علت خوردگی میلگرد در بتن چیست | بررسی فرآیند خوردگی و راهکار جلوگیری

خوردگی میلگرد در بتن یکی از مشکلات رایج در سازه‌های بتنی است که می‌تواند تأثیرات جبران‌ناپذیری بر سلامت و استحکام ساختمان‌ها بگذارد. این مشکل زمانی رخ می‌دهد که میلگردهای فولادی داخل بتن دچار آسیب شده و فرآیند زنگ‌زدگی در آنها آغاز می‌شود. این مسأله باعث کاهش مقاومت بتن و در نهایت، تخریب تدریجی سازه می‌شود. در این مقاله، به بررسی علل اصلی خوردگی میلگرد در بتن، فرآیند این آسیب‌دیدگی و راهکارهای مؤثر برای پیشگیری از آن خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید تا به طور کامل با این موضوع آشنا شوید.

خوردگی میلگرد چیست؟

خوردگی میلگرد در بتن به فرآیندی گفته می‌شود که در آن میلگردهای فولادی که برای تقویت بتن استفاده می‌شوند، دچار آسیب و خوردگی می‌شوند. این پدیده زمانی آغاز می‌شود که شرایط محافظتی بتن از میلگرد مختل شود و عوامل محیطی مانند رطوبت، اکسیژن و یون‌های مهاجم بتوانند با سطح میلگردها تماس پیدا کنند.

هنگامی که این عوامل به میلگردها می‌رسند، واکنش‌های شیمیایی در سطح میلگرد آغاز می‌شود. این واکنش‌ها منجر به کاهش قطر میلگرد و در نتیجه، کاهش مقاومت آن می‌گردد. این خوردگی معمولاً با تولید اکسید آهن یا همان زنگ‌زدگی در سطح میلگردها همراه است.

به طور کلی، میلگردهای فولادی در بتن سالم در یک لایه قلیایی احاطه شده‌اند که این لایه از آنها در برابر خوردگی محافظت می‌کند. اما با نفوذ عوامل ذکر شده، این پوشش طبیعی از بین می‌رود. شناخت این پدیده و تمایز آن از سایر آسیب‌های بتن، اولین گام برای پیشگیری و افزایش دوام سازه‌های بتنی است.

انواع خوردگی میلگرد در بتن

خوردگی میلگرد در بتن می‌تواند به شیوه‌های مختلفی بروز کند. هر یک از این انواع خوردگی ویژگی‌ها و علائم خاص خود را دارند. در این بخش، به بررسی انواع مختلف خوردگی میلگرد بتن می‌پردازیم.

خوردگی شیاری

خوردگی شیاری یکی از رایج‌ترین انواع خوردگی میلگردهای بتن است که در بخش‌های خاصی از سطح میلگرد رخ می‌دهد. این نوع خوردگی زمانی اتفاق می‌افتد که آب و اکسیژن به طور متمرکز در نواحی خاصی از میلگرد نفوذ کرده و باعث تشکیل لایه‌ای از زنگ آهن در این مناطق می‌شوند. این مشکل در قسمت‌هایی از میلگرد که به صورت مستقیم با مواد خورنده یا رطوبت تماس دارند، بیشتر مشاهده می‌شود. خوردگی شیاری باعث ایجاد شکاف‌های عمیق در میلگرد می‌شود.

خوردگی حفره‌ای

در خوردگی حفره‌ای، میلگردها در اثر واکنش‌های شیمیایی به صورت نقطه‌ای دچار آسیب می‌شوند. این نوع خوردگی معمولاً در نواحی کوچک و به شکل حفره‌هایی روی سطح میلگرد بروز می‌کند.

خوردگی ناشی از رطوبت

خوردگی ناشی از رطوبت زمانی رخ می‌دهد که میلگردها در معرض رطوبت مداوم یا آب قرار گیرند. رطوبت موجود در بتن می‌تواند به عنوان یک کاتالیزور عمل کند و موجب شروع واکنش‌های شیمیایی شود که در نهایت به خوردگی میلگرد می‌انجامد. در این نوع خوردگی، آب به داخل بتن نفوذ می‌کند و میلگردها در معرض اکسیژن و مواد شیمیایی موجود در آن قرار می‌گیرند. این شرایط باعث تشکیل لایه‌های زنگ آهن در اطراف میلگرد و افزایش فشار در بتن می‌شود.

خوردگی ناشی از کلریدها

خوردگی ناشی از کلریدها یکی دیگر از رایج‌ترین انواع خوردگی میلگرد در بتن و به ویژه در مناطق ساحلی یا صنعتی است. کلریدها که عمدتاً در نمک‌های خوراکی یا نمک‌های صنعتی موجود هستند، می‌توانند از طریق رطوبت به داخل بتن نفوذ کنند. این نمک‌ها موجب تشکیل لایه‌ای اکسیدی روی میلگرد می‌شوند. خوردگی ناشی از کلریدها معمولاً در مناطقی که در معرض نمک‌های محلول در آب هستند، سریع‌تر رخ می‌دهد.

خوردگی ناشی از سولفات‌ها

خوردگی ناشی از سولفات‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که میلگردها در تماس با مواد حاوی سولفات قرار بگیرند. سولفات‌ها که معمولاً در خاک‌های آلوده به سولفات یا آب‌های زیرزمینی وجود دارند، می‌توانند به بتن نفوذ کرده و میلگردها را دچار خوردگی کنند. این نوع خوردگی معمولاً باعث ایجاد ترک‌های سطحی در بتن و کاهش قدرت آن می‌شود.

فرآیند خوردگی میلگرد بتن

زنگ زدن میلگرد در بتن یک فرآیند تدریجی است که با نفوذ عوامل محیطی به داخل بتن و برخورد آنها با سطح فولاد آغاز می‌شود. این فرآیند معمولاً شامل چند مرحله کلیدی می‌شود:

1. شروع خوردگی: بتن خاصیت قلیایی دارد. در بتن تازه یا سالم، میلگردها توسط پوشش قلیایی بتن محافظت می‌شوند. وقتی این پوشش قلیایی به دلیل نفوذ آب، کلرید یا ترک‌های بتن تضعیف شود، فولاد در معرض واکنش با اکسیژن و رطوبت قرار می‌گیرد.
2. پیشرفت خوردگی: پس از شروع، واکنش‌های الکتروشیمیایی باعث تشکیل اکسیدهای آهن (زنگ) روی سطح میلگرد می‌شوند. لایه زنگ حجم بیشتری نسبت به فولاد دارد و باعث ایجاد فشار در اطراف میلگرد و ترک خوردن یا پوسته شدن بتن می‌شود.
3. گسترش خوردگی: با پیشرفت فرآیند، لایه زنگ ضخیم‌تر می‌شود و مسیر نفوذ رطوبت و یون‌ها را تسهیل می‌کند و سرعت خوردگی افزایش می‌یابد. به مرور حجم زنگ از اندازه میلگرد هم بیشتر می‌شود. در این مرحله مقاومت کششی میلگرد و اتصال آن با بتن کاهش می‌یابد و سلامت سازه به خطر می‌افتد.
4. تخریب سازه‌ای: اگر خوردگی کنترل نشود، سطح میلگرد به شدت آسیب می‌بیند، قطر آن کاهش می‌یابد و بخش‌هایی از بتن اطراف آن خرد می‌شود. این مرحله با نشانه‌های ظاهری مانند ترک‌های سطحی، پوسته شدن بتن و تغییر رنگ همراه است. در نهایت هم به دیگر بخش‌ها سرایت می‌کند و می‌تواند باعث ضعف جدی سازه شود.

علل خوردگی میلگرد

خوردگی میلگرد در بتن یک پدیده پیچیده است که تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد. شناسایی این عوامل می‌تواند کمک کند تا راهکارهای پیشگیرانه برای جلوگیری از این مشکل اتخاذ کنید. مهم‌ترین عوامل بروز زنگ زدگی میلگرد در بتن عبارت‌اند از:

• رطوبت و آب
• ترک بتن و نفوذ مواد به درون آن
• شرایط آب و هوایی شدید مثل چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب یا تغییرات سریع دما
• پوشش ناکافی بتن روی میلگردها
• نمک‌ها و کلریدها به‌ویژه نمک‌های حل‌شده در آب‌ها
• سولفات‌ها که ‌معمولاً در خاک‌ها یا آب‌های زیرزمینی وجود دارند
• ترکیب نامناسب بتن و استفاده از سیمان بی‌کیفیت
• تسریع واکنش شیمایی به دلیل دمای بالا
• کیفیت پایین میلگرد
• آلاینده‌های شیمیایی موجود در محیط، مانند آلودگی هوا و گازهای صنعتی
• طراحی نامناسب سازه، مخصوصاً استفاده از طراحی‌هایی که باعث تجمع آب یا رطوبت در قسمت‌های خاصی از سازه می‌شوند

نشانه‌های خوردگی میلگرد

خوردگی میلگرد در بتن یکی از مشکلاتی است که در مراحل اولیه ممکن است به‌سختی قابل مشاهده باشد، اما با گذشت زمان، علائم آن به وضوح ظاهر می‌شود. شناسایی زود هنگام این علائم می‌تواند کمک کند تا اقدامات پیشگیرانه یا ترمیمی انجام شود و از تخریب بیشتر سازه جلوگیری گردد. در این بخش، به بررسی نشانه‌ها و علائم رایج خوردگی میلگرد در بتن می‌پردازیم.

ترک‌خوردگی سطح بتن

یکی از اولین علائم، ترک‌خوردگی سطح بتن است. هنگامی که میلگردهای در حال خوردگی حجم خود را از دست می‌دهند و زنگ آهن در اطراف آن‌ها تشکیل می‌شود، فشار زیادی به بتن وارد می‌شود. این فشار می‌تواند موجب ترک‌خوردگی‌های کوچک یا بزرگ در سطح بتن شود. این ترک‌ها معمولاً به‌ صورت خطوط ریز و عمودی یا افقی روی سطح ظاهر می‌شوند و در صورتی که ادامه یابند، می‌توانند به ترک‌های عمیق‌تر تبدیل شوند.

تغییر رنگ بتن

زمانی که میلگردها دچار خوردگی می‌شوند، زنگ آهن تولید شده می‌تواند باعث تغییر رنگ سطح بتن شود. این تغییر رنگ معمولاً به‌صورت لکه‌های زرد، قهوه‌ای یا قرمز قابل مشاهده است. این لکه‌ها ممکن است در اطراف نقاطی از بتن که در معرض فشار خوردگی قرار دارند، ظاهر شوند و نشان‌دهنده آغاز فرآیند خوردگی میلگرد باشند.

فرورفتگی و پوسته‌پوسته شدن سطح بتن

فرو رفتگی و پوسته شدن سطح بتن از دیگر علائم خوردگی میلگرد است که به دلیل تشکیل لایه‌های ضخیم از زنگ آهن در اطراف میلگردها ایجاد می‌شود. این فرورفتگی‌ها معمولاً در نزدیکی سطح بتن و در مناطقی که میلگردها در آن‌ها بیشتر در معرض زنگ قرار دارند، مشاهده می‌شوند.

کاهش مقاومت بتن

یکی از نشانه‌های غیرمستقیم، کاهش مقاومت بتن است. میلگردها وظیفه تقویت بتن را بر عهده دارند و هر گونه آسیب به آن‌ها می‌تواند بر مقاومت کلی سازه تأثیر بگذارد. وقتی میلگردها در اثر خوردگی دچار آسیب می‌شوند، توانایی آن‌ها برای تحمل بارهای کششی کاهش می‌یابد. این امر باعث می‌شود که سازه به‌ویژه در برابر بارهای سنگین یا تغییرات شدید شرایط محیطی، ضعیف‌تر شود.

تغییر شکل بتن

لایه‌های زنگ آهن اطراف میلگردها فشار زیادی به بتن وارد می‌کنند و این امر باعث تغییر شکل و انحراف سازه می‌شود. این تغییرات در سازه‌های بتنی که تحت فشار یا بارهای سنگین قرار دارند، بیشتر به چشم می‌آید.

ایجاد حفره‌ و شکاف‌ در بتن

هنگامی که خوردگی میلگرد پیشرفت می‌کند، زنگ آهن به سطح بتن فشار می‌آورد و می‌تواند باعث ایجاد حفره‌ها یا شکاف‌هایی در آن شود. این حفره‌ها می‌توانند به عمق بتن نفوذ کرده و در نهایت باعث ضعف بیشتر سازه شوند.

پیامدهای خوردگی میلگرد

خوردگی میلگرد در بتن می‌تواند پیامدهای جدی برای سازه‌ها و ساختارهای بتنی داشته باشد. در این بخش، به بررسی پیامدهای مختلف خوردگی میلگرد می‌پردازیم.

کاهش مقاومت و ایمنی سازه

یکی از اصلی‌ترین پیامدهای این مشکل، کاهش مقاومت سازه است. هنگامی که میلگردها در اثر خوردگی ضعیف می‌شوند، مقاومت بتن در برابر فشار و بارهای مختلف کاهش می‌یابد. این امر موجب افزایش خطر ترک‌خوردگی، انحراف و حتی تخریب بخش‌های وسیعی از سازه می‌شود.

آسیب به دوام بتن

دوام بتن به توانایی آن در مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف اشاره دارد. خوردگی میلگردها می‌تواند به طور مستقیم به دوام بتن آسیب بزند. زمانی که میلگردها دچار این مشکل می‌شوند، فشار ناشی از لایه‌های زنگ‌زده به بتن منتقل می‌شود و باعث ترک‌خوردگی و تخریب سطح بتن می‌شود.

ایجاد ترک و شکست در بتن

همان طور که پیشتر اشاره کردیم، فشار ناشی از زنگ‌زدگی میلگرد می‌تواند موجب ایجاد ترک‌های سطحی و عمقی در بتن شود. این ترک‌ها علاوه بر اینکه موجب ضعف سازه می‌شوند، می‌توانند مسیر مناسبی برای نفوذ بیشتر آب و مواد شیمیایی به داخل بتن فراهم کنند و باعث تسریع زنگ‌زدن شوند.

افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری

خوردگی موجب افزایش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری می‌شود. هزینه‌های ترمیم بتن آسیب‌دیده، تعویض میلگردها و بازسازی بخش‌های آسیب‌دیده سازه می‌تواند بسیار زیاد باشد. علاوه بر این، عملیات تعمیرات ممکن است مدت‌ها زمان ببرد و برای صاحب‌کار یا بهره‌بردار هزینه‌های اضافی ایجاد کند.

تأثیر بر عملکرد سازه‌های بلند و پیچیده

در سازه‌های بلند و پیچیده مانند برج‌ها و پل‌ها، خوردگی میلگردها می‌تواند تأثیرات ویرانگری داشته باشد. در این سازه‌ها، بار وارده بسیار زیاد و پیچیده است و هرگونه ضعف در میلگردها می‌تواند به تخریب گسترده و ناپایداری ساختاری منجر شود. این مسأله می‌تواند موجب بروز مشکلات جدی در زمان بهره‌برداری از این سازه‌ها، کاهش طول عمر آن‌ها و حتی وقوع حوادث ناگوار شود.

کاهش ارزش اقتصادی ساختمان

در نهایت، ارزش اقتصادی ساختمان یا سازه نیز به طور قابل‌ توجهی کاهش می‌یابد. زمانی که یک ساختمان به دلیل خوردگی میلگردها آسیب می‌بیند، علاوه بر افزایش هزینه‌های تعمیرات، ممکن است ارزش آن به طور قابل‌توجهی کاهش یابد. این امر می‌تواند در بازار ملک تأثیر منفی بگذارد و باعث کاهش قابلیت فروش یا اجاره آن ساختمان گردد.

روش‌های پیشگیری از خوردگی میلگرد در بتن

پیشگیری از این مشکل یکی از مسائل اساسی در طراحی و نگهداری سازه‌های بتنی است. با توجه به پیامدهای جدی این مشکل، ضروری است که از روش‌های مؤثر برای جلوگیری از خوردگی میلگردها استفاده کنیم. در این بخش، به بررسی مهم‌ترین روش‌های پیشگیری از خوردگی میلگرد در بتن خواهیم پرداخت.

میلگردهای ضد زنگ

یکی از ساده‌ترین و مؤثرترین روش‌ها برای پیشگیری از این مشکل، استفاده از میلگردهای ضدزنگ یا میلگردهای گالوانیزه است. این میلگردها به طور خاص برای مقاومت در برابر خوردگی طراحی شده‌اند و معمولاً با یک عایق ضدزنگ پوشانده می‌شوند. این پوشش‌ها از تماس مستقیم میلگرد با رطوبت، آب و مواد شیمیایی جلوگیری می‌کنند.

بتن باکیفیت

استفاده از بتن باکیفیت بالا می‌تواند به عنوان یک روش پیشگیرانه و مؤثر در برابر خوردگی عمل کند. همان طور که پیش‌تر اشاره کردیم یکی از عوامل اصلی زنگ‌زدن میلگرد، نفوذ آب و مواد شیمیایی به داخل بتن است. برای جلوگیری از این امر، باید از نسبت مناسب آب به سیمان استفاده کرد. همچنین، استفاده از سیمان باکیفیت و سنگدانه‌های بدون آلاینده به افزایش مقاومت بتن در برابر نفوذ آب و مواد شیمیایی کمک می‌کند.

استفاده از مواد افزودنی ضدخوردگی

این مواد را می‌توانید به ترکیب بتن اضافه کنید. مواد ضدزنگ معمولاً با ایجاد یک لایه محافظ روی سطح میلگرد و افزایش مقاومت بتن در برابر نفوذ رطوبت و مواد شیمیایی، از بروز خوردگی جلوگیری می‌کنند. از جمله این مواد می‌توان به کربنات‌ها و سیلیکات‌ها اشاره کرد.

پوشش‌دهی میلگردها

پوشاندن میلگردها با پوشش‌های اپوکسی یا پلیمری یکی دیگر از روش‌های مؤثر در پیشگیری از خوردگی میلگرد در بتن است. این پوشش‌ها می‌توانند از تماس میلگرد با محیط‌های خورنده جلوگیری کنند. پوشش‌های اپوکسی مخصوصاً در شرایطی که بتن در معرض آب‌های شور یا مواد شیمیایی قرار دارد، کاربرد فراوانی دارند.

استفاده از روش‌های الکتروشیمیایی

یکی از روش‌های پیشرفته در پیشگیری از خوردگی میلگرد، استفاده از سیستم‌های حفاظت کاتدی است. در این روش، یک جریان الکتریکی به میلگرد اعمال می‌شود تا از خوردگی آن جلوگیری شود. این سیستم‌ها معمولاً در پروژه‌های بزرگ و حساس که میلگردها در معرض خوردگی شدید قرار دارند، استفاده می‌شوند. حفاظت کاتدیک کاربرد زیادی در سازه‌های دریایی، پالایشگاه‌ها و سازه‌های بتنی در معرض آب شور دارد.

طراحی مناسب سازه

منظور از طراحی مناسب در نظر گرفتن نکاتی مانند استفاده از لایه‌های محافظتی کافی بین میلگردها و سطح بتن، توجه به جلوگیری از تجمع آب و رطوبت در نقاط مختلف سازه و انتخاب درست مواد اولیه است. علاوه بر این، باید توجه داشت که در طراحی سازه‌هایی که در معرض شرایط محیطی خاص قرار دارند، مانند مناطق ساحلی یا صنعتی، تدابیر خاصی برای محافظت از میلگردها در نظر گرفته شود.

نگهداری و بازرسی منظم

انجام بازرسی‌های دوره‌ای و ارزیابی وضعیت میلگردها می‌تواند به شناسایی زود هنگام علائم خوردگی کمک کند. در صورت مشاهده هر گونه آسیب یا خوردگی اولیه، می‌توان با انجام تعمیرات سریع، از گسترش مشکل و هزینه‌های سنگین جلوگیری کرد.

تکنیک‌های نظارت و پایش خوردگی میلگرد

برای جلوگیری از گسترش خوردگی میلگرد در بتن و کاهش هزینه‌های تعمیرات، استفاده از روش‌های نظارتی دقیق و پایش مداوم وضعیت سازه ضروری است. این روش‌ها به مهندسان کمک می‌کنند تا قبل از وقوع آسیب‌های جدی، فرآیند خوردگی را شناسایی و کنترل کنند. مهم‌ترین تکنیک‌های نظارت و پایش عبارت‌اند از:

• آزمون‌های غیرمخرب (NDT): با کمک روش‌هایی مانند التراسونیک، رادار نفوذی زمین (GPR) و چکش اشمیت، می‌توان بدون ایجاد آسیب به سازه، کیفیت بتن، وجود ترک‌ها و شرایط داخلی را بررسی کرد. این روش‌ها برای تشخیص زود هنگام نواحی مستعد خوردگی بسیار کاربردی هستند.
• اندازه‌گیری پتانسیل خوردگی میلگرد: در این روش، با اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل الکتریکی بین میلگرد و یک الکترود مرجع، احتمال یا میزان فعال بودن خوردگی مشخص می‌شود. این شیوه یکی از رایج‌ترین تکنیک‌های ارزیابی وضعیت خوردگی در سازه‌های بتنی است.
• سنجش مقاومت الکتریکی بتن: بتنی که رطوبت بیشتری دارد یا یون‌های مهاجم در آن نفوذ کرده‌اند، مقاومت الکتریکی کمتر و احتمال خوردگی بیشتری دارد. با اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی می‌توان شرایط مناسب برای شروع خوردگی را پیش‌بینی کرد.
• بررسی عمق نفوذ کلرید: با نمونه‌برداری از بتن و آزمایش محتوای کلرید، میزان نفوذ یون‌های مخرب به عمق بتن را می‌توان تعیین کرد. اگر مقدار کلرید از حد مجاز فراتر رفته باشد، احتمال خوردگی فعال بسیار بالاست.
• پایش سلامت سازه (SHM): پایش سلامت سازه شامل مجموعه روش‌های نظارت بر یک سازه می‌شود. روش‌های مختلفی برای ثبت و بررسی لحظه‌ای تغییرات رطوبت، دما، مقاومت الکتریکی و تنش‌ها وجود دارد. این روش برای پروژه‌های بزرگ مانند پل‌ها، تونل‌ها و سازه‌های ساحلی بسیار ارزشمند است.
• نمونه‌برداری و آزمایش‌های آزمایشگاهی: در برخی موارد، نمونه‌گیری مستقیم از بتن و میلگرد برای بررسی وضعیت واقعی خوردگی ضروری است. این روش اگر چه تهاجمی‌تر است، اما اطلاعات دقیق‌تری ارائه می‌دهد. پس از آزمایش می‌توان طبق نتایج تصمیم‌گیری کرد.

سخن نهایی

در این مقاله به بررسی خوردگی میلگرد در بتن پرداختیم. این مشکل یکی از مهم‌ترین چالش‌های دوام بتن و سازه‌ها است و می‌تواند مقاومت، یکپارچگی و عمر مفید سازه را به‌ شدت کاهش دهد. شناخت فرآیند خوردگی، انواع آن و علائم بروز این مشکل، مهم‌ترین قدم برای پیشگیری و کنترل آن است. با انتخاب مصالح مناسب، طراحی درست، عمل‌آوری اصولی و اجرای دقیق می‌توان احتمال وقوع خوردگی را تا حد زیادی کاهش داد.

منابع

https://www.icorr.org/effective-strategies-for-preventing

https://atrinsteel.com/en/general-information/195-types-of-corrosion

https://dev2.leblek.com/blog/rebar-corrosion-in-concrete-balconies-staircases

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/rebar-corrosion