تحقیق مقاله آرماتور های آلیاژی

چکیده  :

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 هیدروکسید کلسیم و هیدروآلومینات کلسیم ترکیب می شوند.

فعل و انفعال سولفات سدیم 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 آلوده به کلر وارد بتن میشود، یا 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 بتن 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، ولی آهنگ آن بسیار ناچیز بوده و درحد قابل 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 کلرید در بتن 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

2-4-1 عوامل موثر در میزان کربناسیون

1- شرایط محیطی

2- تخلخل پوشش بتن

3- مقدار سیمان و تاثیر سیمانهای پوزولانی

3- عوامل داخلی مؤثر  بر خرابیهای بتن

3-1 نفوذ پذیری بتن

3-1-1 عوامل مؤثر در نفوذ پذیری بتن

1- نسبت آب به سیمان

2- تخلخل بتن

3- درجه هیدراتاسیون

4- خواص سیمان

5- اثر دما : با افزایش دما میزان نفوذ پذیری افزایش می یابد.

3-2 واکنش قلیایی سنگدانه ها

برای واکنش قلیایی سنگدانه ها باید 1- اجزای فعال و واکنش زا در سنگدانه باشد 2- قلیایی کافی  (K2O , Na2O) در بتن وجود داشته باشد 3- رطوبت کافی

مکانیزم واکنش قلیایی - کربناتی

مکانیزم واکنش قلیایی- سیلیسی

شکل 3 سطح بتنی ترک خورده بر اثر ترکیب قلیائیهای سیمان و دانه های سنگی

3-3 فساد مصالح ( وجود بیش از حد املاح در مصالح تشکیل دهنده بتن)

3-4 آب مصرفی

3-5 کیفیت و نوع سنگدانه

4-  عوامل خارجی مؤثر  بر خرابیهای بتن (عوامل فیزیکی و مکانیکی)

4-1 سایش , فرسایش و خلأزایی(کاویتاسیون)

مقاومت سایَشی بتن رابطه مستقیمی با مقاومت فشاری و نسبت معکوس با نسبت آب به سیمان دارد همچنین این مقاومت به دانه بندی و جنس سنگدانه ها بستگی دارد آب انداختگی و تشکیل دوغاب سخت سده در منجر به ایجادسطح شکننده و ضعیف در مقابل سایش دربتن می گردد که با تإخیر در عملیات پرداخت و ماله کشی بتن و ایجاد خلأ یا مکش در بتن می توان مقاومت سایشی بتن را افزایش داد .کاویتاسیون بر اقر تغییر ناگهانی در سرعت , جهت آب و افت فشار منجر به حفره بر اثر پدیده خلأزایی می گرددبه عبارت دیگر هر زمان که فشار در نقطه ای از مایع به دلیل بی نظمی در سطح جریان به حد فشار بخار کم شود, حبابهایی در مایع جاری تشکیل می گردد , این حبابها با مایع به سمت پایین دست جریان حرکت کرده و به هنگام ورود به منطقه ای پر فضار با ضربه می ترکند , ترکهای مکرر حبابها در نزدیکی سطح بتن سبب کنده شدن و ایجاد چاله هایی در آن خواهد شد.

4-2 تاثیر هوای سرد و یخ زدگی

4-3 خرابی ناشی از نمکها و شوره زدگی : بلورهای نمک در نزدیکی سطح بتن ایجاد می گردد رشد بلورها مانند یخ زدگی منجر به تنشهای انبساطی شده و پوسته های خمیر سیمان و سنگدانه های ریز از بتن جدا می شودسولفات منیزیم در مقایسه با سایر نمکها خطرناکتر بوده و منجر به بلوری سدن نمک در سطح بتن و گاهی اوقات به داخل بتن از طریق منافذ موئینه نفوذ کرده و حجم زیادی را تخریب می کند

با توضیحات فوق الذکر با اعمال یک پوشش با دوام و مناسب می توان جلوی خرابهیای داخلی و خارجی بتن را گرفت از طرفی مکانیزم خرابی سولفاتی , کلروی, کربناتی را کنترل کرد.

5-اهمیت آماده سازی سطح :

تقریباً 95 درصد اهمیت یک پوشش به کیفیت زیرسازی سطح و 5 درصد باقیمانده به نوع پوشش وروش کاربرد آن مربوط می شود[ ] .

5-1 دلایل آماده سازی سطح :

•1-    اطمینان از چسبندگی مناسب رنگ به سطح 2- افزایش چسبندگی به علت افزایش سطح  و اقزایش گروههای فعال سطح درواحد سانتیمتر مربع3- اطمینان از اینکه واکنش بین رنگ و سطح در اثر حضور یونهای فعال نظیر کلریدها وسولفاتها شکسته و تخریب نشود که با توجه به خورتده بودن محیط توجه بیشتری می طلبد

در کاربرد پوششها 3 انتخاب بسیار مهم وجود دارد

•1-    انتخاب نوع روش زیر سازی 2- انتخاب نوع آستری 3- انتخاب نوع پوشش یا رویه رنگ

5-2 روشهای آماده سازی سطح

1- روشهای مکانیکی : نظیر فشار بخار مایع ( بخار آب تحت فشار) و ساینده های تحت فشار(سند بلاست), هوای متراکم , فشار مستقیم و ثقل، سایش با ورقه های سمباده  کاغذی وفلزی و ابزارهای دستی چون برس سیمی[1] , کاردک کم عرض2 قلم چکش3  چلقئ چکش لبه تیز4   در این تحقیق با فرز ناهمواریهای سطح بتن تا حد امکان اصلاح شده است .

ابزارهای الکتریکی (ضربه ای- چرخشی) پاشیدن آب تحت فشار(واترجت) و استفاده از سود برای واکنش با سولفات و کلرید سطحی و تشکیل نمک و شستشو با آب

مکانیسم پاشیدن ساینده ها

1-جریان هوای متراکم

2-نیروی چرح دوار ( نیروی گریز از مرکز)

عوامل تعیین کننده در میزان فشار

•1-    انرژی ذرات ساینده پرتاب شده

•2-    زاویه برخورد ساینده با سطح کار

•3-    سختی سطح کار

•4-    سختی ساینده

مکانیسم فشار مستقیم

درصنعت 3 سیستم ابزار مختلف وجود دارد

•1-    سیستم معمولی پاشیدن ساینده خشک

•2-    سیستم پاشیدن در خلاً

•3-    سیستم پاشیدن ساینده مرطوب

عوامل مؤثر در انتخاب ساینده مناسب

1-اندازه 2-شکل 3-ترکیب شیمیایی 4-PH  5-درصد رطوبات موجود 6- درصد روغن موجود 7- رنگ 8- ثبات وزن در اثر حرارت 9- وزن مخصوص 10- قابلیت تهیه 11-قیمت 12- سختی

ساینده ها به 2 دسته 1- معدنی (طبیعی) 2- سربار فلزس تقسیم می کنیم. تقسیم بندی ساینده ها براساس درصد بلور سیکا انجتم می گردد که از طیف سنجی مادون قرمز بدست می آید .

•2-    روشهای شیمیایی : حلال شویی , اسید شویی, قلیا شویی ( مثل هیدروکسید سدیم), شستشو با محلولهای الکترولیتی, استفاده از رنگ برها و ترکیبات تشکیل دهنده کمپلکس آلی فلزات روشهای حلال شویی : مالیدن حلال از طریق پارچه یا برس - اسپری - غوطه وری سطح کار قابل حمل در حوضچه یا تانک حلال - روغن زدایی با بخار حلال

اسیدشویی از طریق اسیدسولفوریک,کلریدریک, نیتریک,فلوئوریدریک و فسفریک

در 3 مرحله انجام می شود 1- آماده سازی قبل از اسید شویی 2- شستشو با اسید 3- شستشوی سطح تمیز شده پس از اسید شویی