حفاظت کاتدیک بتن مسلح

هر ماده و ترکیب که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی تشکیل شده بتن نام دارد، به دلیل قیمت مناسب و در دسترس بودن مواد اولیه یکی از پر کاربرد ترین مصالح ساختمانی محسوب میشود که در انواع سازه های ساختمانی ،سدها،پل ها و… استفاده میگردد.

ماده سازنده بتن سنگ دانه (ماسه و شن) و ملات (آب و سیمان) است ؛سیمان دارای مقاومت فشاری قابل قبولی است اما از نظر مقاومت کششی  ضعیف عمل میکند برای افزایش مقاومت کششی  به آن میلگرد های بتنی اضافه میکنند و به اصطلاح آن را مسلح میکنند.

بتن مسلح نیز با توجه به مقاومت کششی و فشاری قابل قبولی که دارد همچنان آسیب پذیر است؛از جمله عوامل موثر در تخریب سازه های بتنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

نفوذ نمک ها

اشتباهات طراحی

اشتباهات اجرایی

حملات سولفاتی

در محیط های حاوی یون کلر و سولفات(محیط اسیدی) بتن مسلح به دلیل داشتن رفتاری قلیایی به شدت آسیب پذیر است  با قرار گیری بتن در این محیط های قلیایی به مرور زمان با توجه به خاصیت شکنند گی آن دچار ترک خوردگی  میشود.

پس از ترک خوردگی، میلگرد به طور کامل در معرض شرایط جوی محیط قرار میگیرد وبا اکسید شدن آن باعث کاهش عمر سازه میگردد.

از جمله محیط های اسیدی رایج برای سیمان میتوان به :فاضلاب ها، آب دریا و خاک،اتمسفر شهرک های صنعتی،باران اسیدی و… اشاره کرد.

تهاجم اسید در بتن طی دو فاز انجام میشود :

فاز اول ،تشکیل نمک کلسیم 

فاز دوم، تهاجم اسید به ژل سیمان

از جمله فاکتور های اساسی در سرعت اثر گذاری محیط اسیدی به روی بتن می توان به نوع اسید،غلظت اسید و شرایط کنش در محلول اسیدی اشاره کرد.

انواع روش های حفاظت از بتن مسلح

استفاده از بتن کم تخلخل واستفاده از افزودنی ها

استفاده از افزودنی های مناسب برای ساخت یک بتن با کیفیت و متراکم نرخ خوردگی را در بتن کاهش میدهد.استفاده از این روش برای کاهش خوردگی سازه های بتنی تنها زمانی موثر است که غلظت یون کلرید کم باشد و همانطور که گفته شد به دلیل اشتباهات اجرایی در بعضی از قسمت های سازه این اتفاق نمی افتد و این نقاط مستعد خوردگی میباشند، همچنین بهترین بتن ها نیز داری حفره های میکروسکوپی میباشند که میتوانند به راحتی مواد اسیدی را جذب کنند.

پوشش دهی میلگرد با رنگ های اپوکسی

پوشاندن سطح میلگرد ها به دو روش غیر فعال (مکانیکی) و فعال (کاتدی) انجام می پذیرد. در روش غیر فعال از رنگ و اپوکسی برای پوشاندن سطح میلگرد ها استفاده میشود که این روش کارایی ناچیزی نسبت به روش دوم(حفاظت کاتدی) دارد، زیرا پوشش رنگ یا اپوکسی میلگرد میتواند در کارگاه و یا حین جابجایی و عملیات آرماتور بندی آسیب ببیند که این آسیب حتی اگر جزیی نیز باشد باعث میشود که میلگرد در برابر رطوبت و اکسیژن قرار بگیرد و خوردگی اغاز گردد.

حفاظت کاتدی از میلگرد های بتن

حفاظت کاتدیک بتن مسلح روشی مطمئن تری نسبت به سایر روش ها میباشد.در این روش حتی با آسیب دیدن میلگرد ها حین عملیات آرماتور بندی خوردگی ایجاد نمی شود.

حفاظت کاتدیک چیست؟

خوردگی فلزات امروزه یکی از معضلات اساسی صنایع بزرگ همچون کشتی سازی ها ،نفت و پتروشیمی،آب و فاضلاب و… میباشد برای جلوگیری از خوردگی سازه های مدفون در خاک و یا غوطه ور در آب در برابر عوامل شیمیایی از روش حفاظت کاتدیک استفاده میکنند، در این روش فلز درون یک سلول الکترو شیمیایی به عنوان کاتد قرار داده میشود.

برای اجرای یک سیستم حفاظت کاتدیک دو روش وجود دارد:

با استفاده از آندهای از بین رونده که در آن فلزی مانند منیزیم یا روی را به عنوان آند به کار می‌برند.

با استفاده از اعمال جریان خارجی یکسو که در این روش از منبع جریانی همراه با یک  آند کمکی که معمولاً از جنس آهن یا گرافیت است استفاده می‌شود.

دسته بندی انواع سازه ها در حفاظت کاتدیک

سازه های مستغرق

سازه های بتنی که در آب شور قرار دارند به شدت در معرض نمک ها و رطوبت قرار دارند زیرا بتن نفوذ پذیری بالایی دارد؛در نتیجه نفوذ نمک و رطوبت میتواند فولاد مسلح کننده را ازبین ببرد.

در طی ده ساله اخر حفاظت کاتدی به طور چشمگیری باعث کاهش خوردگی بتن مسلح در محیط های دریایی شده است.

سیستم هایی که هم از آند قربانی شونده و هم از آند تحت اعمال جریان استفاده میکنند تاثیر بالایی در کاهش خوردگی در قسمت های مختلف از جمله قسمت های لکه شده و نواحی تحت جزر و مد میگذارند، هرچند اثر فرایند خوردگی در تمامی بتن ها یکسان است  ولی این روند در محیط های دریایی سریع تر انجام میپذیرد.در نواحی که بتن کاملا در آب دریا غرق شده است به دلیل کمبود اکسیژن این روند کند تر صورت میپذیرد

سازه های نیمه مستغرق

سازه های بتنی نیمه مستغرق نیز  به دلیل تر و خشک شدن متوالی بتن ، میزان رطوبت بالا و در معرض اکسیژن بودن مستعد خوردگی فولاد مسلح کننده هستند. خوردگی فولاد مسلح شونده در نواحی جزر و مدی که به طور مداوم در معرض اکسیژن و یون کلرید قرار میگرند بسیار سریعتر از قسمتی از بتن که کاملا در آب غرق شده است انجام میپذیرد.

سازه های در معرض هوای محیط

سازه هایی که به طور مستقیم در معرض آب قرار ندارند نیز میتوانند تحت تاثیر نمک و اکسیژن موجود در هوا دچار خوردگی شوند.

میزان ورود اکسیژن به داخل بتن به کیفیت بتن و ضخامت پوشش بستگی دارد؛طی فرایند کربناسیون دی اکسید کربن در داخل فولاد متخلخل پخش شده و خاصیت قلیایی آن را خنثی میکند و این فرایند به تخریب روکش فولاد مسلح کننده منجر میگردد.

حفاظت كاتدي، هم به روش جرياندهي و هم با استفاده از آندهاي قرباني شونده، براي كنترل خوردگي در سازه هاي بتني واقع در محيط هاي دريايي استفاده شده اند.

سيستمهاي مبتني بر جرياندهي، از يك مادة فاقد قدرت كنش و واكنش شيميايي ( مانند شبكهاي از جنس تيتانيوم) بعنوان آند استفاده ميكنند؛ كه اين ماده در جهت كمك به فولاد مسلح كننده ، آن را وادار ميكند كه به آهستگي اكسيد شود . 

از دستگاه يكسوكنندة جريان براي برق دهي به سيستم استفاده ميشود. اين وسيله جريان متناوب را به جريان مستقيم تبديل ميكند. يكي از مزاياي عمدة سيستم حفاظت كاتدي به روش جرياندهي، توانايي يكسوكننده در تنظيم و كنترل جريان برق میباشد . 

در محيط هاي دريايي، سرعت خوردگي ميتواند به ميزان قابل ملاحظه ای بين نواحي فقط در معرض هوا ، مناطق لکه شده و قسمت هاي تحت جزر و مد متغير باشد. تغييرات در تراكم فولاد هم ميتواند توزيع جريان را تحت تأثير قراردهد. درنتيجه ناحيه بندي هاي مستقل از هم و كنترل سيستم آند ، يكي از عوامل مهم طراحي است. ايجاد عايق الكتريكي بين آند و فولاد مسلح کننده ، جهت مطمئن شدن از عملكرد مناسب يك سيستم مبتني بر جرياندهي، بسيارمهم  میباشد.