زنگ زدن فولاد در بتن و ایجاد لایه محافظ

بتن های ساختمانی هر چقدر هم سفت و سخت باشند، باز هم شکننده و در برابر کشش غیر مقاوم اند. پتانسیل کششی و فشاری از مهم ترین خاصیت هایی هستند که به لطف استفاده از میلگردهای فولادی فاصله گذاری شده با اسپیسرهای پلاستیکی، در بتن ها به وجود می آید.

با این حال چالش بعدی که بتن های آرمه با آن مواجه هستند، زنگ زدن فولاد در بتن و ایجاد لایه محافظ که عوامل متعددی در بروز این مشکل دخیل هستند که راه حل کلی آن، ایجاد لایه محافظ در این میلگردهاست. در ادامه قصد داریم تا دلایل زنگ زدگی فولاد در بتن و مزایای بتن آرمه و ایجاد لایه محافظ بر روی آن را به طور کامل بررسی نماییم.

علل اصلی زنگ زدن فولاد در بتن و راه حل آن ها

قطعاً می دانید که فولاد به طور طبیعی در صورت عدم ایجاد لایه محافظ بر روی آن دارای خاصیت زنگ زدگی است. این خاصیت در شرایط آب و هوایی پر رطوبت، بسیار محسوس تر است. با این حال می توان با استفاده از پوشش ها و روکش هایی که نقش ایجاد لایه محافظ را دارند، تا حد امکان از بروز این زنگ زدگی ها جلوگیری نمود.

ایجاد لایه محافظ میلگرد توسط بتن

پیش از آن که به بررسی منابع زنگ زدن فولاد در بتن بپردازیم، لازم به ذکر است که:

• اولاً اگر تصور می کنید که آب و آلاینده ها از طریق بتن به میلگرها راه پیدا می کنند، کاملاً در اشتباه هستید و منابع زنگ زدگی فولاد در بتن هیچ ارتباطی به مواد خود بتن ندارد.
• ثانیاً جالب است بدانید که ph بالای بتن به طور معمول باعث ایجاد لایه ای نازک اکسیدی محافظ بر روی فولادهای به کار رفته در داخل آن می شود و مقاومتی نسبی در برابر خوردگی و زنگ زدگی ایجاد می نماید، اما در خیلی از موارد، این محافظت کافی نمی باشد.

نمک

یون های کلرید یا همان نمک ها، از اصلی ترین عوامل خورنده آرماتورها محسوب می شوند. احتمال زنگ زدگی فولاد در بتن در محیط های نزدیک به دریا و دریاچه بسیار بیشتر است.

جلوگیری از زنگ زدن فولاد در بتن توسط نمک

به منظور جلوگیری از نفوذ یون کلرید به داخل بتن های آرمه، ایجاد لایه محافظ با روکش (cover) بین سطح خارجی بتن و فولاد بسیار کارآمد است. این کاورها با توجه به میزان فاصله بین بتن و آرماتور دارای ابعاد 25 تا 75 میلی متر می باشند.

ترک خوردگی

دومین عامل قرار گرفتن آرماتورها در معرض زنگ زدگی و اکسید شدن، ترک خوردن بتن می باشد. ایجاد ترک چه بزرگ و چه کوچک در بتن، باعث نفوذ اکسیژن، رطوبت و دیگر عوامل خورنده به داخل فولاد خواهد شد. دلایل زیادی برای ترک خوردن بتن وجود دارند که عبارت اند از:

• تغییر مداوم دما و انبساط و انقباض بتن در نتیجه آن
• ایجاد تنش در داخل بتن توسط آرماتورهای فاصله بندی شده با اسپیسرهای بتنی
• عدم رعایت استانداردها در تولید بتن و استفاده از مواد اولیه نامرغوب

جلوگیری از ترک خوردگی بتن و زنگ زدن فولاد در آن

استفاده از بتن مسلح الیاف در انواع مختلف به عنوان ایجاد لایه ای محافظت کننده از میلگردها، بسیار ایده آل است. همچنین می توان به ملات بتن شیشه، فولاد یا الیاف مصنوعی اضافه نمود و ساختار آن را در برابر عوامل زنگ زدگی فولاد در بتن مقاوم ساخت.

انواع لایه محافظ در برابر زنگ زدگی فولاد در بتن

1. کاور

پوشش های محافظت کننده بتن در برابر زنگ زدگی، به سه شکل پودر، روغن یا گریس و رنگ، تولید و عرضه می گردند. پودرهای خشک از جمله اورتان، آکریلیک، پلی استر، نایلون، وینیل و اپوکسی و یا روغن، بر روی سطح میلگردها، لایه نازک حفاظت کننده ای را ایجاد می نمایند. همچنین رنگ کردن میلگردها، پوششی تأثیرگذار در برابر اکسیژن را به وجود می آورد.

2. محافظ کاتدی

اگر از آلیاژهای آلومینیومی و فلزاتی همچون منیزیم و روی در ساختار آرماتورها بهره برده شده است، استفاده از محافظ های کاتدی بهترین پیشنهاد جهت جلوگیری از زنگ زدن فولاد در بتن است.

3. ایجاد لایه محافظ با روش ترمکس

ترمکس از روش های تولید میلگردهای ذوب آهن اصفهان به حساب می آید که در آن از کربن و منگنز در ساختار میلگرد استفاده می شود. لایه اکسیدی که با این روش بر روی آرماتورها ایجاد می شود، نه تنها آن ها را در برابر عوامل خورندگی محافظت می نماید، بلکه خاصیت شکل پذیری آن ها را نیز کاهش می دهد.

4. گالوانیزه

ورق های فلزی گالوانیزه که با روش هایی همچون غوطه وری در استخر روی و یا الکترولیت تولید می شوند، لایه محافظتی بسیار مقاومی در برابر قوی ترین عوامل خورنده شناخته می شوند.

مزایای بتن های مسلح دارای لایه محافظ

• یکی از مواردی که می توان از مزایای بتن های مسلح دارای لایه محافظ دانست، عدم نیاز به ضخیم گیری بتن هاست. در واقع استحکام بالای میلگردها در جایگاه تکیه گاه، مهندسین را نسبت به قالب گیری بسیار قطور بتن ها در ساختمان پل ها بی نیاز می سازد.
• چسبندگی بسیار بالایی که از سفت شدن بتن مسلح شده بین بتن و میلگرد ایجاد می شود، باعث می شود تا در صورت وارد شدن فشار باری زیاد به آن ها، همزمان و با یکدیگر تغییر شکل دهند.
• در آخر نیز می توانیم ضریب انبساط حرارتی به طور تقریبی یکسان آن ها را مثال بزنیم که باعث می شود تغییرات دمایی بالا بین بتن و میلگرد به هم چسبیده شده ایجاد تنش و لغزش ننماید.

آیین نامه زنگ زدن فولاد در بتن

هر چقدر هم که از عوامل کاهنده زنگ زدگی فولاد در بتن همچون ایجاد لایه های محافظ بهره ببریم، باز هم ممکن است آرماتورها در طولانی مدت با این زنگ زدگی ها روبرو شوند. در نتیجه استانداردی برای میزان مجاز زنگ زدگی فولاد در داخل بتن تعیین شده است.

طبق آیین نامه بتن ایران در مورد زنگ زدگی فولاد در داخل آن:

• آرماتورهای فولادی پیش از استفاده نهایی در پروژه بایستی در محلول های مخصوص عاری از رطوبت انبار شوند تا سطح آن زنگ نزند.
• در صورت ایجاد پوسیدگی عمیق آرماتور در بتن، برای پروژه ساخت و ساز مناسب نمی باشد.
• میلگردها نبایستی در معرض آلودگی هایی همچون گل، روغن و سایر پوشش های غیر فلزی مضر قرار بگیرند.
• میلگردها نبایستی در معرض خوردگی ها به میزانی که سبب کاهش سطح آن ها شود، قرار گیرند.

آیا اسپیسرها نیز در معرض عوامل خورنده قرار دارند؟

ساختار و خاصیت خورندگی اسپیسرهای بتنی و فلزی، باعث شده تا جدیداً استفاده از نوع پلاستیکی آن در فاصله گذاری میلگردها رواج یابد.

دیگر روش های ایجاد لایه محافظ در برابر زنگ زدگی بتن های آرمه چه می باشند؟

استفاده از روکش های پلاستیکی، پوشش های آلی، کادمیم و قلع، جزو دیگر روش های ایجاد لایه محافظ هستند.

آیا زنگ زدن فولاد در بتن به وسیله نمک تنها در مناطق ساحلی اتفاق می افتد؟

خیر. نمک های چرب کننده که در زمستان برای ایمن سازی جاده ها و شکاندن یخ ها استفاده می شوند نیز قادرند به راحتی به داخل بتن نفوذ کرده و در میلگردها اکسید آهن ایجاد کنند.