بخشی از مقاله
چکیده
خوردگی آرماتور یکی از مهمترین نقص های سازه های بتنی است. روش های متعددی برای جلوگیری از خوردگی سازه ها پیشنهاد شده است. از میان همه این روش ها استفاده از بازدارنده های خوردگی نقش مهمی در حفاظت از سازه ها بر عهده دارند. بازدارنده های خوردگی بر دو نوع معدنی و آلی می باشند. بازدارنده های خوردگی آلی توجه بسیاری به خود جلب نموده اند، در این مقاله به بررسی بازدارنده های مهاجرتی خوردگی آلی پرداخته و کاربرد آنها در پروژه های ملی را مورد ارزیابی قرار می دهیم.
مقدمه
با توجه به خاصیت قلیایی بتن، فولاد موجود در آن به وسیله فیلم پسیو ایجاد شده، از خوردگی محافظت می شود. این فیلم محافظ می تواند در حضور یون کلراید یا در اثر کاهش PH در خلل و فرج - به دلیل واکنش با CO2 محیط - ، تخریب شود. در صورتی که غلظت یون کلر از آستانه بحرانی - معمولا %0/4-1 وزن سیمان - افزایش یابد، خوردگی آغاز می گردد. در اثر شروع خوردگی سه اتفاق مهم می تواند صورت گیرد: کاهش سطح مقطع آرماتور، ترک پوشش بتنی و خرد شدن - در مورد کربناسیون - . خوردگی آرماتور یکی از مهمترین نقص های سازه های بتنی است. در دهه 80 و اوایل دهه 90 با افزایش هزینه های ناشی از خوردگی، توجه زیادی به برطرف نمودن این نقص گردید .[1] اصولا بتنی که به تازگی تهیه شده است به دلیل دارا بودن خاصیت قلیایی - pH:12-13 - ، موجب حفاظت فیلم Passive آرماتور میشود - طبق نمودار پوربه برای آهن - . اما عوامل خاصی موجب از بین رفتن لایه اکسیدی و در نتیجه آغاز خوردگی در آرماتور بتن می شود. این عوامل شامل:
-1 پدیده کربناسیون - : - Carbonation
کربناسیون فرآیندی است که طی آن، CO2 موجود در هوا با هیدروکسید موجود در بتن مثل Ca - OH - 2 واکنش داده و با تشکیل کربنات موجب کاهش pH می شود. با رسیدن pH بتن به کمتر از 12، لایه اکسیدی پسیو از بین رفته و در حضور رطوبت و O2 خوردگی آرماتور آغاز می شود.
-1 وجود یون کلراید:
غلظت یون کلراید مورد نیاز برای آغاز خوردگی در آرماتور وابسته به pH بتن است. در بتن تازهساز با طبیعت قلیایی، غلظت یون کلراید بین 7500 -8000 ppm است ولی در صورت کاهش خاصیت قلیایی، این مقدار به 100 ppm می رسد.
-2 باران های اسیدی و آلاینده های صنعتی:
باران های اسیدی نیز می توانند با کاهش pH بتن، موجب خوردگی آرماتور شوند. در اثر خوردگی، محصولات ناشی از آن از جمله اکسید آهن یا هیدروکسیدها، حجمی حدود 4-12 برابر بیشتر از حجم خود آرماتور اشغال می کنند که با فشاری که ایجاد می کند، موجب ایجاد ترک و شکست در بتن و ایجاد وقایع و خسارات جبران ناپذیر می شود. در سال های اولیه، محافظت خوردگی آرماتور فولادی با افزایش کیفیت بتن - نسبت آب/ سیمان پایین - انجام می گرفت.
سپس دیدگاه های دیگری همچون استفاده از پوشش های محافظ و درزگیرها - پوشش های اپوکسی - ، بتن قیرگونی شده به عنوان غشاء، حفاظت کاتدی، بتن با مقاومت الکتریکی بالا و بتن نفوذناپذیر گسترش یافت. با توجه به نواقص هر یک از این سیستم ها همچون افزایش هزینه و انقباض بتن در برخی موارد، بازدارنده های خوردگی به عنوان جایگزین مناسب این روش ها معرفی شدند. در این میان بازدارنده های خوردگی می توانند یک روش محافظت در برابر خوردگی ساده و مناسب از نظر اقتصادی باشند .[2] بازدارنده های خوردگی به عنوان ترکیباتی تعریف می شوند که موجب افزایش زمان آغاز خوردگی شده یا به میزان قابل توجهی سرعت خوردگی آرماتور را کاهش داده و یا هر دو عملکرد را انجام می دهند.
در واقع بازدارنده های خوردگی می توانند از طریق اثرگذاری روی دوره شروع - از طریق افزایش آستانه کلراید یا کاهش سرعت - و دوره رشد - با کاهش سرعت خوردگی - عمل کنند. یک مزیت استفاده از بازدارنده خوردگی، توانایی آنها در افزایش زمان خوردگی بدون کاهش نفوذپذیری است. زیرا سیستمهایی که از طریق محدود کردن نفوذ یون کلراید، موجب کاهش سرعت خوردگی می شوند، ممکن است مشکلاتی چون خواص رئولوژیکی نامناسب در هنگام ریختن بتن، ایجاد ترک در مراحل اولیه، افزایش زمان گیرش بویژه در میزان پوزولان بالا و استحکام کم در مراحل اولیه ایجاد کنند، برخی از این اثرات ممکن است موجب کاهش حفاظت خوردگی شوند بویژه اگر منجر به ایجاد ترک گردند .[3] کاربرد بازدارنده های خوردگی در آرماتور از طریق افزودن آن به محلول آب در طول تهیه بتن یا اعمال آن روی سطح خارجی بتن سخت شده امکان پذیر است 5]،4،.[1
استفاده از نیتریت ها به عنوان بازدارنده های شناخته شده از دهه 50، جزء اولین انتخاب ها بود.کرومات ها، فسفات ها، هیپوفسفیت ها و فلوئوریدها هم جزء بازدارنده هایی بودند که در گذشته مورد توجه قرار گرفتند. بازدارنده های نیتریت از نوع آندی بوده و در صورتی که در غلظت مناسب استفاده نشوند، موجب افزایش سرعت خوردگی می شوند. یک شرح تفصیلی از مکانیسم بازدارندگی خوردگی توسط نیتریت کلسیم، ارائه شده است. واکنش آندی اصلی که در بتن رخ می دهد، شامل: - H - H2+ + 2e و به دنبال آن واکنشهای دیگری است که منجر به تولید ترکیباتی چون: - HR-OH, Fe3O4. NH2O, Fe - OH - 2 در سطح آرماتور می شود.
نیتریت کلسیم یک بازدارنده آندی است که بنا بر پاره ای نظرات، مسئولیت ترمیم نقاط ضعیف فیلم اکسید و واکنش با یون های آهن را بر عهده دارد. این باور وجود دارد که نیتریت با یون های کلرید و هیدروکسیل، در واکنش با یون های آهن رقابت می کند. مادامی که نیتریت به ترمیم فیلم اکسیدی کمک می کند، احتمال حمله کلرید به شکاف های فیلم اکسید و انحلال فیلم اکسید به صورت کمپلکس محلول Fe-Cl، کاهش می یابد. با وجود این, نیتریت و نیترات کلسیم دارای معایب و محدودیت هایی به شرح زیر است:
-1 به لحاظ زیست محیطی مضر شناخته شده اند -2 از نوع بازدارنده آندی است که چنانچه در غلظت کمتر از حد بحرانی استفاده شود، نه تنها موجب کاهش سرعت خوردگی نمی شود بلکه سرعت خوردگی را افزایش می دهد.
-3 برای افزایش کارایی لازم است در مقادیر بالا استفاده شود که در این حالت به دلیل ایجاد خاصیت زودگیر در بتن، موجب ایجاد شکاف و ترک در بتن می شود . - Shrinkage -
-4 در دوز مصرف بالا موجب آسیب به ساختار بتن می شود.
در صورت استفاده از این بازدارنده ها در مقادیر بالا، ترک در بتن ایجاد می شود و از طرف دیگر با توجه به سمی بودن این مواد، در سال های اخیر استفاده از بازدارنده های آلی به عنوان جایگزین برای این بازدارنده ها مورد توجه قرار گرفته است .[6] بازدارنده های آلی سطح را از طریق جذب و ایجاد فیلم محافظ روی سطح فولاد از خوردگی محافظت می کنند. عموما یک سر آب دوست قطبی روی مولکول آلی وجود دارد که روی
