بخشی از مقاله
بررسی ارتباط میان مقاومت الکتریکی بتن و نرخ خوردگی آرماتور
چکیده:
روند خوردگی آرماتور در بتن را میتوان از طریق ممانعت انتقال یونها به ریزساختار بتن تا حدی کنترل نمود. یونها دارای بار الکتریکی بوده و توانایی هر ماده در برابر انتقال بار وابسته به مقاومت الکتریکی آن میباشد. بنابراین انتظار میرود ارتباطی بین خوردگی میلگردهای مدفون در بتن و مقاومت الکتریکی بتن وجود داشته باشد. بطور کلی میتوان گفت رابطهای معکوس میان مقاومت الکتریکی بتن و نرخ خوردگی آرماتور وجود دارد. با این وجود، وابستگی مذکور متغیر بوده و نمیتوان رابطهی کاملاً مشخصی برای آن بیان نمود. در این تحقیق به بررسی ارتباط میان مقاومت الکتریکی بتن و نرخ خوردگی آرماتور پرداخته شده است. علاوه بر آن پارامترهای مختلف تأثیرگذار بر رابطهی میان مقاومت الکتریکی و خوردگی نیز بررسی شده و مشخص گردید که عوامل بیشماری بر روی نرخ خوردگی آرماتور تاثیر گذار بوده و نمیتوان با قطعیت رابطهای برای ارتباط بین نرخ خوردگی آرماتور و مقاومت الکتریکی بتن تعریف کرد.
کلمات کلیدی: مقاومت الکتریکی بتن، نرخ خوردگی آرماتور، مکانیزم خوردگی
مقدمه:
خوردگی فولاد درون بتن سبب شده است تا همواره هزینه زیادی صرف تعمیرات قطعات بتنـی شـده و همچنـین تعداد قابل توجهی از سازهها در معرض تخریب قرار بگیرند.[1] از آنجا که مقاومت الکتریکی بتن یکـی از پارامترهـای مهـم به منظور بررسی نرخ خوردگی میباشد، بنابراین در این مقاله سعی شده ارتباط بین نرخ خوردگی و مقاومت الکتریکی بـتن که با رابطه (C-R) نشان داده میشود، معرفی گردد. امروزه بطوره گستردهای این مسئله پذیرفته شده است که در شـرایط محیطی عادی (به استثنای سازههای مستغرق) میزان نرخ خوردگی بـا افـزایش مقاومـت الکتریکـی بـتن، کـاهش مییابـد. مقاومت الکتریکی مصالح که با( (m) )نشان داده میشود، نسبتی بین اعمـال ولتـاژ و ضـرب نتیجـه در یـک عـدد ثابـت میباشــد. محــدوده مقاومــت مصــالح یکــی از بزرگتــرین خــواص آنهــا میباشــد کــه بطــور مثــال بــرای نمونــههای بتنــی خشک و برای نمونههای بتنی اشباع میباشد .[2] مقاومت الکتریکی بتن به خواص آن نظیـر تخلخـل،
درجه اشباع و... بستگی دارد که مهمترین آن درجه اشباع میباشد 3]، 4 ،.[5 در یک محیط به شدت قلیایی، فولاد مـدفون در بتن به وسیله یک لایه نازک از اکسیدآهن محافظت میشود (غشاء غیرفعال). با این حال زمانی که به مقدار کافی کلرید وجود داشته باشد و یا زمانی که بتن اطراف فولاد گازدار باشد، این غشاء غیرفعال پایدار نیست و سپس پدیده خـوردگی رخ میدهد. گسترش خوردگی در فولاد درون بتن یک فعالیت الکتروشیمیایی میباشد که شامل چهار فرآینـد جداگانـه اسـت (شکل.(1 هر مرحله بیانگر مقاومت در برابر جریان الکتریکی میباشد. مقاومت الکتریکی بصورت سری بـوده کـه در نتیجـه جریان خوردگی توسط مقاومتهای بالاتر محدود خواهد شد. مقاومت در برابر جریان الکتریکـی در فـولاد کمـی میباشـد، بنابراین هریک از کاتدی و آندی و یا مقاومت الکتریکی بتن و نرخ خوردگی به خواص زیست محیطی و یـا خـواص مصـالح بستگی خواهد داشت. با توصیف جریان کاتد و آند، مقاومت الکتریکی بتن میتواند تأثیر مستقیمی بـر روی نـرخ خـوردگی داشته باشد (شکل.(1 نرخ خوردگی تحت چگالی جریـان توصـیف مـی شـود. بـه علـت وجـود کربنـات معمـولاً خوردگی آرماتورها در سطح وسیعتری از سطح آن رخ میدهد. منطقه کاتدیک و آندیک در کنـار هـم هسـتند و فروپاشـی فولاد بصورت یکنواخت صورت میگیرد که نام این مکانیسم میکروسِل یا خوردگی یکسان میباشد.[6] همچنین اگر میـزان کلرید در طول میلگردها بالا باشد خوردگی یکسان اتفاق میافتد. در (جدول(1 اختصارات و نمادهای قابل اسـتفاده در ایـن مقاله نشان داده شده است.
شکل.1 مکانیزم الکتروشیمیایی خوردگی آرماتور
1 - مقایسه تحقیقات تجربی
برای بررسی ارتباط بین C-R روش مشخص و استانداردی وجود ندارد. اکثـر آزمایشـات نـه تنهـا بـر روی رابطـه (C-R) بلکه بر روی پارامترهای دیگر خوردگی مانند پتانسیل الکتریکی و یا انتشار کلرید انجام میشـود. در جـدول 2 بـین نتایج تجربی مختلف مقایسهای صورت گرفته است.
-1-1 نمونههای ساخته شده:
معمولاً رابطه (C-R) بر روی نمونههایی با ابعاد 10 تـا 40 سـانتیمتری آزمـایش شـده اسـت. 7]، 8، 9، 11،[10 (جدول.(2 با توجه به قطر آرماتورها از 1/5 تا 16 میلیمتر، حجم نمونهها متغیـر میباشـد. اطلاعـات دقیـق در مـورد نـوع فولادهای مورد استفاده در دست نیست اما ظاهراً از هر دو مورد آجدار و صاف استفاده شده است. علاوه بـر اینهـا ضـخامت بتن پوشش بین 7 تا 76 میلیمتر بوده است.
-2-1 روشهای اندازهگیری
همانطوری که ذکر شد در حال حاضر روش استاندارد و مشخصـی بـرای محاسـبه رابطـه میـزان نـرخ خـوردگی و مقاومت الکتریکی بتن وجود ندارد. تجربه نشان میدهد بررسی مقاومت بتن با استفاده از یـک جریـان متنـاوب (AC) و بـا فرکانس بین 50 تا 1000 هرتز امکانپذیر است.[12] برای مواقعی که درجه حرارت پایین و میزان رطوبت بالا باشد توصیه میشود از فرکانس بالاتر از 100 هرتز تا 10 هرتز استفاده شود.[13] مقدار مقاومت بتن تحت تأثیر طیفی از پارامترهاسـت مخصوصا مستعد پذیرش تغییرات مربوط به رطوبت است. یونهای کلر موجود در بتن باعث کاهش میزان مقاومت میشوند در حالی که کربناتاسیون باعث افزایش میزان مقاومت آن میگردند. تغییرات رطوبت، میزان نفـوذ کلریـدها و کربناتاسـیون عمدتاً در بتن پوششی رخ میدهد. بر همین اساس میزان مقاومت بتن احتمالاً با عمق پوشش تغییر میکند و ممکن اسـت بطور فزایندهای با میزان مقاومت در عمق متفاوت باشد. چندین روش جهت اندازهگیری نرخ خوردگی در بـتن وجـود دارد.
پرکاربردترین آن روش مقاومت قطبی خطی (LPR) است که یک روش غیرتخریبی میباشـد و در اکثـر مقـالات از همـین روش استفاده شده است. روش LPR بر این اساس کار میکند که منحنی قطبی نزدیک به نیروی پتانسیل خوردگی خطـی میباشد. مقاومت قطبی را بصورت آنی میتوان با اندازهگیری محاسبه کـرد و بـا کمـک تسـاوی بـه جریـان خردگـی کلـی خوردگی میباشد.
انتقال داد. نرخ خوردگی ( ( icorr (چگالی جریان کنونی) از تقسـیم جریـان کلـی خـوردگی بـه ناحیـه در حـال بدست میآید. گرچه این عمل ساده به نظر میآید اما روش LPR به هنگام استفاده بـا چالشهـای زیـادی روبـرو میباشد .
-3-1 شرایط آزمایشگاهی:
در بسیاری از آزمایشات نمونههای بتن با ضریب (w/b ) بین 0/4 و 0/65 بررسـی شـدهاند(جـدول.(3 نسـبتهای اختلاط و نوع سیمانها متفاوت بود. تنها در یک مورد از ضرایب بالاتر 0/9 (w/b) و 1/1 جهت رسـیدن بـه تغییـر سـریع محیط داخلی استفاده شده است. از سیمانهایی مانند (FA) و (SC) در بعضی نمونهها استفاده گردیـده و نمونـهها تحـت شرایط مختلف و در زمانهای مختلف مورد بررسی قرار گرفتند (جـدول.(4 در بسـیاری از ایـن مـوارد نمونـهها در معـرض رطوبت بین 90 تا 95 قرار گرفته اند.
1 - 4 اغاز خوردگی
خوردگی ناشی از کلر در بسیاری از مطالعات بررسی شد و تنها یک مطالعه بر روی خوردگی ناشی از کربناتاسیون صورت گرفت. نمونهها در دو محفظه مختلف تحت خوردگی قرار گرفته بودند. خوردگی ناشی از کلریدها جزو پرکاربردترین روشها بود. این کار باعث کاهش زمان عدم ناکارآمدی میشود (شکل.( 2 با این حال کلریدهای مختلط ممکن است منجر به تغییرات چشمگیری در ساختار متخلخل بتن و فرآیند خوردگی شوند.
-2 تجزیه و تحلیل و میزان پراکندگی
یک ارتباط نسبی معکوس بین نرخ خوردگی و میزان مقاومت الکتریکی بتن در تمام بررسیها مشاهده شده است.
-1-2 خصوصیات، مقیاسها و همبستگیها
در مقالات مربوطه، مقاومت الکتریکی ( ( و میـزان رسـانایی ( ( مـورد اسـتفاده قـرار گرفتنـد. مقیاسهـای متفاوتی جهت به تصویرکشیدن رابطه C-R بسته به خصوصیات انتخـاب شـده، انتخـاب شـدند. مقیـاس لگـاریتمی بـرای مطالعاتی انتخاب شد که در آنها مقاومت الکتریکی با نرخ خوردگی قیاس میشد. مقیاس خطی در مواردی استفاده میشـد که میزان رسانایی دارای همبستگی با نرخ خوردگی بود. یک خط رگرسیون در بسیاری از مطالعات بـرای دادههـای تجربـی تناسب سازی شدکه این امر در هر دو حالت لگاریتمی و خطی انجام گردید (شکل3 و .(4
