مقاله تحلیلی: کاربرد و مزایای روکش روی در آرماتورها

خوردگی میلگردهای بتن مسلح روی موارد متعددی تأثیر می‌گذارد و منجر به تعمیرات پرهزینه و برنامه‌های فوری نگهداری می‌شود. هزینه اجرای برنامه‌های تعمیر و نگهداری سازه، زمانی که الزامات در نظر گرفته شده در چرخه عمر سازه برآورده نمی‌شود، سخت تأمین خواهد شد. خوردگی آرماتورهای فولادی در سازه‌های بتن مسلح منجر به شکست بتن می‌شود. طبق اسناد سازمان ملی بزرگراه‌ها، کمتر از 16 درصد از عرشه پل‌های موجود در ایالات متحده در برابر خوردگی آرماتورهای تقویتی مقاوم می‌باشند. استفاده از روکش روی برای میلگرد می‌تواند یک راه حل مقرون به صرفه برای بهبود چرخه عمر و دوام سازه‌های بتنی باشد.

برنامه‌های نگهداری غالباً شامل حفاظت کاتدی با اتصال آند روی به میلگرد برای به تأخیر انداختن آسیب بیشتر در برابر خوردگی می‌باشد. ثابت شده که این کار یک ابزار مؤثر برای پیشگیری از تعمیر و نگهداری در انواع مختلف سازه‌ها است. در نتیجه می‌توان در طول عمر سازه بدون هزینه زیاد از روکش روی استفاده کرد. سازه‌های ساخته شده در قبل از سال 1960، گواه این است که میلگردهای گالوانیزه شده در بتن عملکرد ثابتی دارند. مطالعات موردی متعدد نشان می‌دهد که این تکنیک‌ها منجر به کاهش آسیب در سازه‌ها می‌شود.

فولادهایی با پوشش گالوانیزه که به طور گسترده در معرض هوا هستند در خودروها، حمل و نقل، ساخت و ساز، انتقال انرژی و برق استفاده می‌گردد. استفاده از آن در بتن می‌تواند سبب کاهش ترک در شرایط مختلف شود. عرشه پل‌های نصب شده قبل از سال 1970، در شرایط شدید می‌توانند عملکرد خوبی داشته باشند. سازه‌های سراسر جهان، مانند خانه اپرای سیدنی، معبد لوتوس در هند، پل جدید NY در نیویورک و بزرگراه AutoRoute در مونترال کانادا؛ موفقیت این روش را نشان می‌دهند. علاوه بر روش سنتی غوطه‌وری گالوانیزه (ASTM A767)، میلگردها را می‌توان در یک فرایند پیوسته پوشش داد (ASTM A1094). این فن آوری پیشرفته از ورق فولادی استفاده کرده و در میلگردهای فولادی بکار گرفته می‌شوند. پوشش‌های گالوانیزه سبب حفاظت از میلگردهای فولادی می‌شوند. با این فناوری می‌توان میلگردها را پس از روکش کردن بدون ترک خوردگی و یا حذف لایه روی، شکل داد. فرایند خودکار امکان استفاده از آلیاژ روی خالص را به جای آلیاژ روی-آهن در ضخامت‌های بیشتر فراهم می‌کند. روش پیوسته گالوانیزه کردن میلگرد، همچنین یک بستر قابل رنگ آمیزی (ASTM A1055) فراهم می‌کند.

زمانی که روکش روی در مجاورت بتن تازه قرار می‌گیرد، به ‌سرعت غیرفعال می‌شود. این اتفاق می‌تواند سبب افزایش خدمت رسانی عضو حفاظت شده در برابر خوردگی شود.

رابطه بین مواد قلیایی سیمان و میزان خوردگی روی برای درک غیرفعالی اولیه پوشش گالوانیزه در بتن مهم است. pH سیمان در تماس با پوشش گالوانیزه، تشکیل لایه فشرده هیدروکسید کلسیمی (CHZ) را کنترل می‌کند. آستانه غیرفعال بودن روی در منافذ بتن در pH بین 12.8 و 13.2 با خطای ±0.1 می‌باشد. اگر از سولفات به عنوان یک تنظیم کننده ته نشین استفاده شود یا سولفات قلیایی به اندازه کافی وجود داشته باشد، سطح PH در طول چند ساعت اول بیشتر از 13.2 نمی‌شود. اگر PH بین 12.8 و 13.2 باشد، لایه به آهستگی گسترش می‌یابد و پوشش گالوانیزه ممکن است تا زمانی که لایه تشکیل می‌شود، واکنش نشان دهد. در هر صورت، بدون در نظر گرفتن سطح PH بتن، حضور یک لایه روی خالص برای تشکیل سریع CHZ در میلگرد گالوانیزه ضروری است.

خوردگی آرماتور، زمانی رخ می‌دهد که عوامل مهاجم به میلگرد می‌رسند. عوامل مهاجم با تخریب فیزیکی نوار CHZ سبب آغاز خوردگی در آرماتورهای گالوانیزه شده می‌شوند. کربناته شدن pH را از شرایط بسیار قلیایی به حدود PH خنثی (7) کاهش می‌دهد که در آن میزان خوردگی روی بسیار کم است. در نتیجه، میلگرد گالوانیزه شده به طور کلی در بتن کربناته دچار خوردگی نمی‌شود. یون‌های کلرید تهاجمی‌ترین یون در بتن مسلح هستند و شایع‌ترین علت ایجاد خرابی میلگردها می‌باشند. یون‌های کلرید در مواد خام ساخت و ساز، محیط‌های دریایی، یا نمک ضد یخ وجود دارند. یون‌های کلرید به روی حمله می‌کنند اما روی آستانه بالاتری برای شروع خوردگی در فولاد دارند. غلظت یون کلرید برای شروع خوردگی روی بیش از چهار برابر غلظت همین یون برای شروع خوردگی در فولاد معمولی است. رفتار کلی بستگی به یون کلرید، سطح گالوانیزه شده و درجه حفاظت شده توسط پوشش بتن دارد.

خوردگی فولاد در بتن از طریق مکانیسم دو مرحله‌ای مشاهده می‌شود: شروع و انتشار. جهت رسیدن به دوام طولانی مدت در بتن مسلح عمدتاً باید خوردگی آرماتور به تأخیر انداخته شود، به عنوان مثال، تعویق انداختن تا زمان شروع مرحله انتشار صورت می‌گیرد. حضور یک لایه روی خالص در سطح فولاد، بهترین راه برای به تأخیر انداختن شروع خوردگی در آرماتور است. CHZ اولین خط دفاع است. لایه روی خالص کمتر از یک دهم میزان خوردگی فولاد، دچار خوردگی می‌شود.

تحقیقات اخیر در شورای ملی تحقیقات کانادا، چگونگی عملکرد آرماتور گالوانیزه شده را در مقایسه با آرماتور بدون پوشش بررسی کرده است. در بتن به شدت کلریده شده، نرخ خوردگی فولاد گالوانیزه 5 تا 10 برابر کمتر از فولاد کربنی، بسته به شرایطی محیطی می‌باشد. گزارش NCR نشان دهنده، ارزیابی شرایط و کاهش خوردگی آرماتور گالوانیزه در سازه‌های بتنی، ارائه عملکرد خوردگی فولاد گالوانیزه در مقایسه با فولاد کربنی می‌باشد. همچنین به بررسی راهبردهای کاهش خوردگی برای بهبود بیشتر مقاومت در برابر خوردگی در طول عمر سازه‌های بتنی پرداخته است. مطالعه سه ساله شامل یک برنامه جامع برای به دست آوردن اطلاعات در برابر خوردگی است که نشان دهنده طیف گسترده‌ای از خوردگی فولاد گالوانیزه در سازه‌های بتنی می‌باشد.

دیگر پایان نامه اخیر دانشگاه واترلو، رفتار خوردگی میلگرد گالوانیزه دال بتنی که شامل انواع مختلفی از آرماتور سیاه و گالوانیزه بعد از 450 روز را ارزیابی کرده است. آزمون اندازه گیری الکتروشیمیایی در سراسر عمر پروژه به کار گرفته شده است. برای پتانسیل خوردگی، ASTM C876، مشخصه خوردگی فولاد سیاه در بتن را مشخص کرده است. سه نوع از نمونه‌های بتن در دوره 450 روزه در نظر گرفته شده است: ترک نخورده، ترک خوردگی عرضی و نمونه ترک خوردگی طولی. مطالعه الکتروشیمیایی با استفاده از گزارش NRC که مقادیر آستانه برای خوردگی روی بتن را مشخص کرده، تفسیر می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که تقویت با پوشش روی بهتر از حالت بدون پوشش معمولی در تمامی موارد می‌باشد.

استفاده از آرماتورهای تقویتی دارای پوشش روی، راهی بهینه در محافظت از اعضای بتنی است که عملکرد خوب، دوام و هزینه کمی به دنبال دارد. آرماتورهای تقویتی فولادی HOT-DIP در شمال آمریکا بسیار رایج هستند.

 منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.