یکی از عمده ترین خرابی ها در سال های اخیر در سازه های بتن مسلح در مناطق گرم و جنوب و به خصوص در مناطق حاشیه خلیج فارس و دریای عمان، خوردگی میلگرد می باشد. خوردگی میلگرد های فولادی باعث بروز ترک در پوشش بتنی میلگردها شده این خوردگی با بروز پدیده کربناتاسیون و به ویژه نفوذ یون کلرید آغاز شده و شدت می یابد و نهایتا به ترک خوردگی و ریختن سازه می انجامد.
از نظر خوردگی فقط یون های آزاد کلرید مضر هستند و کلیه یون های کلرید موجود در منافذ به صورت آزاد نیستند، بلکه بخشی از یون های کلرید با محصولات هیدراتاسیون سیمان پیوند فیزیکی و یا شیمیایی برقرار می کنند.
یون های کلرید در بتن در سه حالت به شرح زیر یافت می شوند.
معمولا میلگردها در بتن در محیط محافظت شده ای قرار دارند. (مدفون در بتن) این محافظت ناشی از دو عامل فیزیکی و شیمیایی است.
خوردگی فولاد در بتن یک فرآیند الکتروشیمیایی است. پتانسیل های الکتروشیمیایی که تشکیل پیل های خوردگی را می دهند به یکی از دو صورت زیر به وجود می آید.
توصیف مختصری از پدیده خوردگی به شرح زیر است. وقتی که اختلاف پتانسیل الکتریکی در امتداد طول میلگرد فولادی در بتن به وجود می آید ، یک پیل الکترو شیمیایی به وجود می آید و مناطق آندی و کاتدی به وجود می آیند که با الکترولیت (آب منفذی در خمیر سفت شده سیمان) با یکدیگر مرتبط می شوند. یون فرو با شار مثبت ++Fe در آند وارد محلول می شود در حالی که الکترون های آزاد با شار منفی از میان فولاد عبور کرده و به کاتد می روند و در آنجا وارد الکترولیت شده و با آب و اکسیژن ترکیب شده و یون های هیدروکسید (OH-) را به وجود می آورند. این یون ها از میان الکترولیت عبور کرده و با یون های فرو ترکیب می شوند و هیدروکسید آهن را به وجود می آورند که با اکسیداسیون بعدی به زنگ آهن تبدیل می شود.
واکنش های آندی
واکنش های کاتدی
می توان مشاهده نمود که اکسیژن مصرف می گردد و آب دوباره ساخته می شود اما این واکنش برای تداوم ضروری است. بنابراین در بتن خشک احتمالا با رطوبت نسبی کمتر از ۶۰ درصد ، هیچ گونه خوردگی وجود نخواهد داشت. مناسبت ترین رطوبت نسبی برای خوردگی ۷۰ الی ۸۰ درصد است در رطوبت های نسبی زیادتر پخش اکسیژن در داخل بتن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
نکته مهم قابل ذکر دیگر اینکه اختلاف در پتانسیل های الکتروشیمیایی می تواند از تفاوت هایی در محیط بتن ایجاد شود. برای مثال وقتی که قسمتی از بتن به صورت دائم در آب غرقاب است و قسمتی دیگر در معرض تر و خشک شدن متناوب قرار می گیرد و یا وقتی یک تفاوت قابل ملاحظه در ضخامت پوشش روی مجموعه میلگردها که به صورت الکتریکی با یکدیگر مرتبط هستند وجود داشته باشد وضعیت مشابهی می تواند ایجاد شود. و یا پیل های الکتروشیمیایی در اثر تغییرات در غلظت نمک های موجود در آب منفذی و یا دسترسی غیر یکنواخت به اکسیژن تشکیل شود.
همانگونه که قبلا نیز بیان شد بر روی فولاد مدفون در خمیر سیمان در حال هیدراته شدن به سرعت لایه ای غیر فعال از اکسیدی تشکیل می شود که به شدت به لایه فولاد زیرین می چسبد و از آن به طور کامل در برابر واکنش با اکسیژن و آب محافظت می کند (به عبارت دیگر از تشکیل زنگ زدگی و خوردگی محافظت می کند.) به این لایه ایجاد شده لایه خنثی ساز گفته می شود. این حالت فولاد به نام حالت غیر فعال گفته می شود. حفظ حالت بی اثری منوط به PH به اندازه کافی زیاد آب منفذی در تماس با لایه غیر فعال است بنابراین وقتی که جبهه PH کم به حوالی سطح میلگردهای فولاد می رسد لایه اکسید برداشته می شود و خوردگی می تواند رخ دهد.
به شرط آنکه اکسیژن و رطوبت کافی برای واکنش خوردگی فراهم باشد برای آغاز لازم است تا لایه غیر فعال سوراخ شود. یونهای کلرید سطح فولاد را فعال می سازند و یک آند به وجود می آورند و سطح خنثی ساز به صورت کاتد عمل خواهد نمود. به دلیل سطح کوچک آند نسبت به سطح بزرگ کاتد شدت خوردگی در محل آند بسیار زیاد است.
ذکر این نکته در همینجا لازم است که نقاط آند و کاتد همیشه بر سطح یک میلگرد تشکیل نمی شود. به عنوان مثال معمولا اعضای بتنی مسلح دارای دو شبکه میلگرد می باشند که توسط خاموت ها با یکدیگر ارتباط الکتریکی دارند ، ممکن است یک شبکه در معرض نفوذ آب و کلرید قرار گیرد و شبکه دیگر که بتن اطراف آن خشک است در معرض نفوذ اکسیژن قرار گیرد. شبکه ای که در معرض یون کلرید است به صورت آند و شبکه دیگر که در معرض اکسیژن است به صورت کاتد عمل می کند.
منبع : تکنولوژی بتن و آزمایشگاه همراه با طرح اختلاط نوشته مهندس فرهاد مصباح ایراندوست