منطق استفاده از فولادهای آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی برای مسلح کردن بتن قرار گرفته در معرض آلودگی کلریدی شدید، علیرغم هزینه اولیه نسبتا بالای بیشتر آلیاژهای مقاوم، در سال های اخیر قوت یافته است. این تا حدی نتیجه مطالعات مستقل بلندمدت درباره عملکرد انواع مختلف فولادهای مقاوم در برابر خوردگی می باشد که نمونه برجسته آن عبارت است از کار گزارش شده توسط ارداوی و همکاران. این مطالعات، دوام عالی برخی از انواع فولادهای ضدزنگ را در مدت 10 سال قرارگیری در بتن حاوی سطوح بالای کلرید، نشان داده است. اما باید توجه نمود که عبارت «فولادهای ضدزنگ» به صورت جمعی استفاده می شود تا خانواده بزرگی شامل بیش از 60 آلیاژ آهن را با گستره وسیعی از خواص، نشان دهد. همه این آلیاژها حاوی حداقل 12% کروم بوده (همراه با سطوح کاملا کنترل شده ای از چندین عنصر آلیاژی قابل ملاحظه دیگر مانند نیکل، مولیبدن، کربن و غیره) و ریزساختارهای آنها به صورت آهن دار، آستنیتیک، مارتنزیتیک و دوگانه (آستنیتیک فریتیک)، طبقه بندی می شوند. حدود ترکیبی و ریزساختارها، معمولا باتوجه به 3-10088 BS EN در اروپا (یا یک طبقه بندی AISI مشابه در آمریکا) طبقه بندی می شوند، ترکیبات معمول انواع آستنیتیک و دو لایه به طور گسترده ای برای آرماتورهای فولادی ارائه شده در 6744BS و دفترچه راهنمای «آرماتور فولادی ضد زنگ» موجود در وب سایت UK CARES به نشانی www.ukcares.com، استفاده می شوند. فولادهای ضدزنگ، مقاومت خوردگی خود را مدیون تشکیل لایه های محافظ پایدار و آسیب پذیری متغیر آنها نسبت به تشکیل موضعی خوردگی مانند حفره ای شدن، حمله به درز و شکاف ها و ترک خوردگی تنشی- خوردگی، تا حد زیادی نسبت به مشخصات ترکیب آلیاژ، فرآوری حرارتی و محیط اطراف، حساس می باشد.
خوردگی فولاد در بتن سازه
بررسی های مربوط به ماهیت و عملکرد فولادهای ضد زنگ مورد استفاده در بتن، اخیرا منتشر شده است و یکی از مشخصات مورد توجه مشاهده شده، آن است که آلیاژهای مورد نظر هنگام جفت شدن گالوانیکی با فولاد کربنی در بتن، به صورت کاتدی های نسبتا غیر کارآمد، رفتار می کنند، بشرط آنکه عاری از اکسید شدگی که ممکن است حین جوشکاری یا فرآوری حرارتی تشکیل شوند، باشند. این مطلب منجر به ارائه پیشنهادهایی در رابطه با استفاده از آرماتور فولادی ضدزنگ به صورت انتخابی در آسیب پذیرترین بخش های سازه های بتنی و استفاده از آرماتور فولاد کربنی ساده در نواحی کم خطرتر شده است، چرا که تصور می گردد اندرکنش های گالوانیکی میان دو ماده از آنچه که قبلا نگران کننده تصور می شد، کم اهمیت تر باشد. البته می توان از چنین اندرکنش های گالوالنیکی، با استفاده از غلاف های پلاستیکی و رنگ آمیزی جهت ممانعت از تماس بین فلزات غیرمشابه، به طور کامل جلوگیری نمود، اما این کار به هزینه استفاده از مسلح سازی فولاد ضدزنگ می افزاید.
فولادهای کربن ساده اندود شده
انواع بسیار متنوعی از اندودهای فلزی و غیرفلزی به منظور بهبود مقاومت آرماتور فولادی در برابر کلریدها، به آن اعمال شده اند. پرکاربردترین پوشش و اندود فلزی، روی بوده است که از طریق انجام گالوانیزه غوطه ور گرم اعمال می شود، اما مدت ها اختلاف نظر راجع به میزان کارآمدی این روش به عنوان ابزاری جهت دستیابی به عمر خدمت دهی مورد نیاز برای سازه های بتنی در معرض سطوح بالای آلودگی کلریدی، وجود داشته است. تاکنون چندین عامل شناخته شده اند که بر عملکرد اندودهای گالوانیزه در بتن حاوی آلودگی کلریدی، خصوصا نسبت کلرید، خاصیت قلیایی سیمان و ساختار متالورژیکی اندود، اثر می گذارند. این مطلب می تواند منجر به تغییرپذیری بسیار زیادی در نرخ های مصرف اندودهای گالوانیزه تحت شرایط مختلف گردد. در ین حال که واضح است اندودهای گالوانیزه، قابلیت ایجاد تاخیر در آغاز خوردگی عمده آرماتور فولادی را دارا می باشند، اما مشکل می توان این مطلب را به مفهوم تخمین های قابل اطمینان از تعداد سال های اضافی بهره برداری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، تعبیر نمود.
با توجه به برخی مراجع مسئول، به نظر می رسد که در محیط های کلریدی شدید، تنها یک افزایش جزئی در طول عمر سازه ها قابل حصول می باشد. دیگران نیز پیشنهاد نموده اند که هنگام استفاده از آرماتور فولادی گالوانیزه، یک سطح آستانه 1% برای کلرید برحسب وزن سیمان، می تواند برای اهداف طراحی استفاده شود. توصیه شده است که خود اندود به تنهایی نباید به عنوان اولین یا تنها ابزار حفاظت در برابر خوردگی استفاده شود، بلکه اندود باید همراه با یک پوشش کافی از بتن متراکم نفوذناپذیر متناسب با نوع سازه و شرایط محیطی، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین توصیه می گردد که آرماتورهای گالوانیزه نباید در حالت تماس فلز به فلز با فولاد بدون اندود قرار گیرند تا از تشکیل کوپل های گالوانیکی جلوگیری گردد. اگر قرار باشد که آرماتورهای گالوانیزه جوش داده شوند، انتظار می رود که آسیب موضعی به اندود اتفاق بیفتد و توصیه می گردد که ناحیه متاثر تمیز شده و با رنگ غنی شده با روی، ترمیم گردد.
از میان اندودهای غیرفلزی آرماتور فولادی که توصیه شده اند، تنها نوع پرکاربرد، چسب اپوکسی گداخته (FBE) بوده است که به صورت پودری به آرماتورهای تمیز و حرارت داده شده، اعمال می گردد تا لایه ای به ضخامت تقریبی µm 200 را تشکیل دهد. مسلح سازی اندود شده با FBE از اواسط دهه 1970 در عرشه های پل بزرگراه و دیگر سازه های در معرض نمک یخ زدای، در آمریکای شمالی مورد استفاده قرار گرفته است و در اواخر دهه 1970 نیز برای اعضای زیر سازه ای مربوط به پل های دریایی در مناطق گرمسیری ایالت فلوریدا، به کار گرفته شده، اما دشواری اصلی در استفاده موثر از آرماتورهای اندود شده با FBE، جلوگیری از آسیب اندود حین حمل و نقل، نصب، تثبیت و ریختن و تراکم بتن می باشد. از زمان گزارش خوردگی سریع آرماتور اندود شده با FBE در اعضای سازه ای زیر زمین مربوط به پل های دریایی در فلوریدا اختلافاتی به وجود آمد. در نتیجه این وضعیت، تحقیقات بیشتری در سال 1993 توسط اداره کل بزرگراه های فدرال آمریکا (FHWA) آغاز گردید که یافته های مختلف حاصل از آن در یکی از گزارشات FHWA خلاصه شده است.
تجربیات اروپا در زمینه مسلح سازی FBE بسیار محدودتر از آمریکای شمالی بوده است و تردیدهای جدی درباره تجربه آمریکای شمالی در زمینه استفاده از آرماتورهای پوشش یافته با اپوکسی در بخش هایی از سازه که شدیدا در معرض تهاجم قرار دارند (مانند بخش فوقانی یک عرشه پل) به همراه آرماتورهای بدون پوشش در قسمت های دیگر، وجود دارد. علت این نگرانی آن است که انتظار می رود که آرماتورهای بدون پوشش، کاتدی هایی با مساحت زیاد را در مقایسه با آندهای تشکیل شده در نواحی گسستگی پوشش اپوکسی، به وجود آورند.