بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه پدیده خوردگی در سازههای بتنی اجرا شده در مناطق ساحلی کشور یکی از مشکلات جامعه مهندسی کشور میباشد. با این وجود میتوان با شناخت بهتر عوامل و دلایل آن در مناطق ساحلی کشور بخصوص منطقه خلیج فارس، گامهای موثری در راستای پیشگیری از خسارات احتمالی موجود برداشت. در این تحقیق اثرات خوردگی بر رفتار خمشی تیرهای بتن مسلح تحت بار مورد بررسی قرار گرفته است.
بدین منظور تعداد 9 تیر با ابعاد ×10 150×15 سانتیمتر با فواصل خاموت 3/5، 7 و 12 سانتیمتر در درصدهای مختلف خوردگی صفر، 5 و 15 درصد تحت بار همزمان قرار گرفتند. برای هر کدام از نمونهها تغییرات مقاومت خمشی بر حسب جابجایی تعیین شده و رفتار نمونهها حین بارگذاری مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج حاصله، در نمونههای با خوردگی 5 درصد کاهش مقاومت حدودا 5 تا 10 درصد و در نمونهها با خوردگی 15 درصد میزان کاهش حدودا 20 تا 25 درصد مقاومت نهایی نمونهی شاهد می باشد. همچنین خاموتها نقش بسزایی در کنترل رفتار و مقاومت نمونههای خورده شده داشتهاند.
.1 مقدمه
عموماً تصور بر این است که بتن یکی از مصالح بسیار با دوام است. ولی تاریخچه بتن در محیط دریایی حاکی از آن است که در مقابل آب دریا به عنوان یکی از خورنده ترین محیطهای طبیعی در جهان، بتن از نقطه نظر دوام در معرض مشکلات جدی قرار دارد .[1] خوردگی آرماتورهای فولادی درون بتن مهمترین عامل تخریب گسترده و نابهنگام ساختار بتن مخصوصاً در سازههای دریایی است.
در مدتی که لایه محافظ سطح میلگرد از بین نرفته است سرعت خوردگی بسیار پایین است اما با نفوذ یون کلر و کاهش pH محیط داخلی بتن لایه قلیایی از بین رفته و خوردگی به سرعت افزایش می یابد. محصولات خوردگی، اکسید آهن و هیدروکسید آهن بروی آرماتور ایجاد شده و افزایش حجم محصولات خوردگی باعث وارد شدن تنش و فشار به سازه میشود.
در نتیجه آن ترکها ایجاد و به سطح بتن رسیده و زمینه ورود اکسیژن و یونهای مخرب بیرون را به درون محیط سازه فراهم میکند. در صورتی که محصول اصلی زنگ زدگی میلگرد باشد حجم آن 4 برابر آهن خورده نشده است و در نتیجه انبساط آن فشار زیادی به اطراف بتن وارد مینماید .
در این تحقیق در ادامه پژوهشهای قبلی تاثیر خوردگی بر رفتار خمشی تیرهای بتن مسلح تحت بار همزمان به صورت تجربی مورد بررسی قرار میگیرد. کارهای مختلفی توسط پژوهشگران در سالهای اخیر در خصوص خوردگی سازههای بتن مسلح انجام شده است.
در سال 2010 سانگ و همکاران به بررسی رفتار برشی در تیرهای بتن مسلح با خاموتهای خورده شده پرداختند که در نهایت با شکست نمونهها نتایج حاکی از این بود که هر چه فاصله خاموتها کمتر باشد، خوردگی خاموت تاثیر خودش را در تغییر شکل تیر حین شکست بیشتر نشان میدهد و تغییر شکل تیر در درجات خوردگی کم، بیشتر است. در تیری که خاموت به صورت کامل میلگرد طولی را مهار ننموده باشد، کاهش مقاومت برشی قابل توجهتر است. همچنین افزایش خوردگی در خاموتها باعث کاهش مقاومت برشی نمونهها میشود .
در سال 2012 آقایان ژا و همکاران برای بررسی تاثیر خوردگی میلگرد طولی بر رفتار مکانیکی تیرهای بتن مسلح، 4 نمونه که شامل 2 تیر با اعمال خوردگی به مدت 26 سال و دو تیر شاهد، به ابعاد 1150×280×150 میلیمتر را مورد مطالعه قرار دادندکه نتایج نشان داد که مقاومت کششی نهایی میلگردهای خورده شده بیش از 50 درصد، نسبت به میلگردهای کششی خورده نشده کاهش داشته است همچنین در نمونههای شاهد نوع شکست به صورت ناگهانی بوده است. از آنجایی که کاهش سطح مقطع میلگرد کششی بر کاهش ظرفیت خمشی تاثیر بیشتری دارد، در نمونههای خورده شده خوردگی میلگرد موجب تغییر نوع شکست از حالت ناگهانی به حالت انعطافپذیر میشود .
همانطور که در تحقیقات مذکور مشخص است خاموت میتواند با ایجاد یک محیط پیوسته در اطراف آرماتور اصلی از توسعه ترکهای ناشی از خوردگی ممانعت نماید. لیکن تاکنونتحقیق جامعی که تاثیر درصدهای مختلف خوردگی و فواصل متفاوت خاموت تحت بار را به صورت همزمان مورد بررسی قرار داده باشد انجام نشده است. در این تحقیق با انجام آزمایش خوردگی تسریع شده برروی تیرهای بتن مسلح با درصدهای مختلف خوردگی و فاصله متفاوت خاموت تحت بار به صورت همزمان، رفتار نمونهها از طریق آزمایش شکست با روش بارگذاری چهار نقطهای مورد بررسی قرار گرفت.
.2 آزمایشات تجربی
در این تحقیق یک برنامه آزمایشگاهی برای بررسی تاثیر خوردگی بر رفتار خمشی تیرهای بتن مسلح تحت بار سرویس و الگوی شکست در تیرهای بتن مسلح تنظیم شده است. مشخصات مقاومتی بتن در جدول - 1 - درج شده است. برای انجام آزمایش 9 نمونه به ابعاد 150×15×10 سانتیمتر با 3 فاصله خاموت. 3/5، 7 و 12 سانتیمتر که در جدول - 2 - آورده شده است، ساخته شد. از این تعداد 3 نمونه خورده نشده به عنوان تیر شاهد و بقیه با درصد های خوردگی 5 و 15 درصد میباشند.
در ساخت نمونهها، میلگرد 12 و 8 آجدار به ترتیب برای میلگردهای کششی و فشاری و همچنین میلگرد Ø6 بدون آج برای خاموتها بکار رفته و در وسط نمونهها میلگرد استیل به قطر 8 میلیمتر به عنوان کاتد قرار گرفته است - شکل . - 1 همچنین انتهای میلگرد های طولی جهت اتصال بهتر میلگردها به جریان الکتریکی براساس تحقیقات و مطالعات بالیم [5] و موراکامی [3] به میزان 5 سانتیمتر از هر دو طرف تیر خارج شد. پس از اتمام زمان خوردگی آزمایش شکست با روش بارگذاری چهار نقطهای بر روی آنها انجام گرفت.
جدول .1 مقاومت فشاری نمونهها
در نامگذاری تیرها موارد ذیل مدنظر قرار گرفت:
W بیانگر خوردگی همزمان میلگرد کششی و خاموت میباشد.S1، S2 وS3 بیانگر فاصله خاموت در دو طرف تیر میباشند S1=3.5 cm - ، S2=7 cm و L1 . - S3=12 cm بیانگر طول حوضچه میباشد C3 . - L=120 cm - و C5 بیانگر درصد خوردگی میباشند - C3=5% و . - C5=15%
شکل .1 نمای شماتیک نمونههای مورد آزمایش
جدول .2 معرفی نمونه ها با فواصل خاموت مختلف در گوشهها
-3 برنامه خوردگی تسریع شده
انجام آزمایش خوردگی در تیرهای ساخته شده به استناد [6]، [7]، [8] و[9] صورت پذیرفت. در شکل 2 نحوه انجام آزمایش خوردگی تسریع شده به صورت شماتیک نمایش داده شده است. در این پژوهش 6 نمونه به منظور انجام آزمایش خوردگی در دو دسته با خوردگیهای 5 و 15درصد تحت جریان الکتریکی قرار گرفتهاند. در این نمونهها برای بررسی تاثیر خوردگی بر رفتار تیر، حوضچهای به ابعاد 120×10× 5 سانتیمتر بر روی سطح نزدیک به میلگرد کششی ساخته شده است. جریان الکتریکی با شدت 150میکرو آمپر بر سانتیمتر مربع به وسیله منبع تغذیه به نمونهها اعمال شده است. میلگرد استیل به عنوان کاتد به قطب منفی و میلگرد کششی به عنوان آند به قطب مثبت منبع تغذیه متصل گردید. درصد خوردگی با توجه به مدت زمان اعمال خوردگی و میزان جریان با استفاده از قانون فارادی بدست میآید
