نیاز به ارزیابی مقدار کلرید بتن سخت شده احتمالا از خطر خوردگی بر می آید تا تقویت های تعبیه شده یا مفتول های آرماتوربندی. مقادیر کم کلرید (حداکثر 01/0 درصد یون کلرید با جرم بتن) به طور طبیعی در بتن موجود خواهد بود اما می تواند به میزان قابل توجهی نتیجه بخش باشد اگر سدیم کلرید (به عنوان یک ماده افزودنی) یا سنگدانه لای روبی شده دریا استفاده شوند و ممکن است خطر را نشان دهد.
همچنین کلریدها از سطح قابل جذب هستند به عنوان مثال در صورت وجود نمک دریا یا نمک های ضد انجماد، یا می توانند از طریق ترک ها وارد بتن شوند. در برخی نقاط جهان مانند خاورمیانه شن آلوده می تواند مشکل بزرگی را رقم بزند. در این مقاله با اندازه گیری کلرید در بتن و نتایج آن آشنا خواهید شد.
مراحل
علاوه بر روش آزمایشگاهی Volhard که در شرح داده شده، آیین نامه بتن انگلیس قسمت 124 طیف سنج فلورسانس اشعه ایکس و دیگر تکنیک های پیچیده جهت اندازه گیری مقدار کلرید استفاده می شود. اینها شامل طیف سنجی ناشی از شکست لیزر از راه دور (LIBS) می شود که برای استفاده در محل در حال توسعه است.
عیارسنج خودکار (شکل 9-3) و بقیه موارد هم می توانند به 200 نمونه یا بیشتر اجازه دهد تا با دقت خوب آزمایش شوند. اما هنگام استفاده از روش های خودکار توجه دقیق به کنترل کیفیت ضروری است. روش های ساده شده نیز وجود دارد که می تواند برای استفاده در محل مناسب باشد گرچه دقت این روش ها کمتر از دقت ممکن از تحلیل جزئی خواهد بود. گروه تحقیقات ساختمانی مراحلی را در برگه های اطلاعاتی برای دو روش رایج بر می شمرد و دیگر روش های موجود توسط فیگ مقایسه شده اند.
شکل 9-3 آنالیزور خودکار کلرید با استفاده از عیارسنجی پترومتریک. این دستگاه همچنین با یک گردونه ارتباط دارد تا آنالیز خودکار نمونه های متعدد را ممکن سازد.
از هر روشی که برای تحلیل استفاده شود، یک نمونه پودر شده بتن با جرم حداقل 25 گرم مورد نیاز است. تهیه این با روشی که قبلا شرح داده شد انجام می شود معمولا از مغزه های قطعه شده یا از طریق دریل کردن با سر مته سنگ تراشی در مته کوبه ای دوار دستی کم سرعت (شکل 9-4). باید در اجتناب از فولاد احتیاط شود که ممکن است با پوشش سنج جاسازی شده باشد. نظرات متفاوتی راجع به تکنیک های نمونه برداری با استفاده از سوراخ کاری وجود دارد گرچه عموما پذیرفته شده که لازم است قطر دریل حداقل مساوی با اندازه سنگدانه درشت باشد تا نمونه ای معرف حاصل شود و عمقی مشابه برای قطعه نمونه نیز لازم است. بنابراین غالبا 20 میلی متر به کار می رود اما برخی مهندسان ترجیح می دهند سوراخ کاری ها از چند سوراخ مجاور با قطر کوچک را ترکیب کنند.
شکل 9-4 جمع آوری میدانی نمونه گرد و خاک با ایجاد سوراخ
اگر نیاز به غلظت لایه سطحی باشد، نمونه ها یا قطعات از اعماق بیشتر باید استفاده شود اما اگر نتایج در نظر مرتبط با داخل بتن گرفته شود، سوراخ کاری ها از نظر سطحی 5 میلی متری باید کنار گذاشته شود. سطوح نمایان خارجی ممکن است با آب فراوان شسته شود و نتایج نامشخصی بدهد بنابراین در صورتی که سوراخ کاری عمیق به کار رود، ترجیحا باید از داخل ساختمان انجام شود اما در حالی که از آلودگی از گچ و دیگر سنگدانه دوری می شود. نواحی سطحی در معرض نفوذ آب دریا نیز به طور مشابه نتایج نامشخص در رابطه با بدنه بتن می دهند.
سوراخ کاری ها را می توان در یک ظرف تمیز که در برابر سطح بتن زیر سوراخ دریل فشرده شده جمع آوری کرد در عین اینکه جانب احتیاط به منظور جلوگیری از دست دادن سنگدانه رعایت می شود. بسیار اهمیت دارد که گرد دریل با دقت جمع آوری شود و نباید در شرایط هوای بادی با باد برده شود. هرگاه در نمونه کلرید وجود داشته باشد، گرد و غبار ریز غالبا دارای سطح بالاتری کلرید نسبت به گرد و غبار درشت خواهد بود. انواع قیف ها و وسایل جمع آوری لوله ای توسعه یافته اند تا به جمع آوری نمونه کمک کنند. تکنیک های سوراخ کاری خلا نیز وجود دارد که از دست رفتن ذرات ریز از نمونه جلوگیری می کند.
مطالب مرتبط با را در این بخش از کلینیک بتن ایران تولید کننده افزودنی بتن دنبال نمایید
اندازه گیری سولفات در بتن
آسیبهای شیمیایی بتن (کربوناسیون، کلریدها، سولفاتها و سرطان بتن)
آنالیز آزمایشگاهی (روش Volhard)
این روش که در آیین نامه بتن انگلیس قسمت 124 با جزییات بیان شده، نسبتا ساده و قابل اطمینان است اما نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته و تجربه دارد. حدود 5 گرم از نمونه پودر شده یا زمینی به نیتریک اسید رقیق داغ آغشته می شود و سپس از صافی رد شده و خنک می گردد. نیترات نقره و الکل با شاخص آلوم دارای ترکیبات آهن به آن اضافه شده و با تیوسیانات آمونیوم عیار آن را تایین می کنند. معمول است که نتایج به صورت درصد یون کلرید با جرم بتن یا سیمان بیان شود.
روش های ابزاری
طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس را می توان جهت تایین هر دو مقدار سیمان و کلرید نمونه های فشرده شده به کار برد. طول موج و شدت تابش فلورسانس که توسط اشعه های ایکس پر انرژی تولید می شود با خواص نمونه های استاندارد ترکیب شناخته شده مقایسه می شود. برای این روش آماده سازی تخصصی نمونه و تجهیزات آزمایش لازم است اما تحلیل سریع است و مقدار سیمان و کلرید از نمونه مشابه بدست می آید در صورتی که لازم باشد برای تحلیل مکرر وجود دارد. روش های سریع تری مانند رنگ نگاری یون و استفاده از الکترودهای یون-گزین محبوبیت رو به رشدی دارند و نسخه سریع در محل روش دوم موجود است.
روش ساده شده Hach
این روش از کیت تجاری در دسترسی برای تایین عیار تعداد قطره با محلول نیترات نقره در حضور شاخص پتاسیوم کرومات استفاده می کند. این کیت شامل یک بطری محلول نیترات نقره با قطره چکان، کپسول های شاخص، یک لوله اندازه گیری پلاستیکی و یک بطری شیشه ای برای تایین عیار است. یک نمونه پودری 5 گرمی وزن شده و در 50 میلی لیتر از نیتریک اسید حل می شود و 5 گرم از بی کربنات سدیم در این محلول که از صافی رد شده حل می شود. 75/5 میلی لیتر نمونه محلول صاف شده اندازه گیری شده و در بطری عیار سنج با مقداری از یک کپسول شاخص قرار می گیرد و محلول نیترات نقره قطره قطره اضافه می شود تا زمانی که تغییر رنگ از زرد روشن به قهوه ای مایل به قرمز ضعیف رخ دهد (شکل 9-5).
برای آزمایش روی یک واحد 75/5 میلی لیتری از محلول صاف شده، مقدار درصدی یون کلرید با جرم بتن مستقیما با تعداد قطره ها 03/0 داده شده در حالی که اگر کمتر از 4 قطره نیاز باشد 2 واحد اضافی از محلول صاف شده اضافه خواهد شد و مجموع تعداد قطره ها مورد نیاز 3 واحد ثبت شد. در این حالت نتیجه مورد نیاز با مجموع تعداد قطره ها 01/0 بدست می آید. این روش آسان و سریع است و گرچه نیاز به محل کار وجود دارد، برای استفاده در محل توسط کارکنان بدون تجربه متخصص مناسب است.
شکل 9-5 با استفاده از روش Hach
روش ساده Quantab
این روش از نوار تست تجاری در دسترس Quantab استفاده می کند تا غلظت کلرید یک محلول را اندازه بگیرد. محلول حاوی 5 گرم بتن پودر شده با روشی که در شرح داده شد بدست می آید. نوار پلاستیکی با حدود 75 میلی متر طول و 15 میلی متر عرض با یک شمع مویینه عمودی آغشته به دی کرمات نقره (شکل 9-6) قرار دارد. در بالای ستون یک دریجه هوای افقی وجود دارد که یک شاخص زرد حساس به رطوبت دارد و هنگامی که لوله مویین پر می شود رنگ آن به زرد تغییر می یابد. انتهای پایینی نوار تست در محلول کلرید قرار می گیرد تا زمانی که لوله مویین پر شود و دی کرومات قهوه ای مایل به قرمز در لوله مویینه با کلرید وارد واکنش شود و کلرید نقره سفید تشکیل شود.
شکل 9-6 آزمایش کلرید Quantab
نوک این تغییر رنگ مربوط است به مقیاس عمودی و قرائت به میل�� گرم به لیتر یون کلرید با ارجاع به جدول کالیبراسیون تبدیل می شود. این مرحله با جزییات در مرجع 384 بحث شده و استفاده از نوارهای تست با دامنه کم (نوع 1375) برای اهداف معمولی توصیه می گردد. در نوارهای با دامنه زیاد باید جانب احتیاط رعایت شود چرا که ممکن است غلظت کلرید در بعضی موقعیت ها زیاد برآورد شود.
گرچه برای آماده سازی نمونه تجهیزات لازم است، این روش برای استفاده در محل توسط کارکنان بدون تجربه متخصصین باید مناسب باشد و برای تشخیص وجود و سطح مقادیر قابل توجه کلرید برای اهداف عملی از دقت کافی برخوردار خواهد بود. مجموع زمان مورد نیاز برای این آزمایش حدود 30 دقیقه است و در تجربه نویسنده این، قابل اعتماد ترین روش ساده شده به نظر می رسد اگر توسط پرسنل باتجربه به کار رود.
قابلیت اطمینان و ارزیابی نتایج
پراکندگی کلرید به دلیل مهاجرت و دیگر تاثیرات ممکن است به طور قابل توجهی در یک عضو متغیر باشد و تعداد کافی از نمونه باید بدست آید. گروه تحقیقات ساختمانی نمونه های واحدی از حداقل 10 درصد یک گروه از اجزای ساختمان تحت مطالعه را برای تشخیص مقادیر قابل توجه کلرید در اعضای گروه پیشنهاد می کند. اگر یک عضو منحصر به فرد تحت مطالعه باشد، باید چند نمونه با توجه به اندازه در نظر گرفته شود. نتایج توسط گرانتام و اوانز و توسط موسسه نروژی تحقیقات ساختمانی نشان داد که دقت و قابلیت تکثیر درون آزمایشگاهی آزمایش کلرید بتن سخت شده، ضعیف بود.
در بسیاری از موارد لازمه اصلی وجود سطوح کلرید بیش از سطح مورد انتظار است و روش های ساده شده کافی خواهند بود. استفاده در محل نوارهای تست سریع است و می تواند غلظت طیف 03/0- 2/1% یون کلرید رابا جرم بتن تایین کند و حتی اگر کمتر وجود داشت، ایجاد کند. با روش دقتی مشابه ممکن خواهد بود. نتایج بیان دشه به شکل درصد یون کلرید با جرم بتن برای روش های ساده شده کفایت خواهد کرد و در صورت انتظار تفاوت های بزرگ میان مخلوط های تایین شده و به دست آمده باید مورد استفاده قرار گیرند. در موارد مشکوک یا مرزی، یا در جایی که سطح دقیق مورد نیاز است، لازم است تایین آزمایشگاهی صحیح صورت گیرد.
در این موارد مقدار سیمان بتن باید مانند تایین گردد بنابراین نتیجه به صورت درصد یون کلرید با جرم سیمان می تواند بیان شود. جدول 9-1 مقایسه ای میان نتایج را نشان می دهد که از دامنه وسیعی از روش های مختلف آزمایش برای مجموعه ای از نمونه های آزمایشگاهی در حالتی که درصد معلومی از سدیم به مخلوط اصلی بتن اضافه شده استفاده کرده است. بسیار اهمیت دارد که اساس اراده نتایج واضح نشان داده شود تا از سردرگمی در مرحله ارزیابی اجتناب گردد.
جدول 9-1 مقایسه نتایج بدست آمده از تحلیل کلراید ها
شماره ترکیب | 1 | 2 | 3 | 4 |
درصد محتوای کلراید با وزن بتن | 0225/0 | 0474/0 | 0731/0 | 1681/0 |
تکنیک تحلیل | تعداد تحلیل ها برای هر غلظت کلراید | درصد مقدار میانگین با وزن بتن | انحراف استاندارد | درصد مقدار میانگین با وزن بتن | انحراف استاندارد | درصد مقدار میانگین با وزن بتن | انحراف استاندارد | درصد مقدار میانگین با وزن بتن | انحراف استاندارد |
RCT | 43 | 0165/0 | 0039/0 | 0361/0 | 0064/0 | 0546/0 | 0161/0 | 1416/0 | 0251/0 |
Quantab | 19 | 0243/0 | 011/0 | 0501/0 | 0075/0 | 0745/0 | 0137/0 | 1622/0 | 0142/0 |
Volhard | 11 | 0162/0 | 0096/0 | 0394/0 | 0148/0 | 0669/0 | 0065/0 | 1572/0 | 0213/0 |
عیارگیری پتانسیل سنجی | 9 | 0221/0 | 0009/0 | 0485/0 | 0017/0 | 0742/0 | 0024/0 | 1809/0 | 0106/0 |
اندازه گیری پتانسیل سنجی با الکترود یون انتخابی | 3 | 0204/0 | 0099/0 | 0505/0 | 0156/0 | 0841/0 | 0273/0 | 1730/0 | 0475/0 |
سنجش اسپکترو فتومتر | 1 | 028/0 | - | 054/0 | - | 0785/0 | - | 1860/0 | - |
اگر مقدار سیمان معلوم نباشد، میزان معمول 14 درصد فرض می شود و از این رو مقدار درصدی کلرید با جرم بتن، با یک عامل چند برابر می شود تا رابطه با سیمان را تخمین بزند. جرم کافی از نمونه (بیشتر از 25 گرم) برای نمونه های گرد و غبار ضروری است تا تضمین کند که مقدار سیمان نمونه معرف مقدار سیمان بتن است. حتی اگر مقدار سیمان بین 11 تا 20 درصد در نوسان باشد، دقت باید در حدود 2/0± درصد کلرید با جرم سیمان باشد با این فرض برای مقادیر کلرید که کمتر از 1/0 درصد جرم بتن هستند. تایین دقیق کلرید به عنوان روش میانجی در اختلافات طبیعتا لازم خواهد بود.
هر روش آنالیزی که به کار رود، در هنگام نمونه گیری با سوراخ کاری، از ذرات بزرگ سنگدانه باید دوری شود زیرا ممکن است منجر به ناچیز پنداشتن درصد واقعی کلرید در بتن شود. صرف نظر از نوع روش مورد استفاده، بهبود دقت کلی %05/0± یون کلرید به سیمان در سطح اطمینان 95% به دلیل خطاهای نمونه برداری دشوار خواهد بود. آیین نامه بتن انگلیس پیشنهاد می کند که بالاترین درصد قابل قبول یون کلرید 1/0 درصد با جرم سیمان برای بتن پیش تنیده باشد یا اطمینان بالاتر از 95 درصد حد 4/0درصد برای بتن مسلح باشد. تخریب ناشی از کلریدها با جزئیات توسط کای و همکارانش بحث شده است.
کسی که همچین پیشنهدی می کند مقدار 4/0 درصد یون کلرید با جرم سیمان می تواند به منظور آغاز خوردگی فولاد تقویتی کافی باشد، گرچه در حال حاضر عموما پذیرفته شده است که به کمی 25/0درصد یون کلرید با جرم سیمان وارد شده به بتن سخت شده مورد نیاز است تا میلگرد فولادی از حالت غیر فعال خارج شود.
درحالی که این مقادیر تامین یافته اند، می تواند به ارزیابی نتایج تحلیل شیمیایی کمک کنند. هنگام قضاوت کاهش کلرید، اوج سطح کلرید قالبا در نزدیکی زیر سطح بتن یافت می شود، معمولا با عمق کربناته شدن بتن ارتباط دارد. این کاملا طبیعی است و از آزاد سازی کلرید محدود شده شیمیایی با فرآیند کربناته شدن بدست می آید. این بدین دلیل است که ترکیبی از کربنات و حتی مقادیر متوسط کلرید می تواند برای بتن مسلح بسیار آسیب رسان باشد اثر ترکیب آنها افزایش در خوردگی است.
پربازدیدترین مطالب بتون ایران را در این بخش دنبال نمایید
دوغاب چیست
چسب رزین اپوکسی چیست
دلایل ترک خوردگی بتن بعد از بتن ریزی