پارامترهای بسیاری در خوردگی سازههای بتنی و ایجاد عوارض ناشی از آن تاثیرگذار هستند. نتایج سوء ناشی از خوردگی بتن، اهمیت اقدامات مناسب برای پیشگیری از خوردگی در سازههای بتنی را آشکار نموده است لذا در این مقاله از وبسایت ایران کامپوزیت کاویان به راهکارهای پیشگیری کننده خوردگی در سازه های بتنی خواهیم پرداخت.
اقدامات لازم برای پیشگیری از خوردگی بتن:
روشهای و اقدامات مختلفی برای پیشگیری از خوردگی بتن وجود دارد که در زیر به معرفی بهترین و کاربردیترین موارد پرداختهایم:
استفاده از بتن با کیفیت:
استفاده از بتن با ترکیب و فرآیند ساخت مناسب، میتواند از خوردگی بتن جلوگیری کند. نتایج مطالعات و بررسی تجربیات نشان داده است که با افزایش مقدار سیمان به نسبت آب در ساخت بتن نفوذ پذیری بتن کاهش مییابد. لذا لازم است، این نسبت به طور صحیح طراحی و تهیه شود تا خروجی نهایی دارای مقاومت مناسب در برابر عوامل خورنده باشد.
کنترل عوامل محیطی:
کنترل عوامل محیطی مانند رطوبت، pH، دما و… میتواند به جلوگیری از خوردگی بتن کمک کند. به طور خاص، حفظ ترکیب مناسب بتن و جلوگیری از تماس با مواد خورنده مهم است.
آزمون و بازرسی منظم:
انجام آزمونها حین فرآیند ساخت و بازرسیهای منظم بعد از ساخت برای شناسایی نقصها و علائم خوردگی در سطح بتن، میتواند از پیشرفت خوردگی جلوگیری کند و در صورت بروز اشکال با شناسایی به موقع، میتوان اقدامات مناسب را با هزینه کمتر انجام داد.
استانداردهایی نیز برای انجام تستهای بازرسی تعریف شده است که میتوانید از آن بهره بگیرید. به عنوان مثال استاندارد ASTM C1556 به عنوان یک مرجع کامل برای انجام تست میزان نفوذپذیری بتن در این صنف شناخته شده است و از ASTM C1152 برای اندازه گیری سطح کلراید در هرلایه از بتن یا ملات میتوان استفاده کرد.
روشهای سنتی برای جلوگیری از خوردگی:
روشهایی برای کنترل خوردگی بتن مسلح وجود دارد. یک سیستم کنترل خوردگی موثر باید زمان شروع خوردگی را افزایش یا نرخ خوردگی فولاد تعبیه شده را کاهش و یا هر دو را انجام دهد.
برخی از اقدامات سنتی مورد استفاده برای مبارزه با خوردگی بتن مسلح عبارتند از:
- حفاظت کاتدی
- پوشش ضد خوردگی
متأسفانه، این روشهای سنتی که برای مقابله با خوردگی بتن طراحی شدهاند، با توجه به وضعیت فعلی زیرساختهای رو به زوال، کمتر از حد مطلوب مؤثر هستند. اعمال پوشش بتنی ضخیم یا متراکم روی فولاد کمک کننده است، اما همچنان بتن را در برابر ترک خوردن آسیبپذیر میکند. از طرفی، بازدارندههای خوردگی فقط محافظت موقتی را ارائه میدهند.
استفاده از افزودنیهای مقاومتافزا:
افزودنیهای مقاومتافزا مانند فوم سیلیس و الیاف میتوانند با حذف اثر عوامل عملکردی به مقاومت بتن در برابر خوردگی کمک کنند. ثابت شده است که استفاده از الیاف میتواند خواص مکانیکی و دوام بتن را بهبود بخشد.
الیافی که اغلب در مصالح بتن استفاده میشود شامل الیاف فولادی، الیاف شیشه، الیاف کربن، الیاف سرامیکی، الیاف پلی اتیلن، الیاف پلی پروپیلن، الیاف پلی وینیل الکل، الیاف پلی استر، الیاف بازالت و الیاف طبیعی میشوند.
الیاف فولادی در ترکیب بتن:
مطالعات گزارش شده نشان میدهد استفاده از الیاف فولادی در ترکیب بتن علاوه بر کاهش وزن مصالح ساختمانی بتنی منجر به افزایش مقاومت کلریدی و قابلیت تحمل بارهای لرزهای برای دورههای طولانیمدت میشود. علاوه براین، افزودن الیاف ریز فولادی از 0 % به 1.6% حجمی، مقاومت فشاری ملات بتنی را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد.
الیاف شیشه در بتن (GFRC):
به بتن مسلح شده با الیاف شیشه به اصطلاح GFRC گفته میشود. استفاده از الیاف شیشه در بتن به علت خاصیت ضدسایش و ضدخوردگی آن از ترک خوردگی و ایجاد شکاف در بتن جلوگیری میکند. کاهش نفوذپذیری بتن منجر به ممانعت ورود یونهای کلرید و سایر مواد خورنده میشود.
از سوی دیگر، الیاف شیشه با مدول الاستیسیته بالا میتواند خواص مکانیکی چون مقاومت کششی بتن را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و لایه محافظ در اطراف میلگردها ایجاد کند. در نتیجه مقاومت بتن را در برابر خوردگی و تغییرات دمایی افزایش دهد.
علاوه بر این پژوهشهای اخیر حاکی از توسعه الیاف شیشه با مقاومت قلیایی بالا و استفاده از آن در بتن با هدف افزایش دوام سازههای بتنی در محیط های خورنده بوده است.
به صورت کلی الیاف شیشه در چهار گروه برای تقویت بتن استفاده میشوند:
الیاف شیشه E (شیشه آهکی):
این نوع الیاف رایج ترین نوع الیاف شیشه جهت تقویت بتن است. مقاومت کششی بالا و قیمت مناسبی دارد و به طور قابل توجهی مقاومت خمشی، کششی و فشاری بتن را افزایش میدهد. این الیاف به صورت خورد شده(چاپد) یا پارچه های دوجهته و تک جهته در مجموعه فروشگاهی ایران کامپوزیت کاویان در دسترس هستند.
الیاف شیشه AR (با مقاومت قلیایی):
این نوع الیاف در برابر مواد قلیایی موجود در سیمان مقاوم هستند و برای بتنهایی که در معرض محیط های خورنده مانند آب دریا یا خاک اسیدی قرار دارند، مناسب هستند. از بین گروههای مختلف الیاف شیشه تقویتکننده سری AR موثرترین گروه برای جلوگیری از خوردگی به شمار میرود.
الیاف شیشه S (مقاومت مکانیکی بالا):
این نوع الیاف مقاومت کششی و مدول الاستیسیته بالایی دارند و برای بتنهایی که نیاز به مقاومت مکانیکی بسیار بالا دارند، مانند تیرچهها و دالهای پیش تنیده، مناسب هستند.
الیاف شیشه C (شیشه کربنات):
این نوع الیاف در برابر حرارت و مواد شیمیایی مقاوم هستند و برای بتنهایی که در معرض دمای بالا یا مواد شیمیایی خورنده قرار دارند، مناسب هستند.
در مصرف این افزودنی نوع الیاف، کسر حجمی، ساختار و جهت الیاف از نکات تاثیرگذار بر خواص است.
الیاف کربن در بتن (CFRC):
الیاف کربن بخاطر تفاوت قیمتی که در مقایسه با دیگر الیاف دارد، کمتر در بتن استفاده شده است. اما این الیاف علاوه بر ایجاد خصوصیات منحصر به فردی همچون استحکام بالا و افزایش مقاومت بتن در برابر نیروهای فشاری و کششی مزایای دیگری نیز به همراه دارد، از جمله:
- افزایش مقاومت در برابر آتشسوزی
- کاهش وزن سازه
- افزایش عمر مفید سازه
- بهبود مقاومت در برابر سایش و ضربه
- کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری
لذا، با توجه به مزایای متعدد استفاده از الیاف کربن، انتظار میرود کاربرد این نوع الیاف در صنعت بتن در سالهای آینده به طور قابل توجهی افزایش یابد.
انواع مختلفی از الیاف کربن مصرف میشود، که در ادامه به معرفی برخی از آن میپردازیم:
الیاف کربن خرد شده یا چاپد کربن:
این گروه در مقایسه با دیگر انواع الیاف کربن از قیمت پایینتر و سهولت استفاده بیشتری برخوردار است. لذا گزینه مناسبی در تقویت مصالح پیش ساخته و بتن ریزی حجیم شناخته میشود.
الیاف کربن تک جهته:
این گروه از الیاف کربن با آرایش موازی در یک جهت تولید و منجر به افزایش مقاومت کششی و سختی در جهت آرایش الیاف میشوند. از این الیاف غالبا در ساخت سازههای بتنی پیش تنیده و مقاومسازی سازههای بتنی خاص با اهمیت بالا استفاده میشود.
پارچه الیاف کربن یا الیاف کربن بافت:
در این نوع پارچه، الیاف کربن در تارو پودهای مختلف (توییل/پلین) تولید و در ساخت اعضای بتنی با بارهای کششی بالا مانند تیرها و دالها استفاده میشوند. استفاده از الیاف کربن بافت منجر به افزایش قابل توجهی در مقاومت کششی و خمشی در تمامی جهات میشود.
FRP ها در بتن:
FRP ها یا Composite Fiber Reinforced Polymers به عنوان موثرترین مواد تقویت کننده در سازههای بتنی شناخته میشوند. یکی از مصادیق استفاده از FRP ها میلگردهای کامپوزیتی است، این میلگردها غالبا از پالتروژن رزین اپوکسی و الیاف شیشه حاصل میشوند.
علاوه براین، استفاده از رزین در ملات بتن احتمال وجود منافذ در سیستم و نفوذ آب را به حداقل میرساند و مقاومت شیمیایی ایجاد میکند. از سوی دیگر، حضور الیاف به بتن قدرت و مقاومت مکانیکی بالاتری اعطا میکند و استحکام و استقامت سازه بتنی را افزایش میدهد.
برخی از نتایج مطالعات انجام شده در این زمینه استفاده از FRP در سیستم بتنی شامل موارد زیر میشود:
- 1. افزایش مقاومت کششی و فشاری ویژه
- 2. افزایش انعطافپذیری در نتیجه افزایش مقاومت در برابر نیروهای خارجی و لرزه
- 3. افزایش مقاومت به خوردگی
- 4. زیبایی و ظرافت در سازه
با توجه به نتایج مطالعات و نظر به کاربردهای گسترده این ماده در صنعت ساخت و ساز، استفاده از FRP در سازههای بتنی به عنوان یک روش موثر و کارآمد برای بهبود خواص و عملکرد سازههای بتنی توصیه میشود.
بخاطر تفاوت قیمت ناشی از استفاده FRP در مقایسه با سایر روشهای جلوگیری کننده از خوردگی بتن، این روش کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در حالیکه با حساب هزینههای تعمیر و نگهداری آتی، استفاده از FRP یک روش مقرون به صرفه خواهد بود.
نتیجهگیری
در کل، خوردگی بتن یک مشکل جدی است که میتوان با رعایت راهکارهای مناسب، از آن جلوگیری کرد. در این مقاله از وبسایت ایران کامپوزیت کاویان به این نتیجه رسیدیم که استفاده از بتن با کیفیت، استفاده از الیاف (فولادی/ شیشه/ کربن) و افزودنیها در ترکیب بتن، پوششدهی حفاظتی مناسب و نگهداری دورهای میتواند به حفظ ساختمان و جلوگیری از خسارات خوردگی بتن کمک کند.
لازم به ذکر است که اطلاعات به دست آمده ممکن است در به تأخیر افتادن چرخه خوردگی و بهبود دوام ساختمانها کمک کند اما هنوز هم این دادهها میتواند با تجارب و دانش فنّي مسئولان ساختماني و نقشآفرينان در صنعت ساختماني به چالش کشیده شود لذا از شما میخواهیم در صورت داشتن تجاربی در این حوزه با اشتراک دانش و تجربیات خود در قالب کامنت، ما را در تکمیل این مقاله یاری فرمایید.