آند گالوانیکی دارد (SHRP-S-405؛ Sagues و Powers 1996) . در محیط های غیر دریایی، روی به تنهایی ممکن است جریان کافی برای محافظت از فولاد تقویت کننده را تامین نکند.

دو گزینه برای برنامه های کاربردی در این محیط ها وجود دارد. همانطور که در شکل 5-15 نشان داده شده است، یکی از گزینه ها استفاده از یک مرطوب کننده بر روی پوشش پاشیده شده با قوس برای تقویت خوردگی پوشش گالوانیکی پاشیده شده با قوس است. گزینه دیگر تغییر ترکیب پوشش به یک آلیاژ است که در شرایط مرطوب کمتر فعال باقی می ماند. نظارت بر این سیستم های آند در بخش 6 مورد بحث قرار گرفته است.

شکل 5.14. استفاده از پوشش پاششی قوسی

شکل 5.15. آند روی پاشش شده با قوس فعال مرطوب کننده در حال نصب بر روی زیربنای Garden City Skyway، اونتاریو، کانادا

5.3.8.3. آندهای نوار گالوانیکی تعبیه شده

همانطور که در شکل 5-16 نشان داده شده است، برای کاربردهای CP با مساحت بزرگ، می توان آندهای نوار گالوانیکی فعال را طراحی و بر روی سطح بتن نصب کرد و در یک پوشش یا پوشش بتنی جاسازی کرد. این سیستم‌ها برای سازه‌هایی با آسیب‌های قابل توجه بتن، جایی که حذف تمام بتن آلوده به کلرید ممکن است عملی نباشد، و شکل‌دهی و قالب‌گیری مجدد سطح بتن عملی‌تر است.

آندهای نوار گالوانیکی تعبیه شده ممکن است در کاربردهای دریایی و غیر دریایی مورد استفاده قرار گیرند و حاوی فعال کننده هایی برای فعال نگه داشتن آنها در طول زمان هستند. با توجه به اندازه بزرگتر و ماهیت پراکنده آنها، این سیستم ها می توانند برای ارائه چگالی جریان CP طراحی شوند (Ball and Whitmore 2005).

شکل 5.16. آند های نوار گالوانیکی توزیع شده در یک محفظه بتنی از کلاهک پایه پل آلوده به کلرید، مونترال، QC، کانادا تعبیه شده است.

5.3.8.4. آندهای ورق گالوانیکی خود چسبنده

آندهای ورق گالوانیکی خود چسبنده، سیستم‌های کاربردی سطحی هستند که با استفاده از اتصالات گسسته به فولاد تقویت‌کننده در ناحیه نصب آند نصب می‌شوند. آنها شامل یک ورقه روی هستند که با یک چسب رسانای یونی ترکیب شده است (NACE 01105).  این چسب حاوی فعال کننده هایی برای فعال نگه داشتن سطح روی است. کاربردهای معمولی شامل زیره بالکن های بتنی و عرشه های بتنی، همانطور که در شکل 5-17 نشان داده شده است.

شکل 5.17. آندهای ورق گالوانیکی خود چسبنده در حال نصب بر روی سطح یک دال پارکینگ، اوکلاهما

5.4. تعمیرات الکتروشیمیایی

تعمیرات الکتروشیمیایی (استخراج الکتروشیمیایی کلرید و واقعی سازی) از عبور جریان برای مدت کوتاهی از یک آند موقت به فولاد تقویت کننده برای جابجایی گونه های یونی (مانند کلرید، هیدروکسید و قلیایی) در داخل بتن با هدف تغییر شیمی بتن در اطراف فولاد تقویت کننده، استفاده می کنند.

5.4.1. مکانیسم

هر دو فرآیند قلیاییت را در سطح مشترک بتن/فولاد تقویت‌کننده افزایش می‌دهند و به بازسازی لایه اکسید غیرفعال کمک می‌کنند که به طور معمول روی سطح فولاد تقویت‌کننده زمانی که در بتن جاسازی می‌شود، یافت می‌شود. این امر حفاظت طبیعی ارائه شده توسط بتن را به فولاد باز می گرداند و از آن در برابر خوردگی و حمله کلرید یا کربناته شدن آینده محافظت می کند.

5.4.2. استخراج الکتروشیمیایی کلرید (ECE)

ECE (گاهی اوقات به عنوان نمک زدایی از آن یاد می شود) قلیایی بودن بتن اطراف فولاد تقویت کننده را افزایش می دهد و با جذب یون های کلرید با بار منفی به یک آند موقت با بار مثبت که روی سطح بتن اعمال می شود، مقدار یون های کلرید را در بتن آلوده کاهش می دهد(NACE 01101).  یک میدان الکتریکی بین یک آند خارجی موقت و آرماتور تعبیه شده اعمال می شود که در طول درمان به طور موقت به کاتد تبدیل می شود.

در مورد استخراج کلرید، اعمال میدان الکتریکی منجر به مهاجرت یون‌های کلرید به دور از فولاد تقویت‌کننده تعبیه‌شده و به سمت آند نصب‌شده خارجی، جایی که در الکترولیت (معمولاً آب لوله‌کشی) جمع می‌شوند و حذف می‌شوند، می‌شود. شکل 5-18 (Allies و ویتمور 1999؛ بوئنفلد و همکاران 1998).

شکل 5.18. نمودار شماتیک اجزای مورد استفاده با ECE و مکانیسم عملکرد را نشان می دهد

استخراج کلرید در حذف کلریدهای موجود در پوشش بتن مؤثرتر است ( Said-Shawgi و همکاران 1998؛ Hassanein و همکاران 1998)  در یک سازه بتن مسلح معمولی، تقریباً سه برابر کلرید از پوشش بتنی در مقایسه با بتن بین تشک اول و دوم فولاد تقویت کننده حذف می شود. هنگامی که فرآیند استخراج کلرید تکمیل شد، فولاد تقویت‌کننده مجدداً غیرفعال می‌شود، زیرا در محیط بتن با کلرید پایین و pH بالا قرار می‌گیرد (NACE SP 0107؛ Glass و همکاران 2003 ؛ Harrington-Hughes  1993)

شکل 5-19 نصب یک سیستم ECE متشکل از یک فیبر سلولزی پاشیده شده با یک آند موقت روی درپوش پایه پل در ویرجینیا، ایالات متحده آمریکا (SHRP S-2033) را نشان می دهد. این ترتیب برای فرآیند واقعی سازی بسیار شبیه است.

شکل 5.19. نصب ECE یک پوشش فیبر سلولزی روی سیستم آند موقت

5.4.3. واقعی سازی الکتروشیمیایی (ERA)

واقعی سازی برای بازیابی قلیایی (pH)  سازه های بتنی که از کربناته شدن رنج می برند استفاده می شود (NACE 01104). واقعی سازی شبیه به استخراج کلرید است، اما از یک محلول قلیایی، معمولا یک محلول کربنات پتاسیم به عنوان الکترولیت استفاده می کند. الکترولیت قلیایی به دلیل میدان الکتریکی اعمال شده (و همچنین جذب مویرگی، انتشار، مهاجرت یون، و تولید هیدروکسیل) به داخل بتن کشیده می شود، بنابراین pH بتن را افزایش می دهد (شکل 5-20). واقعی سازی فرآیندی است که معمولاً 3 تا 7 روز طول می کشد تا برای عمق پوشش معمولی بتن کامل شود و تا عمق فولاد تقویت کننده که به عنوان کاتد استفاده می شود مؤثر است.

 

شکل 5.20. واقعی سازی نمای بتنی فرودگاه ملی رونالد ریگان

6.0. عملکرد و طول عمر سیستم های کاهش

6.1. مدیریت عملکرد

فقط ICCP به طور معمول نیاز به نظارت بر عملکرد دارد که در استانداردهای ایالات متحده و اروپا توضیح داده شده است (NACE SP 0290).  با این حال، در صورت تمایل، سایر تکنیک‌های الکتروشیمیایی که در این سند ذکر شده است، می‌توانند برای تغییرات الکتروشیمیایی در فولاد در ساختار به همان روشی که سیستم‌های ICCP وجود دارد، بررسی شوند. با این حال، اینها بسته به تکنیک و سطح حفاظتی مورد نظر، به معیارهای پذیرش متفاوتی نیاز دارند.

به عنوان مثال، سیستم های GCP باید فولاد را در جهت منفی به روشی مشابه سیستم های ICCP قطبی کنند. به این ترتیب، اندازه گیری قابل توجهی از پلاریزاسیون (یعنی > 100 میلی ولت در صورت نیاز برای برآورده کردن دستورالعمل های حفاظت کاتدی NACE [NACE SP 0290؛ Whitmore 2004])  نشان دهنده CP است که به دست آمده است.

اندازه گیری جریان خروجی می تواند چگالی جریان ارائه شده و عدم مصرف آند را تایید کند (NACE 01105).  به طور مشابه، پیشگیری از خوردگی گالوانیکی یا کنترل خوردگی را می توان با استفاده از معیارهای پذیرش موجود مانند چگالی جریان 0.2 تا 2.0 mA/m2 برای جلوگیری از خوردگی (EN 12696؛ Ball و Whitmore2005)  پایش کرد.

تعمیرات ECE و ERA بر توانایی فرآیند برای برقراری مجدد غیرفعال شدن خوردگی به آرماتور فولادی تکیه دارند و بنابراین، باید بر تغییر پتانسیل خوردگی و نرخ خوردگی در نتیجه تکمیل عملیات تأثیر بگذارند. ( NACE SP 0107; NACE 01101; NACE 01104).

در صورت لزوم، تمام تکنیک های الکتروشیمیایی برای کاهش خوردگی را می توان برای عملکرد نظارت کرد. مانیتورینگ معمولی شامل تست نیم سلولی و نرخ خوردگی است. اینها را می توان با استفاده از تجهیزات میدانی موقت یا تجهیزات دائمی نصب شده انجام داد. انتخاب تجهیزات دستی یا نصب شده دائمی به دسترسی، مکان، اندازه منطقه حفاظت شده و سایر عوامل بستگی دارد.

معیارهای پذیرش معمولی برای سیستم های مدیریت خوردگی در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1: معیارهای پذیرش معمولی برای سیستم های مدیریت خوردگی

محافظت کاتدی	پلاریزاسیون فولاد 100 میلی ولت یا بیشتر در صورت پتانسیل خوردگی -200 mV cse
کنترل خوردگی	چگالی جریان به فولاد 1-7 mA/m2
پیش گیری از خوردگی	چگالی جریان به فولاد 0.2 تا 2.0 mA/m2
غیر فعال کردن خوردگی	پتانسیل خوردگی غیرفعال (-200 mV cse)

 

6.2. ملاحظات پس از نصب

ICCP نیاز به ارزیابی و نظارت مداوم دارد زیرا برای برق و کنترل به الکترونیک و سیم کشی بستگی دارد (UFC 3-570-06).  علاوه بر این، نظارت ضروری است زیرا شرایطی مانند تغییر در رطوبت بتن می‌تواند نیاز به تنظیم برای حفظ چگالی جریان داشته باشد و به دلیل اینکه آندها در نهایت مصرف می‌شوند (SHRP-S-670).  در نهایت، تغییرات در پرسنل مدیریت و عملیات ساختمان، پتانسیل از دست رفتن دانش در مورد عملکرد و نظارت سیستم و حتی وجود آن را ایجاد می کند. برخی از نظارت‌ها نیز برای سیستم‌های GCP به دلیل عمر محدود آن‌ها تا زمانی که آندها مصرف شوند و دیگر نتوانند حفاظتی ارائه کنند، مورد نیاز است.

سند طراحی فرموله شده قبل از اجرا ممکن است برای ایجاد یک گزارش نصب و راه اندازی به صورت ساخته شده با نقشه های ثبت شده نصب تکمیل شود. امکانات مدیریت بایگانی شده ذخیره سازی الکترونیکی و دسترسی آماده به گزارش ها، طرح ها و مشخصات را فراهم می کند.

یک برنامه نظارتی با کارفرما باید در طول مرحله طراحی توافق شود تا هزینه های تخصصی برای ارزیابی عملکرد جاری تعیین شود. لازم به ذکر است که یک سیستم ICCP، پس از نصب، نیاز به ارزیابی در طول عمر ساختمان دارد (به روشی مشابه مدیریت سیستم های اعلام حریق).

7.0. خلاصه

یک مورد اقتصادی قوی برای گنجاندن نوعی تکنیک کاهش خوردگی با پروژه های تعمیر بتن وجود دارد تا از کنترل و تضمین وضعیت سازه مورد نظر اطمینان حاصل شود. چندین تکنیک الکتروشیمیایی در دسترس است و روش مناسب ممکن است بسته به مشکلات حاکم و اهداف مورد نظر کارفرما و طراح انتخاب شود.

همه سیستم ها باید در ارتباط با طراحی ساختاری طرح تعمیر با سیستم های ICCP که نیاز به طراحی دقیق و چیدمان اجزا دارند در نظر گرفته شوند.

مدیریت سیستم‌ها در حال حاضر عمدتاً در پروژه‌های ICCP مورد نیاز است، اما در صورت تمایل می‌توان تمامی تکنیک‌های الکتروشیمیایی را برای تأیید عملکرد سیستم نصب‌شده تحت نظارت قرار داد.

8.0. منابع و استاندارد ها

8.1. استاندارد ها و گزارش های مرجع

استانداردها و گزارش های ذکر شده به شرح زیر آخرین ویرایش ها در زمان تهیه این سند بودند. از آنجایی که این اسناد به طور مکرر اصلاح می شوند، به خواننده توصیه می شود در صورت تمایل به مراجعه به آخرین نسخه با گروه حامی مناسب تماس بگیرند.

موسسه بتن آمریکا

201.1R، “راهنمای انجام بازرسی بصری بتن در سرویس”

222.2R، “خوردگی فولادهای پیش تنیده”

228.2R “روش های آزمایش غیر مخرب برای ارزیابی بتن در سازه ها”

RAP Bulletin 8 ” نصب آندهای گالوانیکی تعبیه شده”

موسسه ملی استاندارد امریکا

EIA709.1، “مشخصات پروتکل شبکه کنترل”

ASTM International

ASTM C856، “روش استاندارد برای آزمایش پتروگرافی بتن سخت شده”

ASTM C876، “روش تست استاندارد برای پتانسیل های خوردگی فولاد تقویت کننده بدون پوشش در بتن”

ASTM C1152/C1152M، “روش تست استاندارد برای کلرید محلول در اسید در ملات و بتن”

ASTM C1218/C1218M، “روش تست استاندارد برای کلرید محلول در آب در ملات و بتن”

ASTM D4580، “عمل استاندارد برای اندازه گیری لایه برداری در عرشه پل های بتنی با صداگذاری”

ASTM D4788، “روش تست استاندارد برای تشخیص لایه لایه شدن در عرشه پل با استفاده از ترموگرافی مادون قرمز”

ASTM G57، “روش تست استاندارد برای اندازه گیری میدانی مقاومت خاک با استفاده از روش چهار الکترود ونر”

استانداردهای اروپایی

EN 12696، “حفاظت کاتدی فولاد در بتن”

EN 14630، “عمق کربناسیون در بتن سخت شده با روش فنل فتالئین”

موسسه بین المللی تعمیر بتن

دستورالعمل فنی ICRI شماره 120.1، «راهنماها و توصیه‌هایی برای ایمنی در صنعت تعمیر بتن»

NACE International

01101، “استخراج الکتروشیمیایی کلرید از بتن مسلح فولادی – یک گزارش پیشرفته”

01104″واقعی سازی الکتروشیمیایی بتن مسلح فولادی – یک گزارش پیشرفته”

01105 “حفاظت کاتدی قربانی عناصر بتن مسلح – گزارشی پیشرفته”

SP 0107، “واقعی سازی الکتروشیمیایی و استخراج کلرید برای بتن مسلح”

SP 0187، “مشاوره های طراحی برای کنترل خوردگی فولاد تقویت کننده در بتن”

SP 0290، “حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر فولاد تقویت کننده در سازه های بتنی در معرض اتمسفر”

SP 0390، “ملاحظات تعمیر و نگهداری و بازسازی برای کنترل خوردگی سازه های بتنی تقویت شده با فولاد موجود”

TM 0294، “آزمایش آندهای قابل جاسازی برای استفاده در حفاظت کاتدی بتن مسلح شده با فولاد اکسپوز اتمسفری”

هیئت تحقیقات حمل و نقل

SHRP-C/UWP-92-618، “حفاظت کاتدی از اجزای پل بتن مسلح”

SHRP-C-620، “ارزیابی فرآیند نورکیور برای حذف الکتروشیمیایی کلرید”، http://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/shrp/ SHRP-C-620.pdf

SHRP-S-372، “حفاظت کاتدی از پل های بتنی: راهنمای عملی”، http://online- pubs.trb.org/onlinepubs/shrp/SHRP-S-372.pdf

SHRP-S-405، “آندهای گالوانیکی روی پاشیده شده برای زیرسازه های پل دریایی بتنی،” http://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/shrp/ SHRP-S-405.pdf

SHRP-S-669، “حذف الکتروشیمیایی کلرید و حفاظت از اجزای پل بتنی – آزمایشات میدانی”، http://onlinepubs. trb.org/onlinepubs/shrp/SHRP-S-669.pdf

SHRP-S-670، “مطالعات عملکردی ضوابط کنترل و مواد برای حفاظت کاتدی بتن مسلح،” http://onlinepubs.trb.org/ onlinepubs/shrp/SHRP-S-670.pdf

SHRP-S-2033، “راهنمای انجام استخراج الکتروشیمیایی کلرید در سازه های بتنی”، http://leadstates.transportation.org/ car/SHRP_products/2033.stm

سپاه مهندسین ارتش آمریکا

ETL 1110-9-10 (FR)، “سیستم حفاظت کاتدی با استفاده از آندهای سرامیکی”

UFC 3-570-06، “عملیات و نگهداری: سیستم های حفاظت کاتدی”، http://www. wbdg.org/ccb/DOD/UFC/ufc_3_570_06.pdf

UFGS-26 42 13.00 20، “محافظت کاتدی توسط آندهای گالوانیک،” http://www.wbdg.org/ ccb/DOD/UFGS/UFGS 26 42 13.00 20.pdf

این نشریات را می توان از این سازمان ها دریافت کرد:

American Concrete Institute 38800 Country Club Drive Farmington Hills, MI 48331 www.concrete.org

 

American National Standards Institute 11th Fl., 1899 L Street NW Washington, DC 20036

www.ansi.org

 

ASTM International 100 Barr Harbor Drive

West Conshohocken, PA 19428 www.astm.org

 

International Concrete Repair Institute 10600 West Higgins Road, Suite 607

Rosemont, IL 60018 www.icri.org

 

NACE International 1440 South Creek Drive Houston, TX 77084-4906 www.nace.org

 

Transportation Research Board 500 Fifth Street NW Washington, D.C. 20001 http://www.trb.org

 

U.S. Army Corps of Engineers Engineering and Support Center Huntsville, AL 35816 http://www.hnd.usace.army.mil/techinfo/ index/aspx

 

 

8.2. منابع ارجاع شده

Allies، جی.، و ویتمور، دی. توقف خوردگی با استفاده از روش های الکتروشیمیایی، ASCE, 1999. Ball, C., and Whitmore, D., “راه حل های نوآورانه کاهش خوردگی برای سازه های بتنی موجود،” V. 23، شماره 3-4، مجله بین المللی مواد و فناوری محصولات، 2005، صفحات 219-239.

Bennett, J. E., “بهبود شیمیایی عملکرد آند روی متالیزه” Corrosion 98, Paper 640,، NACE International، 1998.

بوئنفلد، ن. گلس، جی. حسنین، ع. و Zhang، J.، “انتقال کلرید در بتن در معرض میدان الکتریکی”، مجله مواد در مهندسی عمران، نوامبر 1998، صفحات 220-228.

کووینو، بی. هولکامب، جی. راسل، جی. کرامر، اس. بنت، جی. و Laylor، H.، “پیری الکتروشیمیایی آندهای روی حرارتی اسپری شده با مرطوب کننده برای محافظت کاتدی”، خوردگی 99، مقاله 548، NACE International، 1999.

“درک اثرات بلندمدت حفاظت کاتدی بر سازه های بتنی پیش تنیده: شکنندگی هیدروژنی فولاد پیش تنیده”، خوردگی 96، کنفرانس سالانه بین المللی NACE، هیوستون، تگزاس، 1996. FHWA/NACE گزارش هزینه -RD-01-156، 2002.

گلس، جی. تیلور، جی. رابرتز، ای. و دیویسون، ن.، “اثرات حفاظتی عملیات الکتروشیمیایی در بتن مسلح”، خوردگی 2003، مقاله 03291، NACE International، 2003.

هرینگتون-هیوز، ک.، “درمان خوردگی در بتن را متوقف می کند”، جاده و پل، نوامبر 1993.

حسنین، ع. م. گلس، G. K. و بوئنفلد، N. R.، “یک مدل ریاضی برای حذف الکتروشیمیایی کلرید از سازه های بتنی”، خوردگی، V. 54، شماره 4، 1998.

گزارش Hoar، وزارت تجارت و صنعت، دولت انگلستان، 1971.

کندی، دی. میلر، جی بی. و Nustad، G. E.، “بررسی استخراج کلرید و قلیایی مجدد بتن مسلح،” انجمن خوردگی انگلستان، 1993.

لوونشتاین، اف. “آبکاری مس الکترولس”، آبکاری مدرن، چاپ سوم، 1995، صفحات 734-739.

Miller, J. B., “حذف کلرید و حفاظت در برابر خوردگی بتن مسلح”، موسسه راه و ترافیک سوئد، سپتامبر 1989. Pedeferri، P.، “حفاظت کاتدی و پیشگیری کاتدیک،” ساخت و ساز و مصالح ساختمانی، V. 10 ، شماره 5، 1375، صص 391-402.

Sagues, A., and Powers, R. G., “آندهای قربانی روی اسپری شده برای بتن مسلح در خدمات دریایی”، خوردگی، جولای 1996.

سعید شوقی، ق. آریا، سی. و Vassie، P. R.، “مدلسازی عددی حذف الکتروشیمیایی کلرید از بتن”، تحقیقات سیمان و بتن، 1998.

Scannell، W.، و Sohanghpurwala، A.، “حفاظت کاتدی به عنوان جایگزین کنترل خوردگی”، بولتن تعمیرات بتن، جلد 6، شماره 4، تیر/مرداد 93.

سرگی، د. سیمپسون، دی. و Hayfield، P.، “رفتار طولانی مدت آندهای لوله ای شکل سرامیکی برای کاربردهای حفاظت کاتدی”، خوردگی 2008، مقاله 08305، NACE International.

ولیوازاکیس، ای. هنریکسن، اس. و Whitmore، D.، “استخراج کلرید و واقعی سازی خوردگی بتن مسلح استاپ فولاد”، مجله عملکرد تاسیسات ساخته شده، V. 12، شماره 2، 1998، صفحات 77-84.

Whitmore، D.، “استخراج الکتروشیمیایی کلرید از عناصر پل بتنی: برخی مطالعات موردی”، خوردگی 1996، مقاله 299، NACE International، 1996.

Whitmore، D.، “جریان تحت تاثیر و حفاظت کاتدی آند گسسته گالوانیکی برای حفاظت در برابر خوردگی سازه های بتنی”، خوردگی 2002، مقاله 02263، NACE International، 2002.

Whitmore، D.، “تحولات جدید در حفاظت کاتدی گالوانیکی سازه های بتنی”، خوردگی 2004، مقاله 04333، NACE International، 2004.

Whitmore, D., and Abbott, S., “حفاظت گالوانیکی با تمرکز بر تعمیرات بتن” بولتن تعمیرات بتن، V. 13، شماره 4، ژوئیه/آگوست 2000، صفحات 12-15.

8.3. اطلاعات تکمیلی

کمیته ACI 546، 2004، “راهنمای تعمیر بتن (ACI 546R-04)،” موسسه بتن آمریکایی، Farmington Hills، MI، 53 pp.

EM 1110-2-2704، 2004، “سیستم های حفاظت کاتدی برای سازه های عمرانی”، سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://140.194.76.129/publications/eng-manuals/ em1110-2-27 .pdf، 106 ص.

ETL 1110-3-474، 1995، “حفاظت کاتدی،” سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن دی سی

PWTB 420-49-29، 1999، “عملیات و نگهداری سیستم های حفاظت کاتدی،” سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://www.wbdg.org/ccb/ARMYCOE/PWTB/ pwtb_420_49_29.pdf، 131 ص.

PWTB 420-49-37، 2001، “انتخاب آند حفاظت کاتدی”، سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://www.wbdg. org/ccb/ARMYCOE/PWTB/pwtb_420_49_37. pdf، 36 ص.

SHRP-S-347، 1993، “راهنمای پیاده سازی حذف کلرید”، برنامه تحقیقات استراتژیک بزرگراه، واشنگتن، دی سی،

http:// onlinepubs.trb.org/onlinepubs/shrp/SHRP-S- 347.pdf، صفحه 49

SHRP-S-359، 1994، “هشدار فنی: معیارهایی برای حفاظت کاتدی عناصر پل بتنی تقویت شده”، برنامه تحقیقات استراتژیک بزرگراه، واشنگتن، دی سی، http:// onlinepubs.trb.org/onlinepubs/shrp/SHRP-S- 359.pdf، صفحه 18

SHRP-S-657، 1993، “حذف الکتروشیمیایی کلرید و حفاظت از اجزای پل بتنی: مطالعات آزمایشگاهی”، برنامه تحقیقات استراتژیک بزرگراه، واشنگتن، دی سی، http://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/shrp/ SHRP- S-657.pdf، صفحه 382.

SHRP-S-671، 1993، “نصب های حفاظت کاتدی جدید”، برنامه تحقیقات استراتژیک بزرگراه، واشنگتن، دی سی، http://onlinepubs.trb. org/onlinepubs/shrp/SHRP-S-671.pdf، صفحه 128

TI 800-01، 1998، «معیارهای طراحی»، سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://www.wbdg.org/ccb/ARMYCOE/COETI/ ti800_01.pdf، صفحه 459

UFC 3-570-02A، 2005، “حفاظت کاتدی”، سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://www.wbdg.org/ccb/DOD/ UFC/ufc_3_570_02a.pdf، صفحه 62

UFC 3-570-02N، 2004، “مهندسی برق، حفاظت کاتدی”، سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://www. wbdg.org/ccb/DOD/UFC/ufc_3_570_02n.pdf، صفحه 319.

UFGS-26 42 14.00 10، 2008، “سیستم حفاظت کاتدی (آند فدا شونده)،” سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://www.wbdg.org/ccb/DOD/UFGS/UFGS-26 42 ، 14.00 10.pdf، صفحه 30.

UFGS-26 42 19.00 20، 2006، “محافظت کاتدی توسط جریان تحت تاثیر”، سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، واشنگتن، دی سی، http://www. wbdg.org/ccb/DOD/UFGS/UFGS-26 42 19.00 20.pdf، صفحه 34.