در رابطه با اثر زنگ زدگی بر روی بتن بسیاری از پژوهشگران، برای تعیین شرایط بحرانی فعال سازی فولاد، از نتایج آزمایشگاهی در محلول شبیه سازی شده بهره برده اند که برای این کار، از نمونه های فولادی با سطوح بدون پوشش فولاد استفاده نموده اند. با این وجود در شرایطی واقعی، مسلح سازی فولادی با یک سطح پوسته شده به کار برده می شود که بسته به طول مدت قرارگیری در معرض هوا، تا حدود مختلفی از زنگ پوشیده شده است. خدمات آزمایشگاهی بتن، نتایج آزمایشگاهی و همچنین آزمایشات با شرایط محیطی بلندمدت در بتن، اثر منفی لایه رنگ بر مقاومت خوردگی مسلح سازی فولادی در بتن را نشان داده اند. مشخص شده است که نرخ خوردگی مسلح سازی از پیش زنگ زده در بتن مرطوب غیر کربناته، حتی در مورد بتنی که آلوده به کلرید نباشد، غیر قابل قبول است. مطالبی که در این مقاله از کلینیک بتن مشاهده می‌کنید، درباره غلظت بحرانی کلرید است که موجب فعال سازی فولاد می گردد، محدوده وسیعی از مقادیر با بزرگی های مختلف را گزارش نموده اند (04/0 تا gL-1 35، 5/12= pH). آنچه به اصطلاح نسبت غلظت بحرانی Cl-/OH- نامیده می شود، به عنوان عامل تعیین کننده برای فعال سازی فولاد، مورد توجه قرار می گیرد. با این وجود، برخی تئوری ها پیشنهاد می کنند که وابستگی غلظت بحرانی کلرید به pH که به صورت آزمایشگاهی تعیین شده باشد، به دلایل مختلف نمی تواند هیچگونه معیار کاربردی قابل استفاده ای از شرایط محدود کننده برای فعال سازی فولاد در بتن را در اختیار قرار دهد. در ارتباط با مقدار قابل قبول کلرید، معیار محدود کننده برای استفاده اجرایی مسلح سازی در بتن غیر کربناته، عبارت است از یک مقدار 1/0 تا 2/0 درصد وزنی Cl- در سیمان. بسته به درجه اشباع با آب و کیفیت بتن، این مقدار با غلظت های کلرید در محلول حفره ای به میزان تقریبی 2 تا gL-110 متناظر خواهد بود. در بتن کربناته، کلریدها اگر چه بر نرخ خوردگی در حالت فعال تاثیر می گذارند، اما تعیین کننده فعال سازی فولاد نخواهند بود.
روش های آزمایشگاهی
رفتار خوردگی فولاد کربنی (2/0%C) در یک محلول حفره ای بتن شبیه سازی شده با مقدار کلرید کمتر از 01/0 تا gL-1 165 مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات قرارگیری در معرض شرایط محیطی در دستگاهی صورت گرفت که مجهز به یک سیستم جریان پیوسته بود تا از ثابت بودن مقادیر غلظت اکسیژن (از 1 تا gL-1 8) و خاصیت قلیایی (pH برابر 5/12 و Ca(OH)2 اشباع، pH برابر 3/13 و Ca(OH)2+KOH اشباع) در محلول شبیه سازی شده در کل طول مدت اندازه گیری، اطمینان حاصل شود. هدف از این آزمایشات آن بود که غلظت بحرانی کلرید که در آن سطح فولاد فعال می گردد، براساس اندازه گیری های الکتروشیمیایی مقاومت قطبش (LPR)، تعیین گردد. اندازه گیری ها برای سه نوع سطح فولادی بدون پوشش (سطح فولادی تمیز پس از گریس زدایی)، پوسته شده (C°65، 10 دقیقه) و سطح از پیش زنگ زده (5 ماه در هوای آزاد با خوردگی گروه C3 مطابق با ISO9223) انجام شد.
ضخامت متوسط پوسته شده، µm 15 و ضخامت متوسط زنگ، µm 22 بود. دستگاه آزمایش امکان قرارگیری همزمان 15 نمونه در معرض شرایط محیطی و ارزیابی آماری داده ها را فراهم می نمود. پس از 4 ساعت از ایجاد خودبخودی لایه محافظ در محلول قلیایی با یک مقدار مشخص pH (بدون کلرید)، سطح فولاد برای مدت 6 ساعت در معرض یک محلول حاوی کلرید قرار گرفت. اندازه گیری های مقاومت قطبش از طریق یک سیستم اندازه گیری Gamry با برنامه CMS100 انجام گرفت.
نتایج
وابستگی مقاومت قطبش به غلظت کلرید (شکل 4-1 تا 4-4) در هر مقدار pH نشان می دهد که غلظت های بحرانی کلرید برای سطح بدون پوشش در هر دو مقدار pH و با یک غلظت متوازن اکسیژن برابر gL-11 می تواند با دقت بالا تعیین گردد. دو خط مشابه در شکل های 4-1 تا 4-4، محدوده هایی از مقادیر اندازه گیری شده برای هر غلظت کلرید و هر حالت سطحی را نشان می دهند. در مورد سطح پوسته شده، این مقدار به 3 تا gCl-1 L-1 6 می رسد که مجددا مستقل از pH است. سطح از پیش زنگ زده، کاهش قابل ملاحظه مقاومت قطبی را تنها در محلول با pH 3/13 (با غلظت های کلرید تقریبا gL-1 2<) نشان می دهد، درحالی که در pH 5/12 هیچگونه کاهش عمده ای با افزایش غلظت کلرید مشاهده نگردید.
شکل 4-1- اثر غلظت کلرید در محلول شبیه سازی شده بر داده های مقاومت قطبش فولاد کربنی در pH 5/12 (اکسیژن mgL-11)
شکل 4-2- اثر غلظت کلرید در محلول شبیه سازی شده بر داده های مقاومت قطبش فولاد کربنی در pH 5/12 (اکسیژن mgL-18)
شکل 4-3- اثر غلظت کلرید در محلول شبیه سازی شده بر داده های مقاومت قطبش فولاد کربنی در pH 3/13 (اکسیژن mgL-11)
شکل 4-4- اثر غلظت کلرید در محلول شبیه سازی شده بر داده های مقاومت قطبش فولاد کربنی در pH 3/13 (اکسیژن mgL-18)
در مقایسه با سطوح بدون پوشش و سطوح پوسته شده، مقاومت خوردگی سطح از پیش زنگ زده در ناحیه با غلظت های پایین کلرید، کمترین مقدار (<1 gL-1) بود. این ناحیه غلظت متناظر است با حالت مقاوم ناپایدار سطوح پوسته شده و فلزی در طول دوره شرایط محیطی کوتاه مدت؛ در مورد سطوح از پیش زنگ زده، حتی فعال سازی جزئی را نیز می توان انتظار داشت.
بخشی از مقادیر مقاومت قطبش Ωm2
2، مدل محلول حفره ای با pH 5/12 (اشباع با Ca(OH)2 مقادیر 
50 به صورت پر رنگ نشان داده شده اند.
| سطح | اکسیژن
(mgL-1) | قسمت (%) Rp≤2Ωm2 |
| <0.01 gL-1Cl- | 0.045-1 gL-1Cl- | >1-10 gL-1Cl- | >10 gL-1Cl- |
| زنگ نزده | 8 | 5 | 4 | 100 | 100 |
| 1 | 0 | 0 | 55 | 100 |
| پوسته شده | 8 | 13 | 25 | 50 | 100 |
| 1 | 0 | 8 | 42 | 100 |
| پیش زنگ زده | 8 | 67 | 67 | 100 | 100 |
| 1 | 83 | 100 | 100 | 100 |
بخشی از مقادیر مقاومت قطبش Ωm2 2، مدل محلول حفره ای با pH 3/13 (اشباع با Ca(OH)2KOH +) مقادیر 50 به صورت پر رنگ نشان داده شده اند.
| سطح | اکسیژن
(mgL-1) | قسمت (%) Rp≤2Ωm2 |
| <0.01 gL-1Cl- | 0.05-1 gL-1Cl- | >1-10 gL-1Cl- | >10 gL-1Cl- |
| زنگ نزده | 8 | 44 | 14 | 100 | 100 |
| 1 | 28 | 14 | 83 | 100 |
| پوسته شده | 8 | 40 | 29 | 67 | 77 |
| 1 | 17 | 29 | 67 | 70 |
| پیش زنگ زده | 8 | 83 | 67 | 100 | 100 |
| 1 | 100 | 100 | 100 | 100 |
متوسط مقادیر مقاومت قطبش، مدل محلول حفره ای با pH 5/12 (اشباع با Ca(OH)2). وقتی Rp≤ 2Ωm2 است، مقادیر به صورت پر رنگ نشان داده شده اند.
| سطح | اکسیژن
(mgL-1) | قسمت (%) Rp≤2Ωm2 |
| <0.01 gL-1Cl- | 0.05-1 gL-1Cl- | >1-10 gL-1Cl- | >10 gL-1Cl- |
| زنگ نزده | 8 | 8/20 | 2/8 | 2/0 | 1/0 |
| 1 | 7/39 | 8/54 | 3/13 | 5/0 |
| پوسته شده | 8 | 3/8 | 7/3 | 5/2 | 2/1 |
| 1 | 6/29 | 2/9 | 1/3 | 5/0 |
| پیش زنگ زده | 8 | 3/2 | 0/2 | 5/0 | 2/0 |
| 1 | 2/1 | 0/1 | 3/0 | 1/0 |
متوسط مقادیر مقاومت قطبش، مدل محلول حفره ای با pH 3/13 (اشباع با Ca(OH)2 KOH+). وقتی Rp≤ 2Ωm2 است، مقادیر به صورت پر رنگ نشان داده شده اند.
| سطح | اکسیژن
(mgL-1) | قسمت (%) Rp≤2Ωm2 |
| <0.01 gL-1Cl- | 0.05-1 gL-1Cl- | >1-10 gL-1Cl- | >10 gL-1Cl- |
| زنگ نزده | 8 | 5/4 | 6/4 | 5/0 | 4/0 |
| 1 | 2/4 | 0/3 | 0/1 | 5/0 |
| پوسته شده | 8 | 1/3 | 0/3 | 0/2 | 9/0 |
| 1 | 3/4 | 9/2 | 2/1 | 6/1 |
| پیش زنگ زده | 8 | 4/1 | 2/2 | 6/0 | 3/0 |
| 1 | 6/0 | 4/0 | 4/0 | 3/0 |
با توجه به پراکندگی زیاد مقادیر مقاومت قطبش به دست آمده (در محدوده بزرگی توان یک)، نتایج براساس مقایسه کلیه مقادیر حاصل در محدوده های مربوطه از غلظت کلرید ، مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمایشات کوتاه مدت در محلول شبیه سازی شده، مقدار Ωm22 را نشان می دهند که امکان تشخیص سطح مقاوم ناپایدار از ف��ال سازی جزئی سطح را فراهم می نماید. این حالت برخلاف آزمایشات سطح مقاوم ناپایدار از فعال سازی جزئی سطح را فراهم می نماید. این حالت برخلاف آزمایشات بلندمدت می باشد که در آنها مقدار مقاومت قطبش متناظر با نرخ خوردگی قابل قبول از نظر فنی برای فولاد کربنی که µm year-1 2-1 < است، معادل Ωm2 3> تعیین گردید. تعداد اندازه گیری ها در هر محدوده از غلظت های کلرید برابر 6 تا 30 بود. مقادیر متوسط مقاومت قطبش برای هر محدوده، در جدول ها فهرست شده است.
4-4- نتیجه گیری
براساس اندازه گیری های کوتاه مدت، مشخص گردید که یک لایه پوسته شده بر روی سطح فولاد در مقایسه با یک سطح بدون پوشش، غلظت بحرانی کلرید را بهاندازه 3 تا 6 برابر افزایش میدهد. از بین رفتن حالت مقاوم در سط فولاد بدون پوشش، در محلول قلیایی در یک غلظت متوازن اکسیژن هوا، در صورتی که غلظت کلرید از gL-11 تجاوز نماید، ادامه می یابد. غلظت کمتر اکسیژن منجر به افزایشی در غلظت فعال سازی بحرانی کلرید برای هر دو حالت سطوح بدون پوشش و پوسته شده می گردد. هیچگونه جابجایی قابل ملاحظه ای در غلظت بحرانی کلرید هنگام افزایش pH محلول حفره ای از 5/12 تا 3/13، متناظر با یک افزایش 6 برابری غلظت OH- مشاهده نگردید. نتایج نشان داد که نسبت غلظت OH- دارای هیچگونه اهمیت و تاثیر عملی بر میزان تهاجم خوردگی بتن نسبت به مسلح سازی فولادی نیست. در ناحیه غلظت های پایین کلرید، سطح از پیش زنگ زده در میان سطوح مورد مطالعه، کمترین مقاومت خوردگی را نشان داد و نتایج به دست آمده، اثر منفی لایه زنگ تشکیل شده بر اثر قرارگیری در هوای آزاد را تایید نمود. افزایش خاصیت قلیایی محلول، به طور صریح و مستقیم منجر به حفاظت خودبخودی فولاد با سطح از پیش زنگ زده، حتی در محلول با مقدار بسیار پایین کلرید، نمی گردد.