برای سال‌های متمادی شرکت‌های صنعتی برای محافظت از بتن مسلح فولادی در برابر خوردگی تلاش کرده‌اند. عوامل اصلی خوردگی در بتن عبارتند از نمک، کلرید و یخ زدایی است.
نمک به داخل بتن نفوذ می کند و میلگرد فولادی را فرسایش می دهد و باعث ایجاد ترک و پوسته شدن بتن و در نهایت باعث احتمال شکست سازه می شود. یک راه حل بسیار موثر و طولانی مدت، پاشش فلز یا حرارتی بتن با روی یا انواع آلیاژهای روی است. این یک فناوری است که عمر طیف گسترده ای از محصولات را در محیط های متخاصم محافظت یا افزایش می دهد.
اکثر سیستم های حفاظت کاتدی روی متالیز شده در حالت گالوانیکی کار می کنند. با این حال، سیستم های حفاظت کاتدی روی متالیز شده می توانند، در حالت جریان تحت تاثیر قرار بگیرند. در سیستم‌های حفاظت کاتدی جریان تحت تأثیر، آند که از موادی با پتانسیل غیرقطبی ساخته می‌شود و ممکن است برابر، بالاتر یا بیشتر از آنچه در ابتدا در فولادی که قرار است محافظت شود وجود دارد. سپس یک منبع تغذیه خارجی بین آند و فولاد با ولتاژ قطبی مناسب وصل می شود تا مقدار جریان الکترونیکی مورد نیاز را به فولاد برساند.
آند معمولاً در نزدیکی سطح بتن تعبیه شده و یک منبع تغذیه خارجی در نزدیکی آن نصب می شود. پوشش پاشیده شده، روی با خلوص بالا یا آلیاژ روی، سپس به یک قطب منبع تغذیه DC و میلگردهای فولادی به قطب دیگر متصل می شود.
مدار الکتریکی بین میلگرد و روی با وجود رطوبت در بتن تکمیل می شود. عمل سلول خوردگی باعث می شود که روی در میلگردهای فولادی خورده شود، بنابراین از میلگردها در برابر خوردگی محافظت می کند. با جریان تحت تاثیر این مهم است که آند و میلگردهای تقویت کننده نباید کوتاه شوند.
همانطور که گفته شد، بسیاری از سیستم ها در حالت گالوانیکی استفاده می شوند که تماس بین آند و میلگرد مشکلی ندارد.
استفاده از آند روی پاشیده شده یک مزیت است زیرا روی سطحی را که روی آن اعمال می شود دنبال می کند و ویژگی های معماری بتن پاشش شده را مخفی نمی کند. این امر در پاشش پل ها یا سازه های زیبایی شناختی و معماری مهم است. پیوند بین روی اسپری شده کلید موفقیت سیستم است.
مشخصات معمولی نیاز به حداقل استحکام باند حدود 1MPa دارد.
با این حال، با پوشش هایی که در طول دهه 1990 در ایالات متحده انجام شد، استحکام اولیه پیوند روی-بتن به طور متوسط بیش از 2 مگاپاسکال بود. 10 سال بعد، استحکام پیوند هنوز به طور متوسط 0.8 مگاپاسکال بود.
استحکام باند با چسباندن دال های فلزی با چسب بتن قوی به پوشش اسپری و کشیدن دالی عمود بر سطح اندازه گیری می شود. پیوند روی – بتن برای طول عمر آند ضروری است. برای دستیابی به استحکام باند ایده آل، سطح بتن باید تمیز و خشک باشد و آب و هوای محل کار به دقت کنترل شود. دمای ایده آل 10 تا 32 درجه سانتی گراد با رطوبت بین 20 تا 60 درصد مورد نیاز است.
فرآیند پاشش روی بر روی بستر تضمین می کند که یک مسیر خوب و یکنواخت بین پوشش و میلگردها از طریق بتن وجود دارد. قبل از پاشش فلز، بخش های آسیب دیده بتن باید با میلگردهای آسیب دیده نیز تعمیر یا تعویض شوند.
سطح باید تمیز شود، ابتدا پاشیدن بتن، خاک و سایر مواد آلی با برس زدن سفت از بین برود. روغن ها و گریس ها باید با مواد شوینده پاک شوند و سپس تمیز شوند. مستقیماً قبل از پاشش فلز، سطح باید به آرامی با حداکثر 6 بار منفجر شود تا هرگونه کثیفی سطح نهایی از بین برود و کلید خوبی برای اتصال پوشش فراهم شود. سپس بسته به اندازه و قابلیت دسترسی سازه، پوشش با سیستم‌های Metallisation Arc140، Arc701 یا Arc170 اعمال می‌شود.
از لحاظ تاریخی در تاسیسات ایالات متحده، استحکام باند معمولی برای روی بین 1 تا 3 مگاپاسکال است و ضخامت پوشش بین 300 تا 500 میکرون خواهد بود.
هزینه های اعمال پوشش های فلزی پاشیده شده روی سازه های بتنی بزرگ ناچیز نیست، به ویژه زمانی که دسترسی به بسیاری از سازه ها مانند پل ها دشوار است.
در بسیاری از موارد، محفظه های مخصوصی باید ساخته شود تا منطقه انفجار و اسپری فلز را مهار کند. این محفظه ها برای حفاظت از محیط زیست و همچنین برای ایجاد شرایط محیطی مناسب برای سمپاشی استفاده می شود.
با این حال، مزایای بلند مدت می تواند این فرآیند را از نظر تجاری بسیار جذاب کند. اگر به درستی و بسته به پوشش اعمال شده انجام شود، این فرآیند می تواند تا 20 سال قبل از نیاز به تعمیر و نگهداری قابل توجه بعدی، محافظت در برابر خوردگی ارائه دهد.
حفاظت ارائه شده می تواند عمر سازه را تا حد زیادی افزایش دهد و همچنین از حوادث پرهزینه ناشی از سقوط قطعات ترک خورده از سازه جلوگیری کند. پس از اعمال، پوشش به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد. در صورت نیاز برای اهداف زیبایی شناختی، می توان پوشش های روی را نیز رنگ کرد.
آلیاژ آلومینیوم، روی و ایندیم که اخیراً ساخته شده است در تعداد کمی از کاربردها استفاده شده است. این ماده فعال تر از روی است و ادعا می شود که برای ایجاد سطوح مناسب حفاظت در برابر خوردگی نیازی به جریان تحت تاثیر ندارد.
پیشنهاد برای مطالعه:
حفاظت فعال یک تکنیک جدید است که برای جلوگیری از خوردگی با استفاده از پوشش CFRP به عنوان آند حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر استفاده می شود. حفاظت غیر فعال رفتار ضد خوردگی پارچه CFRP را نشان می دهد.
9 ستون بتن مسلح با درجات خوردگی متفاوت (تلفات جرمی نظری 1%، 3% و 6%) تهیه و با قرار دادن در معرض مرطوب با روش‌های مختلف حفاظتی (غیر حفاظتی، حفاظت غیرفعال و حفاظت فعال) تیمار شدند.
چرخه های خشک با اندازه‌گیری پتانسیل فولاد، پلاریزاسیون خطی و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی تمام نمونه‌های مورد بررسی، بازده حفاظت فعال ارتباط نزدیکی با درجه پیش‌خوردگی نمونه‌های محافظت‌شده دارد.
علاوه بر این، کارایی حفاظت فعال با گذشت زمان کاهش می‌یابد، که ممکن است به زوال آند CFRP و رابط CFRP / بتن نسبت داده شود. ثابت شده است که حفاظت غیرفعال در هر مورد موثر است، با این حال، فقط می تواند روند خوردگی را کاهش دهد اما نمی تواند پاسخ خوردگی ناشی از آن را متوقف کند.
خوردگی ناشی از کلرید بر روی آرماتورهای فولادی یکی از مهم ترین علل خرابی در سازه های بتن مسلح است . یون‌های کلرید در محیط‌های دریایی یا آلوده به نمک به محیط‌های تقویت‌کننده فولادی وارد می‌شوند و به‌عنوان یک کاتالیزور به جای واکنش‌دهنده مستقیم در طول فرآیند خوردگی فولاد عمل می‌کنند.
در نتیجه، یون‌های کلرید می‌توانند لایه‌های غیرفعال در مجاورت تقویت‌کننده فولادی را حتی در محیط‌های قلیایی مختل کنند و باعث خوردگی بیشتر شوند. کاهش استحکام پیوند در سطوح مشترک فولاد/بتن و ترک‌خوردگی بتن هر دو بر قابلیت سرویس و وضعیت نهایی عناصر RC تأثیر می‌گذارند. با توجه به این خطرات مرتبط با خوردگی مرتبط با کلرید، نیاز به روشی که بتواند کاهش مقاومت را جبران کرده و همزمان انتشار خوردگی را کنترل کند، ضروری است.
برای چنین عناصر RC آسیب دیده در اثر خوردگی، تکنیک های تقویت سنتی، مانند پوشش بتنی یا تقویت ژاکت فولادی، به دلیل بلوغ تکنولوژی ساخت و ساز و قیمت پایین، به طور کلی در پروژه های مهندسی به کار گرفته می شود.
با توسعه تکنیک های مهندسی مواد، خواص مکانیکی بسیاری از مواد جدید در مقایسه با مصالح ساختمانی سنتی مورد استفاده در این روش های تقویتی بسیار برتر است.
با این حال، برخی از کارشناسان معتقدند که CFRP در صورتی که از استحکام کششی آن به طور کامل استفاده نشود، به دلیل هزینه نسبتاً بالا، گزینه خوبی نیست. با توجه به مقاوم‌سازی ستون‌های RC، پیچیدن CFRP با چسب‌ها می‌تواند محصوریت خارجی بتن را فراهم کند و با ایجاد شرایط تنش سه محوری، خواص مکانیکی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
هنگامی که ستون های RC تقویت شده با CFRP تحت بارهای محوری قرار می گیرند، حالت شکست CFRP است، به این معنی که از استحکام کششی CFRP به طور کامل استفاده می شود. تحقیقات متعدد نشان داده اند که پیچیدن ورق های CFRP در اطراف ستون های بتنی می تواند استحکام، شکل پذیری، ظرفیت جذب انرژی ستون بتنی و استحکام پیوند بین بتن و آرماتور فولادی را افزایش دهد.
یکی از عوامل مهم تقویت CFRP ستون های RC، حفاظت ضد خوردگی ارائه شده توسط پوشش CFRP است. CFRP ماده ای با مقاومت شیمیایی خوب است و بنابراین می تواند یکپارچگی و تماس مستقیم خود را با محیط تهاجمی اطراف حفظ کند.
علاوه بر این، از آنجایی که مواد CFRP نسبتاً ضد آب و ضد هوا هستند، پوشش CFRP در اطراف ستون‌های بتنی می‌تواند مانعی غیرقابل نفوذ از دسترسی رطوبت و انتشار یون‌های کلرید به هسته بتن ایجاد کند.
علاوه بر این، تا حدی، پوشش CFRP انبساط حجمی ستون‌های RC را به دلیل خوردگی با اعمال فشار محصور محدود می‌کند و افزایش در چگالی بتن ممکن است مانع توسعه خوردگی شود.
با توجه به این مزیت های روش تقویت CFRP، به طور گسترده در بسیاری از پروژه های مهندسی عملی، به ویژه در مهندسی پل استفاده شده است. بنابراین استفاده از روکش CFRP پس از وقوع خوردگی باعث کاهش سرعت خوردگی، البته با درجات متفاوت می شود. چنین حفاظت غیرفعال در برابر خوردگی توسط محققان متعددی گزارش شده است.
با این حال، در حالی که مطمئناً پذیرفته شده است که حفاظت غیرفعال می تواند نرخ خوردگی را کاهش دهد، نمی تواند رفتار خوردگی را متوقف کند. خوردگی آرماتورهای فولادی در بتن یک فرآیند الکتروشیمیایی است و حداقل از دو واکنش نیمه سلولی تشکیل شده است. در آند، آهن الکترون آزاد می کند و در حالت آهنی حل می شود.
