بررسی کيفيت بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها قسمت اول

بررسی کيفيت بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها قسمت اول

 

 

برای مشخص کردن بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها روشهای مختلفی ارائه شده است که هر آزمايش و روش پيشنهادی به پارامتر معينی توجه دارد . آزمايشهای بسيار ساده تا بسيار مشکل و پر هزينه در اين مجموعه قرار دارد و معمولا" آزمايشهای دقيق تر و معتبر تر پر هزينه و زمان بر
می باشند . دست اندرکاران همواره بدنبال آزمايشهای ساده ، کم هزينه و سريع هستند هر چند از دقت کمتری ممکنست بر خوردار باشند .

معمولا" آزمايشهائی معتبر تلقی می گردند که مستقيما" به مسئله خوردگی ميلگردها می پردازند . آزمايشهای غير مستقيم همواره غير معتبرتر تلقی ميشوند ولی کاربرد آنها در دنيا رواج زيادی دارد .

آزمايشهای زير از جمله اين موارد است و در هر بررسی بايد مشخص کرد که ......

بررسی کيفيت بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها قسمت اول

 

 

برای مشخص کردن بتن با دوام در برابر خوردگی ميلگردها روشهای مختلفی ارائه شده است که هر آزمايش و روش پيشنهادی به پارامتر معينی توجه دارد . آزمايشهای بسيار ساده تا بسيار مشکل و پر هزينه در اين مجموعه قرار دارد و معمولا" آزمايشهای دقيق تر و معتبر تر پر هزينه و زمان بر
می باشند . دست اندرکاران همواره بدنبال آزمايشهای ساده ، کم هزينه و سريع هستند هر چند از دقت کمتری ممکنست بر خوردار باشند .

معمولا" آزمايشهائی معتبر تلقی می گردند که مستقيما" به مسئله خوردگی ميلگردها می پردازند . آزمايشهای غير مستقيم همواره غير معتبرتر تلقی ميشوند ولی کاربرد آنها در دنيا رواج زيادی دارد .

آزمايشهای زير از جمله اين موارد است و در هر بررسی بايد مشخص کرد که از کدام آزمايش زير بهره گرفته ايم .

 

1-     آزمايش جذب آب حجمی اوليه ( کوتاه مدت ) و نهائی ( دراز مدت ) بتن BS1881 و ASTM C 642

2-     آزمايش جذب آب سطحی ( ISAT ) بتن   BS 1881

3-     آزمايش جذب آب موئينه بتن                   RILEM

4-     آزمايش مقاومت الكتريكي بتن

5-     آزمايش نيم پيل ( پتانسيل خوردگی )   ASTM C 876

6-     آزمايش پتانسيل و شدت خوردگی ) G 109 ) بروش گالوانيک

7-     آزمايش شدت خوردگی بروش گالواپالس

8-     آزمايش درجه نفوذ يون کلر بتن       AASHTOT259

9-     آزمايش تعين عمق نفوذ يون کلر در بتن

10 - آزمايش تعين پروفيل يون کلر و ضريب نفوذ آن

                                                          C114  و C1218  و ASTM C1152

11 - آزمايش شاخص الکتريکی توانائي بتن برای مقابله با نفوذ يون کلر

ASTM 1202                                                                                        

 

هرچند عنوان برخی استانداردها و يا شماره آن در بالا ذکر شده است اما اين آزمايشها ممکن است با تغييرات اندک و يا زياد در استانداردهای ديگر نيز انجام شود که نتيجه آن الزاما" مشابه به استانداردهای ديگر نيست و از مفهوم واحد برخوردار نمی باشند .

 

 

q       آزمايش جذب آب حجمی اوليه کوتاه مدت و دراز مدت :

 

انواع آزمايش جذب آب حجمی وجود دارد . شکل و ابعاد نمونه ، طرز خشک کردن ( دما و مدت ) ، نحوه قرارگيری در آب ، دمای آب ( معمولی و جوشان ) ، مدت قرار گرفتن در آب و نحوه گزارش نتيجه از موارد اختلاف استانداردهای مختلف می باشد . بسياری از استانداردها برای کنترل کيفيت قطعات بتنی پيش ساخته از اين آزمايش استفاده می نمايند . مکعبی 10 ×10 و استوانه ای کوچک به قطر 5/7 تا 10 سانتی متر از اشکال و ابعاد رايج است . دمای خشک کردن نمونه ها از 40 تا 110 درجه متغير می باشد. مدت خشک کردن از 24 ساعت ( دمای 110 ) تـــــــا 14 روز
( دمای 40 تا 50 ) پيش بينی شده است . در برخی استانداردها نحوه خاصی برای قرارگيری در آب و ارتفاع آب روی نمونه در نظر گرفته اند . دمای آب از 20 تا جوشانيدن آب منظور می شود . مدت قرار گيری در آب قرائت های مربوط به 10 دقيقه ، 30 و 60 دقيقه تا بيش از ســـــه روز
می باشد . در اکثر استانداردها تعريف جذب آب حجمی نسبت وزن آب جذب شده به وزن نمونه خشک اوليه است . لازم به ذکر است اگر بخواهيم اين ويژگی را در بتن های سبک با بتن معمولی مقايسه کنيم بهتر است نسبت حجم آب جذب شده به حجم نمونه را مد نظر قرار دهيم ، بهرحال مقايسه نتايج جذب آب حاصله از آزمايش طبق استانداردهای مختلف کاملا" گمراه کننده است . برخی کتب ، بتن ها را از نظر ميزان جذب آب طبقه بندی می نمايند . بطور مثال گفته می شود جذب آب اوليه مربوط به 30 دقيقه طبق BS1881 بهتر است کمتر از 2 درصد باشد تا بتنی با دوام داشته باشيم . معمولا" گفته می شود جذب آب کوتاه مدت برای کنترل دوام بتن معتبر تر است زيرا خصوصيات سطحی بتن را به نمايش می گذارد .

 

q       جذب آب سطحی :

 

اين آزمايش عمدتا" در انگليس کاربرد دارد و جذب يک جهته را در روی نمونه خاص در منطقه محدود اندازه گيری می نمايند . نوع خشک کردن اوليه بتن ، زمان و وسايل مربوطه در اين استاندارد مشخص شده است . اين آزمايش عملا" در ايران کاربرد کمی دارد .

 

 

 

 

 

 

 

q       جذب آب موئينه بتن :

 

بسياری معتقدند مکانيسم جذب آب بتن در مناطق مرطوب ، جــــــذر و مد و پاشش آب يا شالوده های واقع در منطقه خشک و بالای سطح آب با مکانيسم جذب موئينه شباهت دارد . Rilem آزمايش جذب آب موئينه را بر روی نمونه های مکعبی 10 سانتی متری بصورت زير توصيه ميشود .

نمونه ها در دمای 40 تا 50 در آون خشک می شوند ، سپس چنان در بالای سطح آب
قرار می گيرد که 5 ميلی متر آن داخل آب باشد . در زمانهای مختلف و ترجيحا" پس از 3 ، 6 و 24 و 72 ساعت وزن نمونه اندازه گيری و وزن آب جذب شده تعيين می شود . سپس وزن آب
( حجم آب ) بر سطح نمونه ( حدود ^Cm2100 ) تقسيم می گردد تا ارتفاع معادل آب جذب شده بدست آيد . (i برحسب ميليمتر )

                                    

                              

 C ثابت جذب موئينه و s ضريب جذب موئينه است . اين مقادير از برازاندن خطی بر نقاط
بدست آمده در صفحه مختصات  بدست می آيد .

هر کدام از اين پارامتر ها دارای مفهوم خاصی است ولی s اهميت بيشتری دارد و آهنگ جذب را نشان می دهد و هر چه کمتر باشد بهتر است . در انتهای آزمايش گاه نمونه را شکسته و ارتفاع واقعی جذب آب را بطور متوسط بدست می آورند و برای اين منظور در آب ماده رنگی
( مانند لاجورد ) می ريزند . ارتفاع زياد موئينه نشانه خوبی برای بتن نيست . در واقع بتن هائی که خلل و فرج ريزي دارند ممکنست ارتفاع موئينه زيادی داشته باشند و اين نکته مهمی است که معمولا" در مفهوم نفوذ پذيری در برابر آب ، خلل و فرج ريزتر مطلوب تر تلقی می شوند .

 

q       آزمايش مقاومت الکتريکی بتن :

 

خوردگی پديده الکترو شيميائی است . عملا" ميلگرد بصورت آندو بتن کاتد می شود و يک جريان الكتريکی بين ميلگرد و سطح بتن بوجود می آيد . مسلما" دراين حالت تحرک يون ها را شاهد هستيم . هر چه اين حرکت بيشتر و سهل تر انجام شود به مفهوم آنست که مقاومت در برابر تحرک يونی کمتر است و با هدايت الکتريکی بتن بيشتر می باشد . بنابراين بايد گفت يکی از راههای ساده آزمايش دوام بتن ، تعيين مقاومت ويژه الکتريکی آن می باشد .  مقاومت الکتريکی بتن نيز مانند مقاومت هر جسم مرکب ديگر تابع اجزاء آن و ارتباط اجزاء با يکديگر است . مقاومت الکتريکی سنگدانه ها و خميــــــر سيمان سخت شده و نسبت مقدار هر يک در بتن و همچنين کيفيت وجه مشترک ( ناحيه انتقالی ) و مصرف افزودنيهای پودری معدنی تأثير زيادی در مقاومت الکتريکی بتن دارد . وجود رطوبت و اشباع مقاومت الکتريکی را کم می کند . وجود ترکهای ريز که با آب پر شود به شدت مقاومت الکتريکی را کاهش می دهد . حتی اگر بجای آب از محلول آب نمک يا آب دريا استفاده کنيم افت شديدی در مقاومت الکتريکی مشاهده خواهيم نمود . بنابراين سعی می شود مقاومت الکتريکی بتن های اشباع با آب نمک يا آب دريا اندازه گيری شود . اندازه گيری مقاومت الکتريکی ساده است . کافی است دو صفحه برنجی يا مسی را کاملا" در تماس با سطح نمونه بتن قرار دهيم و با يک اهم متر مخصوص ، مقاومت الکتريکی را بدست آوريم . اما اين مقاومت الکتريکی بايد بدون توجه به اثر ابعاد گزارش شود يعنی بايد مقاومت ويژه الکتريکی تعيين و اعلام گردد تا بتوان آنرا با ساير بتن ها مقايسه نمود . برای اين منظور از رابطه زير
استفاده می شود .

 

مقاومت ويژه الکتريکی بتن بر حسب اهم متر

R مقاومت الكتريكي قرائت شده از دستگاه

A سطح نمونه ( سطح تماس صفحه برنجي با بتن )

L فاصله بين دو صفحه تماس ( طول نمونه )

                        

 

اعتقاد بر آن است که هرچه مقاومت ويژه الکتريکی بيشتر باشد بتن با دوام تر و مطلوب تری داريم.

 

         

 مقاومت ويژه الکتريکی  بتن اشباع                  نوع بتن از نظر دوام در برابر خوردگی

                  بيشتر از 200                                                           عالی

                  200 -120                                                             خوب

                  120- 50                                                              متوسط

                 کمتر از 50                                                              ضعيف

برای اتصال مناسب صفحه برنجی با بتن معمولا" لايه نازکی از خميــر سيمان نسبتا" شل را بکار می برند و صفحه را با فشار به خمير سيمان و سطح بتن چسبانيده و اندازه گيری را به انجام
می رسانند .

ميتوان گفت هيچ آزمايشی به سادگی و اعتبار اين آزمايش برای تعيين کيفيت بتن بويژه از نظر تحرک يون کلر و OH در داخل بتن نمی باشد . اما جالب است بدانيم اين آزمايش هنوز دارای دستورالعمل استانداردی نيست . هم چنين اختلاف نظر علماء بتن برای اندازه گيری R 
( مقاومت اهمی ) و Z ( مقاومت ظاهری با در نظر گرفتن اثر القائی و خازنی ) بحث برانگيز است . برخی اعتقاد دارند کافی است R را بسادگی اندازه گيری کنيم و برخی معتقدند که در بتن اثر خازنی وجود دارد و بايد وسايلی را بکار برد که بتواند Z را مشخص نمايد ( بويژه در بتن های ميکروسيليس دار ) ، برخی نيز معتقدند که تفاوت چندانی بين Z و R عملا" وجود ندارد .

اميد است در آينده بتوان برای کنترل دوام بتن از اين آزمايش سريع و کم هزينه استفاده نمود و بايد دانست الزاما" مقاومت فشاری بيشتر به معنای مقاومت ويژه الکتريکی نمی باشد .

بتن های حاوی ميکروسيليس بسته به ميزان ميکروسيليس ، مقاومت الکتريکی 3 تا 10 برابر مقاومت الکتريکی بتن مشابه ولی بدون ميکروسيليس را دارا است در حاليکه مقاومت فشاری بتن ممکنست فقط 5 تا 15 درصد افزايش يابد . البته بايد گفت اندازه گيری مقاومت ويژه الکتريکی بتن سخت شده داخل قطعه کار دشواری است .

اگر ميلگرد و بتن را مانند يک مدار برقی در نظر بگيريم اختلاف پتانسيل ، مقاومت و شدت جريان در آن وجود دارد . بديهی است هر چه مقاومت الکتريکی بيشتر شود شدت جريان کمتر می گردد و شدت خوردگی نيز کم می شود . ضمن اينکه مقاومت الکتريکی بيشتر ، آغاز خوردگی را به تأخير می اندازد .

برخی اعتقاد دارند بايد مقاومت الکتريکی بتن سطحی ( پوشش روی ميلگرد ) را اندازه گيری کرد که منطقی بنظر می رسد .

 

q       آزمايش نيم پيل ( Half Cell ) :

 

همانگونه که گفته شد واقعا" يک جريان الکتريکی در بتن مسلح وجود دارد . پس بايد بتوان آن را اندازه گيری نمود . اگر يک  سر سيم را به ميلگرد وصل کنيم و سر ديگر سيم را به کمک يک الکترود به سطح بتن مرطوب بچسبانيم و در اين فاصله ولت متری را قرار دهيم ، اختلاف پتانسيل را بر صفحه دستگاه مشاهده می نماييم که در حدود چند ده تا چند صد ميلی ولت است.

 

بسته به نوع الکترود مصرفی ، ولتاژ قرائت شده متفاوت خواهد بود و قابل تبديل به يکديگر
می باشند ، آزمايش نيم پيل دارای دستور العمل استاندارد برای کارگاه می باشد اما دستور استاندارد آزمايشگاهی ندارد . در کارگاه ASTM الکترود مس ـ سولفات مس را توصيه کرده است و در آزمايشگاه معمولا" از الکترود کالومل اشباع استفاده ميشود .

ASTM . C876 شروع فعاليت خوردگی را به صورت احتمالی و بشرح ذيل مشخص کرده است.

 

 

احتمال شروع فعاليت خوردگی             اختلاف پتانسيل v با الکترود مس ـ سولفات مس (mv )

بيش از 90 درصد                                                          350< v

حدود 50 درصد                                                        200<v<350

کمتر از 10 درصد                                                          v < 200

 

در اين آزمايش بايد ميلگردها بصورت متصل تداوم داشته باشند و قطع در آنها باعث اختلال در نتايج می گردد . بايد دانست که اين آزمايش فقط اختلاف پتانسيل موجود را به دست می دهد که پتانسيل خوردگی نام دارد و به هيچ وجه آهنگ خوردگی يا ميزان خوردگی ميلگرد را به نمايش نمی گذارد .

در آزمايشهای آزمايشگاهی معمولا" ميلگردی را داخل يک استوانه بتنی قرار می دهند و بخش عمده ای از بتن را در داخل آب دريا يا آب نمک ( با غلظت های متفاوت ) می گذارند و يک سر سيم را به ميلگرد خارج از آب و الکترود را داخل آب دريا يا آب نمک قرار می دهند و ولتــاژ را قرائت می کنند .

اين آزمايش مستقيما" کيفيت بتن را بدست نمی دهد فقط می توان کيفيت بتن را در مقايسه با يکديگر ارزيابی کرد ونشان داد کدام نمونه زودتر و کدام يک ديرتر فعاليت خوردگی را آغاز
می نمايند .

آزمايش نيم پيل و ارقام ذکر شده فقط برای ميلگردهای بدون پوشش ( گالوانيزه ، اپوکسی و .. . . ) کاربرد و مفهوم دارند و برای ميلگردهای پوشش دار و صنعت متفاوت خواهد بود.

ادامه دارد....   منبع: انجمن بتن ایران -  www.mahdihashemi.blogfa.com