مواد بازدارنده خوردگی بتن موادی هستند که در صورت اضافه شدن (در مقادیر کم) در یک محیط مهاجم، نرخ خوردگی یک فلز بخصوص در آن محیط را کاهش می دهند. این مواد گاهی با عنوان «کاتالیست های تاخیری» و یا موادی که «یک پوشش محافظ برجا را را از طریق واکنش محلول با سطح خورنده تشکیل می دهند» نامیده می شوند. این عبارت، که برای فولاد داخل بتن به کار می رود، در سراسر این مقاله به منظور توصیف «مواد شیمیایی که با تاثیر بر سطح مشترک فولاد/بتن، از خوردگی جلوگیری نموده و یا آن را به تاخیر می اندازند»، استفاده خواهد شد و این بیانگر آن است که غلظت های کافی (ترجیحا کم) از مواد بازدارنده باید در سطح مشترک فولاد/بتن وجود داشته باشد تا از خوردگی جلوگیری شود. موادی که به روش های دیگری از خوردگی جلوگیری می کنند، مانند تغییر خواص انتقال حجمی بتن و در نتیجه محدود نمودن مقدار عوامل مهاجم بر روی فولاد، معمولا جزء مواد بازدارنده خوردگی محسوب نمی شوند.
افزودنی بتن ضدخوردگی
طبقه بندی یک ماده به عنوان «بازدارنده خوردگی» چگونگی حالت عملکردی آن را به طور دقیق تعریف نمی کند و مواد بازدارنده مختلف می توانند به صورت های متفاوتی عمل نمایند. برخی از آنها، فرآیند آندی را به تاخیر می اندازند (بازدارنده های آندی)، بعضی دیگر فرآیندی کاتدی را کند می کنند (بازدارنده های کاتدی) و برخی دیگر ترکیبی از این دو عملکرد می باشند (بازدارنده های ترکیبی). نمونه های خوبی از بازدارنده های خوردگی (از نوع آندی) برای فولاد در محیط های آبی، قلیاها می باشند مانند NaOH، KOH و Ca(OH)2. چنانکه در مقالات دیگر وب سایت مهندسین مشاور اثر مهرازان پایدار بحث شد، اینها مواردی هستند که حین هیدراسیون سیمان تولید شده و معمولا لایه محافظی بر روی فولاد تشکیل داده، حل آندی آن را به تاخیر انداخته و در نتیجه نرخ خوردگی آن را به میزان جزئی در محیطی مانند بتن متراکم غیرآلوده، کاهش می دهند.
در طول 50 سال گذشته، تلاش های بسیاری به منظور ارتقاء خاصیت حفاظتی الکترولیت های حفره ای بتن، از طریق افزودن مواد افزودنی بازدارنده خوردگی در زمان ساخت بتن، صورت گرفته است. اما به وضوح هر یک از چنین مواد افزودنی برای بتن باید بعضی معیارها را به گونه ای ارضا نماید که از اثرات نامطلوب بر روی کارآیی، هیدراسیون سیمان، خواص مکانیکی یا دیگر ویژگی های مصالح، اجتناب گردد و این امر موجب ممنوعیت استفاده از چندین مورد از ترکیباتی می گردد که اغلب به عنوان بازدارنده های خوردگی فولاد در شرایط دیگر، استفاده می شوند.
از میان بازدارنده های خوردگی که به عنوان مواد افزودنی در بتن تازه بیش از همه مورد استفاده بوده اند، نیتریت کلسیم می باشد. این ماده در سال های 1970 در آمریکا بکار رفته و کاربردهایی را نیز در سایر کشورها جهت ایجاد حفاظت تکمیلی در برابر خوردگی ناشی از کلرید، پیدا کرده است. این ماده یک بازدارنده آندی است که تصور می شود با اکسیداسیون یون های Fe2+ تولید شده آندی در نقاط آسیب دیده لایه محافظ، آن را تقویت می نماید:
Fe2+ + 2OH- + 2NO-2 y.Fe2O3 + 2NO + H2O
در حضور یون های کلرید، به نظر می رسد که نسبت غلظت های [NO-2]/[Cl-] باید از یک مقدار بحرانی، 1- 5/0~، برای شکل گیری کامل لایه محافظ، تجاوز نمایند. در شرایطی که مقادیر ناکافی نیتریت استفاده شود یا در جایی که غلظت آن به طور موضعی کاهش یابد، مثلا از طریق شسته شدن از ناحیه ترک خورده یا بتن نفوذپذیر، ممکن است خطر حفره ای شدن شدید در حضور یون های کلرید، وجود داشته باشد. برای جلوگیری از این پدیده، مواد افزودنی بر مبنای نیتریت کلسیم تنها باید تحت شرایط کنترل کیفیتی مناسب، مورد استفاده قرار گیرند. علت این کار، حصول اطمینان از کافی بودن غلظت اولیه بازدارنده و نیز به جا بودن سایر اقدامات با هدف بهبود دوام شامل پوشش کافی، نسبت پایین آب به سیمان و حداکثر عرض ترک سطحی کنترل شده، می باشد.
علیرغم وجود داده های عملکردی نسبتا بلندمدت برای مواد افزودنی برمبنای نیتریت کلسیم، نگرانی هایی درباره کارآمدی بلندمدت، سمی بودن و اثرات نامطلوب زیست محیطی آنها، موجب محدود شدن حوزه های کاربرد این مواد گشته است. تلاش هایی به منظور شناسایی مواد افزودنی بازدارنده خوردگی جایگزین ادامه یافته و در طول دهه 1990، چندین نوع جدید این مواد معرفی شده اند که شامل فرمول های اختصاصی برمبنای آمین ها، آلکانولامین ها و نمک های آنها با اسیدهای مختلف و یا مخلوط های معلق مایع استرها، الکل ها و آمین ها می باشند. اطلاعات محدودی درباره جزئیات ترکیبات این بازدارنده های آلی منتشر شده است و هنوز هیچیک شامل داده های عملکردی بلند مدت قابل مقایسه با داده های مربوط به نیتریت کلسیم، نمی باشند. مروری بر تاریخچه و یافته های اخیر بازدارنده های خوردگی برای فولاد داخل بتن، توسط انجمن خوردگی اروپا، منتشر شده است.
پیشگیری کاتدی
عبارت «پیشگیری کاتدی» توسط پدفری جهت توصیف کاربرد روش معروف حفاظت کاتدی به عنوان یک اقدام پیشگیرانه (به جای یک اقدام علاج بخشی) برای سازه های بتن مسلح ی پیش تنیده پیش از آغاز خوردگی کلریدی، مورد ��ستفاده قرار گرفت. حفاظت کاتدی، در کاربردهای معمول تر آن به عنوان یک روش علاج بخشی برای سازه های موجودی که قبلا دچار خوردگی شده اند.اما ویژگی های این روش چه برای سازه های قدیمی و چه برای سازه های جدید، مشابه بوده و شامل اعمال یک جریان مستقیم میان آرماتورهای مسلح سازی (که به عنوان کاتد یک پیل عمل می کنند) و یک آند خارجی از نوعی مناسب می باشد که بزرگی چگالی در سطحی تنظیم می شود که به جای آنکه موجب حفره ای شدن گردد، شرایط شکل گیری لایه محافظ را فراهم می نماید. برای پیشگیری کاتدی، چگالی جریان مورد نیاز عموما بسیار کوچک می باشد، mA/m2 2>، یعنی مقداری که تنها برای جابجای پتانسیل تا مقدار کمی که شرایط «تشکیل ناقص لایه محافظ» را فراهم نماید، ضروری می باشد. در این حالت، فرآیند حفره ای شدن متوقف می شود، هرچند که سطوح بالای کلرید ممکن است سرانجام به داخل پوشش بتن، نفوذ نماید(شکل 5-12 را ملاحظه نمایید).
طراحی و نصب سیستم های حفاظت کاتدی برای سازه های جدید، دارای مزایای اجرایی متعددی نسبت به استفاده از این روش به عنوان یک راهکار مقاوم سازی سازه های موجود پس از آغاز خوردگی، می باشد، اگرچه آشکار است که این اقدام، هزینه اولیه ای را تحمیل نموده و باید با توجه به انتظار و پیش بینی احتمال تشکیل سیستم های جدید و بهتری از آندها در سال های اولیه عمر کاری یک سازه جدید، مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد. به این علت و علل دیگر، امروزه کاربرد عمومی روش پیشگیری کاتدی برای سازه های بتن مسلح جدید در محیط های بسیار مهاجم مملو از کلرید، محدود شده است، اگرچه این روش برای سازه های مهمی در چندین کشور، مورد استفاده قرار گرفته است. اما جالب است که مشاهده می شود که آرماتورهای بسیاری از سازه های دریایی، به سیستم های حفاظت کاتدی متصل می باشد که مشخصا برای حفاظت کارهای فولادی روی سازه ها که در معرض شرایط محیطی قرار دارند، استفاده می شوند و در نتیجه آرماتورهای مورد نظر در واقع چگالی های جریان پیشگیری کاتدی را به صورت غیر عمدی دریافت می نماید که مقدار آن در محدوده mA/m21-5/0 تخمین شده می شود.