راهکارهای کنترل خوردگی در سازه های بتنی

برای دوری از مشکلات بیشتر در بتن، در مراحل طراحی، تعیین نوع مصالح و مشخصات آنها برای پروژه های بهسازی و بازسازی باید اصلاحاتی انجام گیرد. اگر در تعیین مصالح در حین طرح و اجرا توجه کامل و مناسبی صورت گیرد، بسیاری از مسائل خوردگی را می توان با هزینه پایین برطرف نمود. موارد ذیل برخی از عوامل قابل توجه در این خصوص می باشند:

استفاده از فلزات مرغوب

برای اجتناب از بروز واکنش های شیمیایی، از اسفتاده از فلزات نامرغوب دوری کنید. در جایی که از فلزات نامرغوب استفاده می شود، فولادها باید گالوانیزه شوند و یا برای جداسازی دو سطح تماس از فولادهای ضد زنگ استفاده شود و یا از مصالح پوشاننده ارگانیک استفاده شود.

مناسب ترین مصالح با محیط مربوطه را انتخاب کنید.

معمولا خصوصیات فیزیکی به چهار گروه زیر دسته بندی می شوند که براساس طبیعت و شرایط محیطی رده بندی شده اند:

• روستایی: جایی که هیچگونه عامل مضر وجود ندارد.
• دریایی: جایی که نمک، رطوبت و املاح اقیانوس بر روی خوردگی سازه ای اثر می گذارد (ناحیه ساحلی).
• صنعتی: جایی که سطح بالایی از منواکسید کربن، اکسید سولفورها و اکسید نیتروژن وجود دارد (به علت سوخت روغن و یا کک با سولفور بالا) ذهمانند مناطق آلوده صنعتی.
• خشکی: مناطق کویری و صحراها

دسته بندی بالا باید به دقت آزمایش شود و با دسته بندی که صرفا مبتنی بر جغرافیا می باشد تعویض گردد. بعنوان مثال احداث سازه در ناحیه معتدل روستایی می تواند بدلیل مسائل خوردگی نسبت به یک ناحیه صنعتی خشک بسیار ارجح باشد. PH آب باران تحت تاثیر دی اکسید سولفور، مدت زمان مرطوب، مکان جغرافیایی و نگهداری متفاوت است. لذا باید در انتخاب نوع مصالح توجه بسیار زیادی شورت گیرد.

مصالح ساختمانی همیشه با عنایت به مقاومت در برابر خوردگی انتخاب شوند. معمولترین نوع فولاد ساختمانی در پلها فولاد کربناته ای می باشد که هیچ مقاومتی در برابر خوردگی ندارد، اگرچه آلیاژهای ضعیف همانند فولادهای مقاوم در برابر هوا، که اغلب نیازی به رنگ ندارد نیز در برخی از جاها مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر این، برای مشخص نمودن خصوصیات خوردگی، عوامل زیر باید در زمان انتخاب اعضای فلزی مد نظر قرار گیرد:

• تنش های خستگی
• سختی برشی در دماهای پایین
• قابلیت جوش و شکل پذیری برای جلوگیری از پارگی
• تعمیرات و نگهداری
• هزینه و عمر مورد انتظار
• پی آمدهای محیطی

جایی که عوامل محیطی ناهمگون و متهاجم است، مهندسان اغلب به فولادهای آلیاژی روی می آوردند. جهت کاهش خوردگی، فولادهای آلیاژی (شامل کروم، نیکل، مس و فلزات دیگر) معمولا به جای فولادهای کربناته بکار می روند. اجزای با کروم بالا خوردگی را به تعویق انداخته و باعث می شود که فلز ضد زنگ شود. معمولترین فلزات ضد زنگ استفاده از ترکیب نیکل، کروم برای قابلیت جوش و مقاومت در برابر خوردگی می باشد. رشد خوردگی در فولاد به دلیل دمای بالا و رطوبت موجود در مناطق گرمسیر می تواند خیلی بیشتر از محیط های ساحلی باشد.

فولادهای با آلیاژ کم، به فولادهای مقاوم در برابر هوا نیز شناخته می شوند و بصورت موثر جهت مقاومت در براب رخوردگی ناشی از هوا بکار می روند. این فلز با ایجاد یک لایه اکسید در برابر زنگ زدگی مقاوم می شود. به هر حال تحقیقات اخیر نشان می دهد که رشد خوردگی در نواحی ساحلی و صنعتی به سرعت افزایش می یابد و استفاده از فولادهای مستعد خوردگی در برابر هوا (A-588) در این نواحی و نواحی آلوده توصیه نمی شود و صرفه جویی اقتصادی با استفاده از فولاد A-588 در چنین نواحی منطقی به نظر نمی رسد. عمر مفید فولادهای رنگ شده در مقایسه با فولاد بدون رنگ بسیار بیشتر خواهد بود.

تصویری از روش ترمیم ترک در بتن

مراقبت و دقت در دتایلها

اجزا باید به دقت آزمایش شوند تا از نفوذ آب و خاک در آنها جلوگیری شود و دریچه ای برای ورود آب و آشغال ایجاد نشود. در محیط های خورنده ممکن است از اجزای بزرگتری استفاده شود (بعنوان مثال در جایی که مصالح سازه ای در زیر زمین قرار گرفته و یا در جایی که نگهداری دوره ای دور از دسترس باشند). برای اجزای پل های فلزی در محیط های خرونده یک اضافه ضخامت حدود 125/0 اینچ برای فلز می تواند متوسط عمر سازه را حدود 30% افزایش دهد. در اجزای بتنی نیز اگر از بتن متراکم تری استفاده شود و مانعی در برابر حرکت آب و یون های کلر ایجاد شود، بسیار مفید خواهد بود.

استفاده از سیستم های پوششی

اسفاده از پوشش های پوشاننده فلزی در فولاد، پوشش با مواد آلی در بتن و یا پوششی از مواد غیر آلی روی فولاد و سازه مانع مناسبی در برابر مواد خورنده خواهد بود.

حفاظت کاتدیک

هدف از چنین حفاظتی، تحمیل و تثبیت یک جریان کوچک، کافی و عمدی برای غلبه بر خوردگی موجود که توسط فرآیند خوردگی بروجود آمده است می باشد. اجزاء در حال خوردگی (آندها) با استفاده از یک آند خارجی در سطح بتن به اجزاء غیر خورنده (کاتدها) تبدیل می شوند. این روش نیازمند اطلاعاتی در مورد مقدار تقویت و ارزیابی بتن موجود می باشد. همچنین از برخورد الکتریکی دو طرفه بین میله ها در حین نصب شبکه باید اطمینان حاصل نمود.

این روش نیازمند ابزار آلات، تصویر برداری مداوم و تصحیح جریان ایجاد شده است. اگر منبع نیرو بصورت مستقیم وجود نداشته باشد، پانل های خورشیدی را می توان مورد استفاده قرار داد. اگر چه روش حفاظت کاتدیک برای استفاده در پلها محدود است لیکن برای لوله گذاری در زیر زمین و حفاری در سواحل بص��رت فراوان مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش دو سیستم اصلی وجود دارد: سیستم آند قربانی (فدا شونده) و سیستم جریان موثر.

اصول حفاظت بدین گونه است که خوردگی ناگهانی سازه هنگامی که تمام سطوح سازه پلاریزه (قطبی) شوند قطع خواهد شد. یعنی بصورت یک پتانسیل معادل که در آن عدم وجود اختلاف پتانسیل به معنای عدم وجود جریان خورنده و نهایتا خوردگی می باشد.

سیستم آند قربانی (آند فدا شونده) Sacrificial Anode System

این سیستم حفاظت که در شکل 187 نشان داده شده است نیاز به منبع نیروی خارجی ندارد ولی از منیزیم، روی یا آلومینیوم بعنوان آند و فلزات ساختمانی (مثلا فولاد) بعنوان کاتد استفاده می شود. به عنوان مثال با اجرای پوشش روی در روی خطوط لوله یا قرار دادن آند روی در مسیر لوله فولادی، جریان به واسطه فعالیت های الکتریکی کاهش می یابد. در این حالت، آند ترکیب شده یعنی پوشش روی یا ماده قرار گرفته بر روی آند در فرآیند مذکور از بین می رود. آند قربانی از جنس روی یا آلومینیوم یا منیزیم می باشد. روی و آلومینیوم در آب نمک و منیزیم در خاک موثر می باشند.

سیستم جریان موثر

از این سیستم (شکل 188) در محلی استفاده می شود که یک جریان خارجی به کار برده می شود. یک منبع قدرتمند جریان مستقیم بصورت خارجی نیاز است تا مقدار پتانسیل موثر را موازنه کندو مازاد آنرا که جریان خوردگی می باشد از سیستم خارج کند. تا زمانی که جریان جاری به پتانسیل آند و فلز سازه ای وابسته نباشد انتخاب آند براساس قابلیت انتقال جریان در الکترولیت با حداقل خوردگی و همچنین قابلیت جریان انتقالی می باشد. در این سیستم، از گرافیت، کربن، سیلیکون یا آهن خشک بعنوان آند استفاده می شود. چون جهت حفاظت سازه از خوردگی جریان باید از آند به سمت خاک یا آب حرکت کند، یک سیستم حفاظت کاتدیک باید برای بررسی عواملی از قبیل قابلیت انتقال، میزان رطوبت، خصوصیات آب و خاک، میزان اکسیژن، دما، ناهمگنی فلزات و محیط طراحی شود.

سیستم های کاتدیک جهت افزایش عمر و کاهش نگهداری خطوط لوله، تانکرهای آب و سازه های فرعی به صورت فراوان بکار می روند. آند براساس توانایی انتقال جریان با حداقل خوردگی انتخاب می شود. آندهای انرژی زا شامل: گرافیت و آهن خشک با سیلیکون بالا می باشند.