خوردگی میلگرد (آرماتور) در بتن مسلح در اثر حمله کلریدی

خوردگی میلگرد در بتن یکی از شایع ترین پدیده ها در سازه های بتنی مسلح است که به دلیل رطوبت زیاد رخ می دهد. بتن مسلح یا بتن آرمه، به ترکیب بتن و آرماتور گفته می شود که پایه و اساس سازه های بتنی است. خوردگی آرماتور در این سازه ها موجب بروز ترک در بتن و کاهش طول عمر ساختمان می شود. این پدیده در مناطق مرطوب، ساحلی و گرم بیشتر از سایر مناطق رخ می دهد و مهمترین دلیل آن وجود یون های آزاد کلرید است. پدیده کربناتاسیون – نفوذ دی اکسیدکربن به داخل بتن- یکی دیگر از عوامل مهم در خوردگی آرماتور و زنگ زدگی میلگرد محسوب می شود.

یون های کلرید به سه شکل در ترکیب بتن وجود دارند. اگر یون های کلرید با ترکیبات هیدراسیون، پیوند شیمیایی و فیزیکی برقرار کنند، غیرفعال می شوند و تأثیر منفی روی میلگردها ندارند. یون های آزاد کلرید هیچ گونه پیوند شیمیایی یا فیزیکی ندارند و به صورت آزادانه در ترکیب بتن باقی می مانند و در نهایت موجب خوردگی آرماتور، ترک خوردگی بتن و از بین رفتن سازه می شوند. در ادامه به تأثیر یون های آزاد کلرید در خوردگی میلگرد می پردازیم.

عوامل فیزیکی و شیمیایی مؤثر در جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن

خوردگی میلگرد به دلیل عدم وجود پوشش کافی و مناسب ایجاد می شود. در سازه های بتنی، بتن همانند یک لایه محافظ عمل کرده و از میلگردها در مقابل نفوذ رطوبت، آب و مایعات آلاینده محافظت می کند. علاوه براین میزان زیاد PH در بتن موجب به وجود آمدن یک لایه نازک اکسید روی سطح فولادی میلگردها می شود و آنها را از زنگ زدگی و خوردگی حفظ می کند. معمولا برای جلوگیری از زنگ زدگی آرماتورهای تعبیه شده در بتن، شرایط محافظت شده ای ایجاد می شود و اقدامات جانبی صورت می گیرد. این محافظت به شکل فیزیکی و شیمیایی است.

• عامل شیمیایی محافظت از میلگرد

در بتن تازه، یک لایه میکروسکوپی روی سطح فولاد ایجاد می شود که از خوردگی میلگرد جلوگیری می کند. این لایه محافظتی به دلیل محیط قلیایی بتن ایجاد می شود. در واقع در بتن ترکیبات قلیایی سدیم، پتاسیم و هیدروکسید کلسیم در هیدراتاسیون سیمان ایجاد می شود که موجب به وجود آمدن شرایط قلیایی و حفاظت از آرماتورد در مقابل خوردگی می شوند.

در این شرایط، PH بالای اطراف میلگرد که حدود 13 تا 14 است، یک لایه اکسید میکروسکوپی در اطراف فولاد پدید می آورد که همانند مانعی در برابر زنگ زدگی، خوردگی و آسیب به میلگردها عمل می کند. حتی اگر سایر عوامل تسریع کننده خوردگی آرماتور در محیط وجود داشته باشند، با این لایه محافظ امکان زنگ زدن و خورده شدن میلگرد غیرممکن است.

• عامل فیزیکی محافظت از میلگرد

پوشش بتنی روی میلگردها، عامل دیگری است که از آنها در مقابل خوردگی محافظت می کند. این پوشش به صورت فیزیکی نقش حفاظت از آرماتورها را به عهده دارد و مانع نفوذ عوامل مخرب محیطی مانند کلرید و دی اکسید کربن به میلگردها می شود. ضخامت و کیفیت پوشش بتنی دو عامل مؤثر در به تأخیر انداختن خوردگی میلگرد هستند.

حالت های مختلف یون کلرید در بتن

یون های آزاد کلرید یکی از مهمترین عوامل در خوردگی میلگرد هستند. همانطور که قبلا ذکر شد، یون های کلرید در بتن وجود دارند اما همه آنها آزاد نیستند و برخی از آنها دارای پیوندهای شیمیایی و فیزیکی می باشند. یون های کلرید به سه شکل در ترکیب بتن یافت می وند.

• پیوند شیمیایی

C3A یکی از محصولات هیدراتاسیون است که می تواند با یون های کلرید پیوند شیمیایی برقرار کرده و آنها را به یون غیرفعال تبدیل کند. در ترکیب C3A با یون های کلرید، کلروآلومینات کلسیم ایجاد می شود که تأثیر منفی یون ها را در خوردگی آرماتور خنثی می کند.

بنابراین توصیه می شود که از به کار بردن سیمان پرتلند نوع 5 و سیمان های ضدسولفات در سازه های بتنی اجتناب کنید، زیرا در این سیمان ها میزان C3A کم است و در نتیجه یون های کلرید و C3A به میزان کمتری با یکدیگر پیوند برقرار می کنند. در نتیجه یون های آزاد کلرید به سطح میلگرد رسیده و احتمال خوردگی میلگرد بیشتر می شود.

• پیوند فیزیکی

در این حالت، یون های کلرید موجود در ترکیبات بتنی با محصولات هیدراتاسیون، پیوند فیزیکی برقرار می کنند. در نتیجه این پیوند، یون های کلرید غیرفعال می شوند و اثر مخرب خود را روی آرماتورها از دست می دهند.

• یون های کلرید آزاد

برخی از یون های کلرید هیچ گونه پیوندی برقرار نمی کنند و آزادانه در ترکیب بتن باقی می مانند. این یون ها عوامل اصلی در خوردگی آرماتور هستند.

دلایل خوردگی میلگرد

خوردگی میلگرد در بتن مسلح، یک فرایند الکتروشیمیایی است. عوامل گوناگونی از قبیل حرارتی، فیزیکی، شیمیایی و میکروبیولوژیکی می توانند در این فرایند دخیل باشند. عوامل الکتروشیمیایی که می توانند در خوردگی آرماتور نقش داشته باشند عبارتند از استفاده از دو فلز متفاوت در بتن مسلح و تشکیل پیل های متمرکز. پیل های خوردگی زمانی ایجاد می شود که از دو فلز متفاوت در بتن استفاده شود یا در ویژگی های سطحی فولاد اختلاف زیادی وجود داشته باشد. در این صورت یکی از فلزها، آند و دیگری کاتد می شود و خوردگی میلگرد رخ می دهد.

علاوه بر این اگر یون های موجود در بتن دچار تفاوت تمرکز شوند، پیل های متمرکز ایجاد می شود و موجب خوردگی آرماتور می گردند. به عنوان مثال اگر یون های قلیایی، کلراید و اکسیژن ایجاد شود، این یون ها و الکترون ها در سطح فولاد تشکیل آند و کاتد می دهد. حرکت الکترون ها و یون های بین دو بخش فولاد که در پتانسیل الکتروشیمیایی اختلاف دارند، موجب بروز خوردگی می شود.

تأثیر حمله کلریدی در خوردگی میلگرد

هنگامی که میلگرد در سیمان هیدراته قرار می گیرد، لایه اکسیدی غیرفعالی روی سطح میلگرد ایجاد می شود که از فولاد در مقابل رطوبت و اکسیژن محافظت می کند. این لایه تأثیر به سزایی در جلوگیری از خوردگی آرماتور و زنگ زدگی آن دارد. این لایه محافظ در صورتی که میزان PH زیاد باشد، باقی می ماند اما اگر PH کم شود، لایه اکسیدی از بین رفته و فولاد خورده می شود.

حال اگر اکسیژن و رطوبت در محیط باشد، بعد از آسیب رسیدن به لایه محافظ، یون های کلرید فولاد فعال می شوند و خوردگی در محل رخ می دهد. در این حالت لایه محافظ به صورت کاتد و یون های سطح فولاد به صورت آند عمل می کنند و به علت کوچل بودن سطح آند نسبت به سطح کاتد، خوردگی در محل کاتد زیاد می شود.

نتیجه گیری

خوردگی میلگرد یکی از پدیده های شایع در سازه های بتنی است که به دلیل نفوذ رطوبت یا اکسیژن به سطح آرماتورها ایجاد می شود. زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها می توانند موجب ترک خوردن بتن و کاهش عمر سازه و در نهایت ریزش آن شوند. از جمله مهمترین عوامل ایجاد خوردگی در فولاد، وجود یون های آزاد کلرید است. این یون ها در ترکیب بتن وجود دارند، اما اگر آزاد و فعال باشند می توانند موجب خوردگی میلگرد و زنگ زدگی آرماتورها شوند.