تعیین خوردگی بتن و فولاد به روش آزمایش FIP

نیاز به یک آزمایش جهت بررسی آسیب پذیری فولادخهای پیش تنیدگی نسبت به ترک ناشی از خوردگی تنشی، به زمانی بر می گردد که فولادهای پیش تنیدگی تولید و عرضه شدند. فدراسیون بین المللی پیش تنیدگی اولین گزارشات تشریحی ارزیابی SCC برای فولادهای پیش تنیدگی مختلف را منتشر نمود. داده از تحقیق و آزمایشات بین آزمایشگاهی با محلول های الکترولیت مختلفی به دست آمده بودند که الزاما شرایط واقععی را بازسازی نمی کردند و با وجود و عدم وجود کنترل الکتروشیمیایی (قطبش) و سطوح پیش تنیدگی بین 5/0 و R_m 95/0 بودند.

در تعیین خوردگی بتن و فولاد به روش آزمایش FIP محلول های الکترولیتی زیر مورد بررسی قرار گرفتند:

• محلول جوشان Ca(NO₃)₂
• محلول آبی اشباع H₂S با و بدون کنترل الکتروشیمیایی
• محلول NH4SCN 20% با قطبش کاتدی
• آب مقطر با قطبش کاتدی
• محلول اشباع Ca(OH)₂ با قطبش آندی و کاتدی

همانگونه که انتظار می رفت، رفتار خوردگی به میزان قابل ملاحظه ای متفاوت بود. عدم قطعیت در فعالیت هیدروژن حین آزمایش، منجر به پراکندگی زیاد مقادیر زمان تا لحظه گسیختگی گردید و در نتیجه رفتار ترک ناشی از خوردگی تنشی به دقت قابل ارزیابی و رده بندی نبود. با بررسی روش های مختلف این نتیجه به دست آمد که تنها آزمایشات در محلول تیوسیانات آمونیوم غلیظ امیدوارکننده بودند. این روش که به آزمایش FIP معروف می باشد، از شرایط آزمایشی زیر استفاده می نماید:

محیط (واسط) خورنده: 200 گرم NH₄SCN در 800 گرم H₂O، دما: C°1-C°50 ترجیحا C°50 ترجیحا C°2/0-

• سلول آزمایش: حرارت دهی کنترل شده بدون گردش محیط خورنده، مواد پلاستیکی توصیه می گردد.
• نمونه: نمونه باید تنها توسط استون تمیز گردد (از نظر بهداشتی و جنبه های ایمنی، استفاده تری کلراتیلن دیگر مجاز نمی باشد).
• بارگذاری: بار ثابت برابر 80/0 مقاومت کششی نهایی واقعی به دست آمده از یک مرجع که در طول آزمایش ثابت نگه داشته شود.
• نتیجه: زمان تا لحظه گسیختگی نمونه تحت شرایط این آزمایشات تعیین خواهد شد. به علت پراکندگی نسبتا زیاد نتایج (که برای آزمایشات خوردگی عادی است)، توصیه می شود که 3 تا 12 نمونه جهت به دست آوردن یک مقدار شاخص، آزمایش شوند که این مقدار شاخص توسط توزیع گوس بر روی مقیاس زمانی لگاریتمی، ارزیابی می گردد. در صورت عدم شکسته شدن نمونه در مدت 500 ساعت، آزمایش متوقف می گردد.

دیگر مقالات کلینیک بتن را در این بخش دنبال نمایید
دوغاب چیست؟
اسپیسر بتن چیست؟
نحوه اتصال دیوار به ستون بتنی یا وال پست چگونه است؟

جزئیات بیشتر را می توان از منابع موجود به دست آورد. شرایط آزمایش که نمونه تحت آن در پتانسیل مدار باز قرار دارند، نشان می دهد که انواع مختلف پارامترها می توانند به صورت به صورتی کنترل نشده حین آزمایش، هم پوشانی داشته باشند. بنابراین، مقادیر زمان تا لحظه گسیختگی دارای پراکندگی وسیعی بوده و تنها دسته بندی ممکن، تعیین رده های فولاد پیش تنیدگی می باشد. در حقیقت هیچ نتیجه ای مربوط به شرایط اجرا و بهره برداری به دست نیامد.

جداول 6-6 و 6-7 اثر مشخصات نمونه و شرایط آزمایش را بر زمان تا لحظه گسیختگی نشان می دهند، اما یافتن یک رابطه کمی از پارامترهای موثر بر زمان تا لحظه گسیختگی ممکن نمی باشد. طول عمرهای مربوط به ساخت و بهره برداری از این نتایج قابل تخمین نمی باشد. نوع الکترولیت اجازه نمی دهد که این نتایج برای یافتن رفتار واقعی، برونیابی شوند.

آزمون خوردگی میلگرد در بتن  

جدول 6-6- تاثیر شرایط آزمایشگاهی بر مدت زمان تا لحظه گسیختگی، L، در زمان آزمایش NH₄SCN

تاثیر	درجه تاثیر		انحراف باقیمانده
کیفی	کمی
محیط خوردگی دما	بسیار زیاد	C°45        C°50 LX2	C°45±C°50 15%±L
غلظت SCN	زیاد	25/7%         20% LX2	1%±20% 5/3%±L
خلوص NH4SCN	کم	-
مقدار pH محلول	زیاد	-
قطبش آندی یا کاتدی	بسیار زیاد	-
گردش محلول	بسیار زیاد	-	با و بدون گردش L X2 to 3
سلول آزمایش قطر سلول آزمایش جنس طول سلول آزمایش	زیاد می تواند زیاد باشد کم
سلول آزمایش باز یا بسته	کم
وضعیت افقی/قائم	کم
تنش کششی میزان تنش	بسیار زیاد	Rm 5/0      8/0 L X4	Rm 01/0±8/0 5/3%±L

معایب این آزمایش به شرح زیر است: از یک الکترولیت غیر کاربردی با فعالیت هیدروژن بالا و مقدار pH اولیه پایین (4/4>pH>4) منجر به بار هیدروژنی بالا در فولادها و شکست فولادهای پیش تنیدگی در زمان های کوتاه آزمایش می گردد (h500>t>h1).

جدول 6-7- اثر ویژگی های نمونه بر مدت زمان تا لحظه گسیختگی، L، در زمان آزمایش NH₄SCN (Cl و C2 ثابت هستند)

مشخصات نمونه	اثر		توضیح
کیفی	کمی
قطر نمونه	زیاد	L  C2.D2	وابستگی شامل اثر Rm می باشد
مقاومت کششی (Rm)	بسیار زیاد	L  C1.D2	انحراف Rm در یک حرارت می تواند بین L±27%     ±2% باشد
ترکیب شیمیایی	کم تا بسیار زیاد		وابستگی به نوع فولاد اثرات بسیار متفاوت عناصر یعنی Cr
ساختار فولاد	بسیار زیاد
سطح صاف/شکل دار	زیاد		L شکل بیشتر از سطح صاف می باشد
زبری سطح	زیاد		اگر بیشتر از µm 40 باشد
آزادسازی تنش متعادل کننده	زیاد
تنش های موجود در سطح	زیاد
شیارها (زخم ها)	زیاد
عیوب سطحی	زیاد		در مقایسه با سطح بدون عیب می تواند L را تا  کاهش دهد

آستانه های زمان تا لحظه گسیختگی تنها برای داده های منفرد فولادهای پیش تنیدگی قابل تعریف می باشد. این مقادیر به قطر، ریزساختار و نوع حمل و نقل بستگی دارد. آزمایش FIP اطلاعات کافی جهت تشخیص آسیب پذیرهای ویژه انواع مختلف فولاد پیش تنیدگی را ارائه می نماید. با این وجود، برای کلیه انواع موجود در یک گروه (نورد گرم، سردکاری و آبکاری با کشش سرد)، میزان آسیب پذیری با افزایش مقاومت و برای سطوح بالاتر پیش تنیدگی، افزایش می یابد. تاکنون، هیچگونه مقادیر قابل اطمینانی، ارائه نشده است.

در پیش نویس استانداردسازی این روش توسط EN (3-10183 pr EN، فولادهای پیش تنیدگی- بخش سوم: استرند)، زمان تا لحظه گسیختگی پیشنهادی به حدی کوچک است که تقریبا هر فلزی آزمایش را با موفقیت سپری می نماید.

نورنبرگ از آزمایش FIP برای ارزیابی آسیب پذیری نسبت به SCC برای ارزیابی آسیب پذیری نسبت به SCC ناشی از هیدروژن استفاده نموده و اظهار داشته است که فولادهای پیش تنیدگی در صورتی که زمان تا لحظه گسیختگی آنها پایین تر از مقادیر زیر باشد، به عنوان بسیار آسیب پذیر قابل دسته بندی می باشند:

• سیم با کشش سرد: 2 تا 3 ساعت
• سیم با سردکاری و آبکاری: 10 تا 45 ساعت
• میله با نورد گرم: 30 تا 50 ساعت

دوباره باید تاکید گردد که آزمایشات FIP برای مقایسه انواع مختلف فولاد پیش تنیدگی (نورد گرم، سردکاری و آبکاری، کشش سرد) مناسب نیستند. بنابراین، نتایج نباید به عنوان معیار رده بندی آسیب پذیری استفاده شوند.