بخشی از مقاله
چکیده
خوردگی میلگرد داخل سازههای بتنی یکی از خرابیهای رایج در سازههای در معرض یون کلرید و مخصوصا در تماس با آب دریا میباشد . برای شروع خوردگی میلگرد داخل بتن، باید لایه محافظ تشکیل شده در اطراف میلگرد تخریب گردد که یکی از عوامل تخریب کننده این لایه محافظ، افزایش یون کلرید در محل میلگرد به مقدار مشخصی به نام غلظت یون کلرید بحرانی یا آستانه خوردگی میباشد. بنابراین برای تخمین زمان شروع خوردگی میلگرد از روی میزان یون کلرید نفوذ یافته، نیاز به تعیین غلظت یون کلرید بحرانی میباشد.
در این تحقیق، زمان شروع خوردگی، میزان یون کلرید در عمق میلگرد و همچنین غلظت یون کلرید بحرانی برای شروع خوردگی در بتنهایی با نسبت آب به سیمان 0/35، 0/40، 0/45 و 0/50 بررسی شده است. همه بتنها در شرایط پاشش در سایت تحقیقاتی دانشگاه تهران واقع در جزیره قشم قرار گرفتند. آزمونه ها پس از 3، 9 ، 27 و 50 ماه در شرایط رویارویی پاشش سایت تحقیقاتی مورد آزمایش نفوذ یون کلرید قرار گرفته و بطور مداوم در بازههای زمانی حدود دو هفته، آزمایشهای اختلاف پتانسیل نیمپیل و جریان خوردگی ماکروپیل انجام شد. نتایج نشان میدهد که غلظت یون کلرید بحرانی در شرایط پاشش با افزایش نسبت آب به سیمان افزایش یافته است.
.1 مقدمه
خوردگی میلگرد داخل سازههای بتنی یکی از رایجترین خرابیهای سازههای در معرض یون کلرید بویژه در تماس با آب دریا میباشد. خوردگی میلگرد فولادی داخل بتن با از بین رفتن لایه انفعالی میلگرد آغاز می گردد. برای از بین رفتن لایه انفعالی میلگرد فولادی داخل بتن، یا باید غلظت کلرید در سطح میلگرد از مقدار معینی - غلظت کلرید بحرانی - بیشتر شود و یا pH بتن اطراف میلگرد افت کند - در اثر کربناتهشدن یا نفوذ مواد با pH کم - . اصلی ترین عامل نفوذ کلرید به داخل بتن، انتشار است. انتشار، حرکت ماده به خاطر اختلاف غلظت از نقطهای به نقطه دیگر می باشد
یکی از مهمترین پارامترهایی که در تعیین عمر مفید وجود دارد، غلظت کلرید بحرانی میباشد. عوامل مختلفی نظیر نوع مواد سیمانی، pH مایع منفذی و غیره بر میزان کلرید بحرانی موثرند که تخمین آن را مشکل میسازد . در منابع مختلف، مقدار این پارامتر برای کلرید آزاد یا کلرید کل بیان میگردد. در ضمن، یا مستقیما برای آن حدی تعیین میشود و یا حدی برای نسبت غلظت کلرید به غلظت یون هیدروکسیل معین میگردد. در ادبیات فنی، برای کلرید کل بحرانی مقادیر 0/04 تا 8/3 درصد وزن سیمان، برای کلرید آزاد بحرانی مقادیر 0/03 تا 1/16 درصد وزن سیمان - و 0/045 تا 3/22 مول بر لیتر - و برای نسبت کلرید آزاد به هیدروکسیل مقادیر متفاوتی از 0/09 تا 63 ارائه شده است .[1- 9] با توجه به تفاوت فاحش نتایج موجود در ادبیات فنی، بنظر میرسد غلظت یون کلرید بحرانی به شرایط رویارویی، دما، رطوبت، نوع بتن و سایر عوامل محیطی وابستگی شدید دارد و باید برای هر شرایط مشخص، آن را مستقیما بدست آورد.
در این تحقیق، نتایج بررسی بلندمدت نفوذ یون کلرید در بتن برای بررسی زمان شروع خوردگی و غلظت یون کلرید بحرانی در شرایط پاشش در محیط دریایی خلیج فارس در سایت تحقیقاتی دانشگاه تهران در جزیره قشم ارائه میشود. به همین منظور، 4 طرح با نسبتهای آب به سیمان مختلف 0/35 - ، 0/40، 0/45 و - 0/5 ساخته شد و آزمایش های نفوذ یون کلرید در بتن و اندازهگیریهای الکتروشیمیایی برای تعیین زمان شروع خوردگی با دو روش جریان ماکروپیل و پتاسیل نیم پیل در محل، بر روی آنها انجام گرفت.
برای این منظور، ابتدا بر اساس نتایج دو روش الکتروشیمیایی جریان ماکروپیل و اختلاف پتانسیل نیمپیل انجام شده بر روی آزمونههای قرار گرفته در شرایط پاشش جزیره قشم، زمان شروع خوردگی طبق معیارهای هر کدام از دو روش، تخمین زده شد. سپس با مقایسه زمانهای تخمین زده شده، مقدار تقریبی زمان شروع خوردگی بدست میآید. با داشتن زمان شروع خوردگی و همچنین نتایج غلظت یون کلرید در زمانهای مختلف در عمق میلگرد، میتوان مقدار یون کلرید در زمان شروع خوردگی برای هر آزمونه را بدست آورد.
2. برنامه آزمایشگاهی مواد و مصالح
سیمان مصرفی در این تحقیق سیمان پرتلند نوع 2 محصول کارخانه سیمان هرمزگان می باشد. مشخصات سیمان در جدول 1 ارائه شده است.
جدول -1 مشخصات سیمان مصرفی
مصالح سنگی مصرفی شامل شن با حداکثر اندازه 19 میلیمتر و ار نوع سنگدانه آهکی شکسته و ماسه از نوع گردگوشه میباشد. در همه طرحها از 62 درصد شن و 38 درصد ماسه استفاده گردید. در ضمن در طرحهای حاوی متاکائولن و همچنین در سایر طرحها در صورت نیاز از افزودنی فوقروانکننده پلی کربوکسیلاتی برای دستیابی به روانی مناسب و پخش یکنواخت مواد سیمانی استفاده گردید.
طرحهای مخلوط
طرحهای استفاده شده در این تحقیق شامل 4 طرح با نسبتهای آب به سیمان 0/35، 0/40، 0/45 و 0/50 و عیار سیمان 400 کیلوگرم در مترمکعب . جزییات طرحهای مخلوط استفاده شده در جدول 2 ارائه شده است.
جدول -2 مشخصات طرحهای مخلوط مصرفی
آزمونهها و شرایط رویارویی
برای تعیین غلظت یون کلرید در بتن در عمق میلگرد و همچنین برای اندازهگیریهای الکتروشیمیایی بتن مسلح، دو دسته آزمونه تهیه شد. دسته اول آزمونههای قرار گرفته در محیط سایت تحقیقاتی به شکل منشور و با ابعاد 150×150×600 میلیمتر میباشد. دسته دوم، آزمونههای مسلح به شکل منشور و با ابعاد 550×300×200 میلی متر و دارای سه میلگرد آند در بخش فوقانی و شش میلگرد کاتد در بخش تحتانی میباشد . میلگردهای استفاده شده آجدار و دارای قطر اسمی 14 میلی متر میباشند. همچنین پوشش بتنی روی میلگردها نیز 30 میلیمتر درنظر گرفته شده است.
آزمونهها پس از ساخت، بر روی میز لرزان متراکم شده و پس از یک روز از قالب خارج شدند. سپس آزمونههای سایت تحقیقاتی در دمای محیط منطقه 2 روز عملآوری رطوبتی شدند. پس از آن، آزمونههای نفوذ یون کلرید از 5 وجه توسط پوشش اپوکسی رنگ شدند تا تنها از یک طرف که سمت بالای آزمونه است، نفوذ اتفاق بیافتد.
آزمونههای سایت تحقیقاتی در شرایط پاشش آب دریای خلیج فارس در جزیره قشم قرار گرفتند.
نمونه برداری و آزمایشها تعیین غلظت یون کلرید محلول در اسید - یون کلرید کل - در عمق میلگرد پس از 3، 9، 27 و 50 ماه در شرایط پاشش سایت تحقیقاتی مطابق استاندارد ASTM C1556 انجام گرفت .[10] پودرگیری از آزمونه ها برای اندازهگیری میزان یون کلرید در عمق معادل میلگرد آزمونه بتنی با دقت 0/5 میلی متر انجام شد. پودرهای مربوط به هر آزمونه طبق دستور آزمایش ASTM C114 - بخش - 19 و ASTM C1152 آمادهسازی و سپس غلظت یون کلرید محلول در اسید آن اندازهگیری گردید
برای تعیین زمان شروع خوردگی از از دو روش جریان ماکروپیل و پتانسیل نیمپیل استفاده شد. برای تعیین زمان شروع خوردگی ماکروپیل از روش آزمایش ASTM G109 اقتباس شد. این آزمایش بر روی آزمونههای مسلح در محیط سایت تحقیقاتی و در فواصل زمانی حدود 2 هفته یکبار انجام گرفت
