کاربرد پوششهای صنعتی در نفوذ ناپذیری بتن واقع در محیط خورنده

Industrial coating application for prevention of penetration

 In concrete at corrosive environment

در کنار روشهای متداول برای جلوگیری از نفوذ پدیری و خوردگی بتن و آب بند نمودن آن چون استفاده از سیمانهای پوزولان طبیعی و مصنوعی , میکرو سیلیس , حفاظت کاتدی , پوشش آرماتور ها با رزین اپوکسی ,  استفاده از ورقهای محافظ آلیاژی, آرماتورهای آلیاژی و کامپوزیت و ورقه های FRP ,  کاربرد  ژئو سنتتیک ها استفاده از پوشش بتنی محافظ و بتن پلیمری ,یکی از روشهای مقرون به صرفه و مؤثر استفاده از پوششهای صنعتی است , در این نوشتار به بررسی تأثیر برخی از پوششها در کاهش نفوذ برخی از پونهای مضر چون کلر و سولفات می پردازیم.

کلید واژه : نفوذ پذیری , دوام , حمله سولفاتها , یون کلر ,کربناسیون,پوشش,محیط خورنده 

مقدمه :

بتن در محیطهای خورنده حاوی یون کلر و سولفات به مرور زمان خورده شده و خلل وفرج در آن زیاد می گردد و تصور عمومی بر این است که به دلیل مقاومت بالای آن نیازی به پوشش محافظ ندارد ولی بایستی اذعان داشت که بتن با خواط قلیایی ذاتی در محیط اسیدی به شدت آسیب می بیند و بتن به دلیل شکننده بودن تحت تنشها و صربات مکانیکی در طی مدت زمان ترک خورده و خرد می شود و زنگ زدگی و خوردگی آرماتورهای بتن در شرایط خورنده محیط به سطوح بتن گسترش می یابدو در میان روشهای فوق الذکر, استفاده  از پوششهای صنعتی کار آمد می باشد همواره در ذهن یک مهندس سازه سوالاتی چون 1- پوشش صنعتی مناسب بایستی چه مشخصاتی داشته باشد ؟ 2- چه نکاتی را در هنگام انتخاب یک پوشش باید مد نظر داشت ؟ 3- چه باید کرد نا پوشش انتخاب شده خواص عالی خود را در طول سالیان حفظ کند ؟  مطرح است.

1- عوامل مؤثر درآسیب بتن مسلح درمحیط های خورنده :

1- استفاده نادرست ازسازه ( بارگذاری بیش ازحد، ضربه، خستگی )

2- سایش و فرسایش ( کف ها، زیرسازی ها، موج گیری ها )

3- اثرات محیطی ( حرارت، رطوبت، کربناسیون )

4- مواد اولیه ناسازگار ( مصالح سنگی قابل انقباض، ساختار مرکب )

5- شسته شدن ( حل شدن با جاری خنثی یا قلیایی )

6- حمله مواد شیمیایی ( سولفات ها، اسیدها، اسیدهای آلی،... )

7- واکنش قلیایی سنگدانه

 8- خوردگی فولاد

2- آشنایی با خرابی های شیمیایی ناشی از عوامل محیطی :

2-1- خرابی  سولفاتی

سولفاتهای محلول چون سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم در اغلب نقاط دنیا به طور طبیعی در آب و خاک وجود دارند. معمولاً خاکها یا آبهایی که دارای چنین سولفات هایی هستند، قلیایی نامیده می شوند. کلیه این سولفاتها برای بتن مضرند.

2-1-1 مکانیزم حمله سولفات ها

سولفات ها ترکیبات مختلف سیمان هیدراته شده را مورد حمله قرار می دهند. سولفات های سدیم و پتاسیم با هــــیدروکسید کلسیم و هــیدروآلومینات کلسیم ترکیب مــی شونـد.

فــعل و انــفعال ســولفات ســــدیم با هیدروکسید کلسیم را می توان به صورت زیر خلاصه کرد

وفعل و انفعال سولفات سدیم با هیدروآلومنیات کلسیم به صورت زیر است:

محصولا ت واکنشهای فوق عبارتند از:

1- گچ که موجب سستی سطح بتن و مقاومت آن شده، به میزان 125 درصد حجم مواد جامد را افزایش می دهد

2- سولفوآلومینات کلسیم که بنام اترینگایت خوانده می شود وباعث افزایش قابل ملاحظه در حجم بتن و در نتیجه ترک و ریزش آن می گردد. میزان افزایش  حجم مواد بر اثراین ترکیب به 225 درصد می رسد.

سولفات کلسیم فقط با هیدروآلومینات کلسیم واکنش انجام می دهد که در اثر این واکنش دو شکل مختلف هیدروسولفوآلومینات کلسیم تشکیل می شود

منوسولفات با مقدارکم 

سولفوآلومینات کلسیم یا اترینگایت به مقدار زیاد

2-2- خرابی کلروری

علاوه بر تأثیرکربناسیون، مهمترین عامل زنگ زدگی و خوردگی آرماتور در بتن، وجود یون کلرید در آن است که ممکن است از مصالح آلوده یا مواد افزونی آغشته به کلر یا در اثر نفوذ منابع خارجی مثل  محیط دریا وارد بتن گردد. یونهای کلرید تنها درآب وجود دارند از این رو نفوذ کلرید مشروط به حضور آب در سیستم منفذی بتن می باشد. مکانیسم ورود یون کلرید به داخل بتن یا از طریق سیستم مکنده موئینگی است که آب آلـوده به کلـر وارد بتـن میشود، یـا ازطریق نفوذ ساده یونها ( انتشار) در آب راکد ، وارد منافذ بتن می گردد. حالت اول مختص بتن های خشک می باشد وآب وسیله ای است که یون ها را در داخل بـتن حمل می کند. درحالت دوم ( انتشار) مختص بتن اشباع شده یا نزدیک به اشباع است ( بتن مغروق) دربتنی که درچرخه متناوب تر وخشک قرار می گیرد هر دو مکانیسم اجرا می شود وبنابراین تحت چنین شرایطی سرعت افزا یش یافته نفوذ یون کلرید وجود دارد.

2-2-1 مکانیزم خرابی کلروری

معمولاً خاصیت قلیایی بالای سیمان پرتلند (PH در حدود 13) منجر به ایجاد لایه محافظ نازک از اکسید فریک Fe2O3 بر روی سطح فولاد می گردد و آن را روئین و درمقابل خوردگی بیشتر محافظت می نماید. اگرچه خوردگی کلاً متوقف نمی گردد، ولـی آهنگ آن بسیار نـاچیز بوده و درحـد قـابل قبول می باشد، تا زمانیکه این لایه روئین کننده فولاد بر روی سطح آن باقی بماند، بتن محیطی ایده آل برای حفاظت فولاد در مقابل خوردگی می باشد. ترکیباتی چون دی اکسیدکربن و یون کلر می توانند باعث تخریب و از بین رقتن این قشر محافظ گردند و میلگردها را در مقابل عوامل تخریبی بدون محافظ بگذارند.

تمام کلریدها در بتن بصورت آزاد نیستند و بخشی از یونها با محصولات هیدراتاسیون سیمان پیوند فیزیکی و شیمیایی برقرار می کنند. بنابراین یونهای کلـــــرید در بـــتن به سه حالت پیوند فیزیکی، شیمیایی و آزاد یافت می شوند محصول هیدرتاسیون و پیوند شیمیایی یون کلر, تمک فریدل می باشد.

2-3 مکانیزم خوردگی فولاد

خوردگی فولاد (میلگردها) در بتن یک فرآیند الکتروشیمیایی است.

واکنش آندیک                     

واکنش کاتدیک                

در صورتی که  Fe(OH)₃ 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 می کند که باعث ترک خوردگی پوشش بتنی اطراف آرماتور می شود و آرماتور بدون محافظ در معرض عوامل محیطی قرار می گیرد. ادامه خوردگی باعث کاهش تدریجی سطح میلگرد می گردد و در صورتی که تعمیرات انجام نشود تخریب و شکستگی ممکن است بطور کامل روی دهد که در این حالت عمر مفید نمونه به اتمام رسیده است.

انجام فرایند خوردگی مشروط به حضور آب واکسیژن می باشد. از این رو انتظار می رود بتنی که کاملا در آب مغروق است به دلیل کمبود اکسیژن و یا بتنی که در فضای کاملا خشک (احتمالا دررطوبت زیر 40 درصد) قرار دارد، خوردگی وجود نداشته باشد.

شکل 1- نسبت افزایش حجم محصولات خوردگی

2-2-2 عوامل موثر در سرعت نفوذ یون کلر

1- تخلخل پوشش بتنی (ساختار منافذ)

2- نوع سیمان و مقدار سیمان (اثر شیمیایی بتن)

3- شرایط محیطی

4- ضخامت پوشش روی آرماتور

5- کربناتی شدن بتن

6- وجود ترک در بتن به علت انقباض و یا مقاومت کم در مقابل یخ زدگی

7- استفاده از تسریع کننده های کلروری با درصد بالا در بتن، غلظت یون کلر در اطراف

آرماتور را افزایش می دهد.

2-4 کربناسیون

هوای معمولی دارای03/0  درصد گاز دی اکسید کربن co₂ است که در صورت نفوذ co₂ به داخل بتن ، بین هیدروکسید موجود در بتن و co₂ واکنش شیمیایی انجام می گردد و کربناتها تشکیل می شوند