بخشی از مقاله
ارزيابي خوردگي فونداسيون دکل هاي انتقال برق با استفاده از آزمون پلاريزاسيون
چکيده — خوردگي فولاد در بتن يکي از مهمترين دلايل تخريب زودرس سازه هاي بتني بالاخص فونداسيون دکل هاي انتقال برق در مناطق خورنده مي باشد. با توجه به متفاوت بودن نتايج آزمون هاي تسريع شده با آزمون هاي ميداني در ارزيابي فرآيند خوردگي و همچنين تاثير شديد متغيرهاي محيطي در اين رخداد لزوم برنامه ريزي جهت دستيابي به اطلاعات دقيق عملکردي در اين خصوص وجود دارد. در اين مقاله نتايج مربوط آزمون هاي پلاريزاسيون بر روي نمونه هاي بتني شاهد، داراي ميکروسيليس و داراي ممانعت کننده خوردگي پس از "٨"سال قرارگيري در پايگاه تحقيقاتي تجهيزات برقي هرمزگان ارائه شده است . نتايج نشان مي دهند نمونه هاي داراي ميکروسيليس در مقايسه با ساير نمونه ها از مقاومت به خوردگي بالاتري برخوردار مي باشند.
واژه هاي کليدي — خوردگي ، فونداسيون دکل ، پلاريزاسيون
١. مقدمه
تخريب انواع سازه ها ي بتني و بتن مسلح چه در خشکي و چه در دريا مسئله اي جهاني است . اکنون مشخص شده است که به منظور حصول اطمينان از پايايي سازه هاي بتني و بتن آرمه ، علاوه بر دقت هايي که در آناليز و طراحي نيرو مي شود، بايستي دقت و باريک بيني خاصي در مسائل دوام و سلامت آن نيز مد نظر قرار گيرد. با توجه به اينکه بيش از ٨٠% از تخري ب هاي وجود آمده در سازه هاي بتني در اثر خوردگي فولاد تقويت کننده آن مي باشد، اين مسئله مشخص شده است که پايايي بتن مسلح پس از رويين شدن فولاد ه ب طور چشمگيري به توانايي بتن براي حفاظت فولاد در مقابل خوردگي الکتروشيميايي ناشي از وجود رطوبت ، اکسيژن و ديگر عوامل مولد خوردگي در سطح فولاد بستگي دارد. شرايط محيطي و وجود عوامل خورنده درمحيط و يا حتي در داخل بتن مي تواند موجبات خوردگي شديد آرماتور را فراهم آورده و سبب بروز انواع مختلف خوردگي بر روي آن گردد. خوردگي هاي مختلف ايجاد شده بر روي بتن را مي توان در خوردگي در اثر مکانيزم هاي شيميايي (نظير حملات کلروري ، سولفاتي ، اسيدي ، کربناتي ، آمونياکي و قليايي ها) و فيزيکي (نظير تخريب هاي سايشي ، فرسايشي ، چرخه يخ زدن و ذوب شدن ، تغييرات دما و ميکروارگانيسم ها) خلاصه نمود. خوردگي فولاد يا آهن در بتن تحت مکانيزم هاي مختلفي انجام مي شود که مشتمل بر دو موضوع کلي خوردگي بتن و خوردگي آرماتور مي گردد. فولاد در بتن در اثر رويين شدن ناشي از طبيعت قليايي آب حفره ها و ايجاد يک لايه اکسيدي بر روي آن محافظت مي شود[١].
خواص بتن تابعي از زمان و شرايط محيطي مي باشد و لذا آزمايش هاي انجام شده بر روي بتن زماني ارزشمند خواهند بود که تحت شرايط واقعي صورت گيرند. ساليان متمادي است که آزمايش هاي مختلفي به منظور ارزيابي بتن سخت شده مورد استفاده قرار مي گيرد وليکن هنوز هيچ آزمايش
عنوان مقاله
بيست و نهمين کنفرانس بين المللي برق – ١٣٩٣ تهران ، ايران
استانداردي که در سطح دنيا مورد قبول واقع شده باشد، وجود ندارد و اغلب از تکنيک‌هاي متفاوتي در کشورهاي مختلف استفاده مي شود [٢-٥].
به دست آوردن اطلاعات مربوط به عملکرد بتن هاي مختلف مورد استفاده در ساخت فونداسيون دکل هاي انتقال در محيط هاي خورنده به طراحان کمک مي کند تا بتوانند طراحي خود را از نقطه نظر دوام مورد بازبيني قرار داده و طول عمر مد نظر از فونداسيون را لحاظ نمايند. داشتن اطلاعات دقيقي مبتني بر داده هاي ميداني مي تواند کمک شاياني در اين زمينه بنمايد و لزوم پرداختن به آزمون هاي عملکردي طولاني مدت در اين زمينه کاملا وجود دارد. بالاخص اينکه محيط هايي نظير حاشيه هاي شمالي خليج فارس از خورنده ترين مکان هاي موجود در اين کره خاکي محسوب شده و اتخاذ رويکرد مبتني بر دوام براساس داده هاي ميداني از ضروريات مي باشد.
ارائه اطلاعات مربوط به ارزيابي عملکرد ميداني روش هاي منتخب حفاظتي قابل استفاده بر روي فونداسيون دکل هاي انتقال برق با استفاده از تکنيک غيرمخرب پلاريزاسيون پتانسيوديناميک از جمله اهداف اين مقاله مي باشد.
٢.روش تحقيق
٢.١. ساخت نمونه ها
نمونه ها به صورت شاهد، همراه با ممانعت کننده و ميکروسيليس دار تهيه شدند. براي تهيه نمونه هاي ميکروسيليس دار که داراي مقدار ١٠ درصد ميکروسيليس هستند، به م ي زان ١٠ درصد از وزن سيمان کم شده و به جاي آن ميکروسيليس اضافه شد. در تمام موارد مقدار روان کننده مورد استفاده %٠.٤ وزن مواد سيماني بود. تعداد نمونة تهيه شده براي هر حالت ٦ عدد است که در جدول (١) مقدار آب و سيمان و وزن شن و ماسة مورد استفاده و همچنين مقدار ميکروسيليس استفاده شده براي تهية نمونه ها ي ميکروسيليس دار آورده شده است . بتن تهيه شده به مدت ٣ دقيقه در ميکسر اختلاط يافته و سپس ٣٠ ثانيه متوقف شده و مجددا ٢ دقيقه اختلاط ادامه يافته است .
از آنجايي که اين تحقيقات به منظور بررسي مقاومت به خوردگي بتن و اثر مواد اضافه شونده به آن در مناطق جنوبي کشور مي باشد، تعداد ٣ نمونة استوانه اي ، از هر طرح اختلاط ، برا ي بررس ي انتخاب شد.آب مورد استفاده براي تهيه بتن مطابق ترکي ب ارائه شده در جدول (٢) و سيمان مورد استفاده در تمام موارد سيمان تيپ بليني تهران (جدول ٣) بود. روانساز مورد استفاده ساخت شرکت تريکوزال بوده است . همچنين پاي ه بازدارنده مورد استفاده در اي ن تحق ي ق آم ي نوالکل م ي باشد براساس ادعاي سازنده اين بازدارنده عملکردي آندي – کاتدي داشته و مقدار مصرف آن ٣ درصد وزني سيمان است که بايستي به آب طرح اختلاط اضافه شده و به همان ميزان از آب مصرفي کسر گردد. براي تهية آرماتور از ميلگرد شمارة ١٠ نوع A٢ استفاده شده است . در ساخت و عمل آوري نمونه ها معيارهاي مندرج در استاندارد١٨٨١ BS مد نظر قرار گرفته بودند.
2- روش تحقیق
2.1 ساخت نمونه ها
نمونه هاي مورد استفاده در اين آزمايش ها همانطور که در شکل شماتيک شماره (١) ديده مي شوند به شکل استوانه اي با ارتفاع ١٥ سانتي متر و به قطر ٨ سانتي متر بوده است که بر روي محور تقارن آن يک ميلگرد به قطر ١٠ ميل ي متر به طول ١٥ سانتي متر قرار گرفته است ، به طوري که فاصلة
انتهاي ميلگرد از قاعدة استوانه ٤ سانتي متر بوده است و ٥ سانتي متر فوقاني ميلگرد داراي يک پوشش عايق پلاستيکي بوده و تنها ١٠ سانتي متر از
آرماتور در تماس با بتن بوده است .
شکل ١: ت صوير شماتيکي از نمون هاي تهيه شده
نمونه هاي ريخته شده به مدت ٢٤ ساعت نگهداشته شدند تا خودگيري کامل شود و بعد از آن تمام نمونه ها درآب غوطه ور شده و عمل آوري شده اند. مدت زمان عمل آوري ٢٨ روز بود. شرايط نصب نمونه ها به اين صورت بود که ابتدا تمام نمونه ها به محل پايگاه تحقيقاتي منتقل شده سپس از محل خارج شدن آرماتور از بتن با چسب سيليکا آب بندي شدند. اين عمل به اين علت انجام شد که از ايجاد خوردگي شياري در اين مناطق جلوگيري شود. سپس نمونه هاي مربوط به هر حالت خاص در يک جعبة پلاستيکي بصورت عمودي قرار داده شدند (بطوريکه آرماتور بيرون آمده از بتن در بالاي نمونه قرار گرفته باشد) و در عمق نيم متري در فاصلة ٣٠
متري از ساحل قرار داده شدند (شکل ٢).
شکل ٢: نمونه هاي بتني در حين نصب شدن در سايت برق منطقه اي
هرمزگان
٢.٢.تشريح محل نصب نمونه ها
محل نصب نمونه هاي بتني در بندرعباس ـ منطقه پايگاه تحقيقاتي واقع در مجاورت روستاي بوستانو مي باشد. درجه حرارت محيط مورد بررسي به دليل نزديکي به خط استوا بسيار زياد بوده و به طور متوسط بين ٣٠ ال ي ٤٠ درجه سانتي گراد متغير مي باشد. تغييرات درجه حرارت در شبانه روز و در طول سال نيز داراي افت و خيزهاي بالايي است ب ه گونه اي که تغييرات دمايي در طول سال به بيش از ٤٥ درجه سانتي گراد مي رسد. جزر و مد در اين منطقه بيش از ٢.٥ متر مي باشد و در طول شبانه روز عموما دو بار جزر و مد انجام مي شود. ميانگين مقدار بارندگي در سال در اين منطقه به ميزان
٢٣٤.٨١ ميلي متر بوده است که ن شان مي دهد ميزان بارندگي به مقدار کمي است و خصوصيات جغرافيايي منطقه به عنوان ناحيه گرمسيري احتمال وقوع برخي از انواع خوردگي را بيشتر مي نمايد. در ماه هائي از سال که ريزش باران وجود دارد احتمال اين مسئله مي باشد که پوشش بتن بتواند آب باران را تا لحظه تبخير شدن در خود نگه دارد و به نظر مي آيد که اين مقدار ريزش باران نتواند سطح را به طور مناسب بشويد لذا خوردگي بتن بوجود مي آيد.
در طبقه بندي آلودگي هاي اتمسفري مطابق با استاندارد ٩٢٢٣ ISO به دو نوع آلودگي دي اکس ي د گوگرد و آلودگي به وس ي له انتقال ي ون هاي کلر با کمک وزش هوا اشاره مي شود. اي ن دو نوع آلودگي نمايش دهنده اتمسفرهاي شهري ، روستائي ، صنعتي و دريائي هستند. مطابق با استاندارد
٩٢٢٣ ISO وجود اتمسفري با يون هاي مهاجم کلريدي به طرز شديدي وابسته به دوري از درياي شور و جهت وزش و سرعت باد، نقشه نگاري موضعي ، فاصله از منطقه در معرض قرارگيري تا دريا و عوامل ديگر دارد که با توجه به ارزيابي ها و قرائت هاي انجام شده و مجاورت نمونه ها با خليج
شديدا نمکي فارس اين اتمسفر در طبقه C٥ قرار دارد (شکل ٣).
شکل ٣: محل نصب نمونه ها براي مدت ٨ سال در پايگاه تحقيقاتي تجهيزات برقي هرمزگان
3
.2.3 انجام آزمون پلاریزاسیون
آزمون پلاریزاسیون یک آزمون غیرمخرب می باشد که با استفاده از آن اطلاعات ارزشمندی همچون شدت جر یان خوردگی، پتانسیل خوردگی و همچنین سرعت خوردگی برای نمونه مورد آزما یش بدست می آ دی. که با توجه به این اطلاعات می تواند از وضعیت نمونه و ایسازه مورد نظر مطلع گرد دی و در مورد عمر کارکرد باق ی مانده تصم میگریی کرد. پلاریزاسیون پارامتر بسیار مهمی در واکنش های الکتروشیمیایی خوردگی بوده که قادر است سرعت خوردگی را در این واکنش ها بیان کند. هنگامی که یک فلز با یون محلول خودش در تعادل نباشد، پتانسیل الکترود با پتانسیل خوردگی آزاد تفاوت میکند که مقدار این تفاوت را پلاریزاسیون مینامند .[6] پس از 8 سال قرار گیری نمونه ها در محیط، بتن ها به آزمایشگاه خوردگی دانشگاه صنعتی شریف منتقل شده و آزمون های پلاریزاسیون بر روی آنها انجام شد. جهت بررسی رفتار خوردگی نمونهها ، آزمون پلاریزاسیون مطابق استاندارد [7] ASTM G5 ترتیب داده شد. محاسبات مربوط به اندازهگیری افت IR و دانسیته جریان خوردگی مطابق با استاندارد [8] ASTM G102 انجام گرفت. در این آزمون از سل سه الکترودی با الکترود مرجع از نوع کالومل اشباع شده با کلرید پتاسیم، الکترود کمکی از جنس پلاتین و الکترود کاری از نمونههای بتنی مسلح استوانهای شکل استفاده دش. تمام آزمایش ها در دمای محیط و در محلول 3/5 درصد نمک طعام در محدوده پتانسیل 1500- میلی ولت تا 1000+ میلیولت با سرعت جاروب ده میلیولت بر دقیقه انجام شده است. هدف از انجام این آزمون مقایسه بین انواع روش های حفاظت از سازه های بتنی می باشد که در این مقاله ذکر شده است.
.3 نتایج
در بسیاری از تحقیقات مشابه با اندازه¬ رگیی پتانسیل مدار باز و مقایسه آن با استاندارد [9] ASTM C 876 به صورت کیفی شرا یط خوردگی آرماتور در بتن مورد بررسی قرار میگیرد. در این بخش آزمون پلاریزاسیون انجام گرفت تا با استفاده از داده های این منحنی شرایط خوردگی (با استفاده از پتانسیل خوردگی) و م یزان جر یان خوردگی مورد بررسی قرار گیرد.
تحقیقات نشان م یدهد بعد از تقرباًی 80 روز در بتن پتانسیل خوردگی به حالت پایدار میرسد، به هم ین دلیل بعد از هشت سال انتظار م یرود لا هی رویین روی سطح آرماتور از بین رفته و خوردگی آرماتور در یک پتانسیل ثابت (پتانسیل خوردگی) انجام گیرد (انتقال از حالت رویین به فعال).
با استفاده از برون یابی تافل توسط نرم افزار دانسیته جریان خوردگی و پتانسیل خوردگی و ثابت آند ی وکاتدی تافل استخراج گرد دی. که در ادامه هر کدام از پارامترهای فوق مورد بررسی قرار می گیرند.
.3.1 نتایج مربوط به اندازه گیری پتانسیل خوردگی
میتوان با اندازه رگیی پتانسیل مدار باز آرماتور در بتن، خوردگ ی آرماتور در بتن را پیشبینی کرد و از آنجا یی که پتانسیل مدار باز با پتانسیل خوردگی آرماتور در بتن تقرباًی برابر است م یتوان علاوه بر مقایسه پتانسیل هر یک از حالت های فوق، حالت خوردگی آرماتور در بتن را نزی پیش بینی نمود. براساس استاندارد ASTM C876 (که خلاصه آن در جدول (4) نشان داده شده است) بعد از هشت سال قرارگ ریی نمونه ها در پا یگاه تحقیقاتی نتایج میزان خوردگی در جدول (5) آورده شده است.
