خوردگی بتن یعنی چه؟ | معرفی علل و انواع خوردگی در بتن

خوردگی بتن یکی از مهم‌ترین و در عین حال پنهان‌ترین عوامل کاهش عمر مفید سازه‌های بتنی است. این پدیده نتیجه ترکیب نامناسب طرح اختلاط، شرایط محیطی خورنده، اجرای ضعیف و نگهداری ناکافی است و می‌تواند در سکوت، مقطع میلگردها را کاهش دهد و ظرفیت باربری سازه را تهدید کند. شناخت مفهوم خوردگی، انواع، عوامل مؤثر، روش‌های پیشگیری و ترمیم بتن، پیش‌نیاز هر تصمیم حرفه‌ای در طراحی، اجرا و بهره‌برداری از سازه‌های بتنی است. در این مقاله به‌صورت جامع بررسی می‌کنیم که خوردگی بتن چیست، چه عواملی آن را ایجاد می‌کنند و چگونه می‌توان از بروز آن جلوگیری کرد.

منظور از خوردگی بتن چیست؟

خوردگی بتن به فرآیندی گفته می‌شود که طی آن ساختار بتن به دلیل واکنش‌های شیمیایی، عوامل فیزیکی یا نفوذ مواد مخرب دچار ضعف، تخریب و کاهش مقاومت می‌شود. برخلاف تصور رایج، خوردگی فقط مربوط به زنگ‌زدگی میلگرد و فولاد درون بتن نیست؛ خود بتن نیز می‌تواند در اثر تغییرات محیطی، حمله یون‌ها، واکنش‌های داخلی مانند ASR یا چرخه‌های یخ‌زدگی–ذوب آسیب ببیند. نتیجه این فرآیند، کاهش دوام، کاهش ظرفیت باربری و ایجاد ترک و پوسته‌شدن بتن است. خوردگی بتن معمولاً آهسته اما پیوسته رخ می‌دهد و اگر در مراحل اولیه کنترل نشود، می‌تواند به تخریب عمیق و هزینه‌های سنگین تعمیراتی منجر شود.

چرا شناخت خوردگی بتن برای دوام سازه‌ها ضروری است؟

شناخت و تشخیص خوردگی بتن برای حفظ سلامت و عمر سازه‌ها بسیار حیاتی است. در ادامه برخی از دلایل اهمیت این موضوع را می‌آوریم:

• پیشگیری از خرابی‌های جدی
• افزایش عمر مفید سازه‌ها
• جلوگیری از کاهش مقاومت و ظرفیت باربری سازه
• حفظ ایمنی سازه
• کاهش هزینه‌های سنگین تعمیر و بازسازی
• کاهش آسیب‌های زیست‌محیطی
• جلوگیری از گسترش ترک‌ها، پوسته‌شدن و تخریب سطحی
• بهبود کیفیت طراحی و انتخاب بتن مناسب برای شرایط محیطی مختلف

انواع خوردگی بتن و اثرات آنها

بتن می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلف، دچار خوردگی شود. این خوردگی‌ها ممکن است شیمیایی، فیزیکی یا میکروبی باشند و هرکدام اثرات متفاوتی روی دوام و مقاومت سازه دارند. در جدول زیر، مهم‌ترین انواع خوردگی در بتن را می‌آوریم:

فرآیند خوردگی در بتن چگونه آغاز می‌شود؟

خوردگی بتن یک فرآیند تدریجی است که به صورت مرحله‌ای رخ می‌دهد. در ادامه، مراحل آن را توضیح می‌دهیم.

نفوذ عوامل خورنده به بتن

بتن یک ماده متخلخل است و این ویژگی آن بستری برای نفوذ رطوبت، یون‌های کلر، دی‌اکسیدکربن و سولفات‌ها فراهم می‌کند. هر چه نفوذپذیری بتن بیشتر باشد یا ترک‌ها و درزهای سطحی وجود داشته باشند، این مواد راحت‌تر وارد ساختارش می‌شوند.

واکنش‌های شیمیایی درون بتن

وقتی مواد خورنده وارد بتن می‌شوند، با ترکیبات شیمیایی درون آن واکنش می‌دهند. برای مثال دی‌اکسیدکربن موجود در هوا می‌تواند با هیدروکسید کلسیم در بتن واکنش نشان داده و کربنات کلسیم تولید کند. این واکنش باعث کاهش قلیائیت بتن و از بین رفتن لایه محافظ میلگردها می‌شود. سولفات‌ها ممکن است با هیدرات‌های سیمان واکنش دهند و ژل‌های حجیم ایجاد کنند که باعث تورم و ترک‌خوردگی می‌شوند.

تغییرات فیزیکی و ساختاری بتن

تورم، ترک‌ها و پوسته‌شدن سطحی بتن، نتیجه واکنش‌های شیمیایی و فشار داخلی ناشی از تشکیل مواد مهاجم جدید است. این تغییرات مسیر نفوذ را بازتر و فرآیند تخریب را تسریع می‌کنند.

تخریب عمقی و کاهش مقاومت

با ادامه واکنش‌ها و نفوذ عوامل محیطی، لایه‌های داخلی بتن نیز تحت تأثیر قرار می‌گیرند. ساختار بتن ضعیف شده و مقاومت مکانیکی و دوام آن کاهش می‌یابد. این امر می‌تواند منجر به ترک‌های گسترده، فرورفتگی و در موارد شدید، شکست عضو بتنی شود.

خوردگی فولاد بتن

وقتی لایه محافظ و قلیایی بتن از بین برود، هر گونه فلز درون بتن نیز خراب می‌شود. میلگردها در اثر تماس با مواد مهاجم زنگ می‌زنند و به تدریج پوک می‌شوند.

توسعه کامل خوردگی و کاهش طول عمر سازه

اگر اقدامات پیشگیرانه انجام نشود، خوردگی به تمامی بخش‌های بتن نفوذ کرده و بخش‌های گسترده‌تری درگیر می‌شوند. این مشکل ظرفیت باربری و دوام کلی سازه را کاهش می‌دهد. این مرحله نیاز به تعمیرات گسترده یا حتی جایگزینی بخش‌های تخریب‌شده بتن دارد.

عوامل مؤثر بر خوردگی بتن

خوردگی بتن می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار گیرد که برخی از آن‌ها محیطی و برخی دیگر به شرایط ساخت و نگهداری بتن برمی‌گردند. در این بخش، به مهم‌ترین عوامل مؤثر بر خوردگی بتن اشاره می‌کنیم:

• رطوبت
  یکی از اصلی‌ترین عوامل مؤثر در خوردگی بتن، رطوبت است. وجود آب در بتن می‌تواند شرایط را برای نفوذ مواد خورنده فراهم کند و فرآیند خوردگی را تسریع نماید. این عامل در مناطقی که بارندگی زیادی دارند یا در سازه‌های دریایی بسیار مشهود است.
• نفوذپذیری بتن
  هرچه بتن متخلخل‌تر باشد، مواد مخرب راحت‌تر وارد ساختار آن می‌شوند و فرآیند خوردگی سریع‌تر پیش می‌رود.
• نسبت آب به سیمان
  نسبت بالای آب به سیمان باعث افزایش تخلخل و کاهش مقاومت بتن می‌شود و شرایط را برای نفوذ عوامل مخرب مهیا می‌کند.
• کیفیت مواد اولیه
  استفاده از سیمان، سنگدانه و افزودنی‌های نامرغوب می‌تواند دوام بتن را کاهش دهد و خوردگی را تسریع کند.
• شرایط محیطی و آب و هوا
  رطوبت بالا، هوای آلوده، باران‌های اسیدی، تغییرات دمایی شدید و چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب می‌توانند موجب ترک‌های سطحی شوند و نفوذ مواد مخرب را آسان‌تر کنند.
• وجود یون‌های خورنده
  یون‌های کلر و سولفات موجود در آب دریا، آب‌های آلوده یا خاک‌های شور، می‌توانند با ترکیبات سیمان واکنش دهند و خوردگی را تسریع کنند.
• کربناته شدن بتن
  دی‌اکسیدکربن موجود در هوا می‌تواند به راحتی وارد بتن شود و با هیدروکسید کلسیم موجود در آن واکنش نشان دهد. این واکنش موجب کاهش قلیائیت بتن می‌شود. در نتیجه، آن لایه حفاظتی بتن از بین می‌رود.
• ترک‌ها و آسیب‌های مکانیکی
  هرگونه ترک، ضربه یا فشار غیرمتعارف روی بتن، مسیر نفوذ رطوبت و مواد شیمیایی را باز می‌کند و فرآیند خوردگی را سرعت می‌بخشد.
• روش اجرا و عمل‌آوری بتن
  اجرای نادرست، عدم رعایت زمان عمل‌آوری و تراکم مناسب بتن باعث تشکیل حفره‌های داخلی می‌شود و خوردگی را تسریع می‌کنند.
• عوامل میکروبی
  رشد برخی میکروارگانیسم‌ها روی سطح بتن یا در ترک‌ها می‌تواند باعث تولید اسید شود و به مرور زمان باعث تخریب و کاهش دوام بتن گردد.
• دما و تغییرات حرارتی
  دماهای بالا باعث افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی می‌شود و دماهای پایین همراه با چرخه یخ‌زدگی و ذوب، ترک‌های سطحی ایجاد می‌کنند و خوردگی را تسریع می‌بخشند.

تمامی این عوامل می‌توانند به صورت ترکیبی یا مستقل موجب شروع و گسترش خوردگی در بتن شوند. درک دقیق این عوامل کمک می‌کند تا مهندسان و طراحان سازه‌ها بتوانند به طور مؤثرتری از آسیب‌های ناشی از خوردگی جلوگیری کنند و دوام سازه‌ها را افزایش دهند.

نشانه‌های خوردگی در بتن

خوردگی بتن معمولاً با علائم ظاهری و ساختاری مشخص می‌شود که شناسایی آن‌ها به تشخیص زودهنگام و جلوگیری از تخریب گسترده کمک می‌کند. مهم‌ترین نشانه‌ها عبارت‌اند از:

• ترک‌های سطحی و داخلی
• پوسته‌پوسته شدن سطح بتن
• تورم بتن
• خروج مواد زنگی از سطح بتن
• زنگ‌زدگی میلگرد یا آرماتور
• تغییر رنگ بتن
• کاهش مقاومت و فرورفتگی سطحی

این علائم هشدارهایی هستند که نشان می‌دهند فرآیند خوردگی فعال شده و نیاز به بررسی و اقدام پیشگیرانه وجود دارد.

روش‌های ارزیابی و تشخیص خوردگی بتن

برای جلوگیری از آسیب‌های جدی و هزینه‌های بالا در سازه‌های بتنی، تشخیص به‌موقع خوردگی و ارزیابی دقیق وضعیت بتن ضروری است. این فرآیند معمولاً شامل استفاده از روش‌های مختلف آزمایشگاهی و میدانی می‌شود که می‌توانند وضعیت خوردگی را شناسایی و به مهندسان کمک کنند تا اقدامات لازم برای تعمیرات و پیشگیری از گسترش خوردگی را در پیش گیرند. در ادامه به برخی از رایج‌ترین روش‌های ارزیابی و تشخیص خوردگی بتن اشاره می‌کنیم:

مشاهده مستقیم و ارزیابی چشمی

ساده‌ترین و اولین مرحله تشخیص خوردگی، مشاهده مستقیم سطح بتن است. ترک‌ها، تورم، لکه‌های زنگ، تغییر رنگ و پوسته‌شدن می‌توانند از نشانه‌های آغاز یا پیشرفت خوردگی داخلی باشند. از معمولاً این بررسی به‌عنوان مقدمه‌ای برای انتخاب روش‌های دقیق‌تر استفاده می‌شود.

آزمون‌های غیرمخرب (NDT)

با استفاده از این روش‌ها آسیبی به بتن وارد نمی‌شود. برخی از مهم‌ترین این آزمون‌ها عبارت‌اند از:

• آزمون اولتراسونیک: این آزمایش برای اندازه‌گیری سرعت انتشار امواج صوتی در بتن انجام می‌شود. تغییر در سرعت امواج می‌تواند نشانه‌ای از وجود ترک‌ها یا نقص‌های داخلی ناشی از خوردگی باشد.
• آزمون پالس الکترومغناطیسی: در این آزمایش با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی ضخامت میلگردها و آرماتورها ارزیابی می‌گردد.
• آزمون چکش اشمیت: این روش برای سنجش سختی نسبی بتن به کار می‌رود. کاهش سختی در نواحی خاص می‌تواند نشان‌دهنده تخریب ناشی از رطوبت، خوردگی یا حملات شیمیایی باشد. نتیجه این آزمایش کمک می‌کند نقاط ضعیف و مشکوک سازه مشخص شوند.
• آزمون‌های نوری و تصویربرداری: در برخی موارد، استفاده از تصویربرداری رادیویی یا اسکن با امواج X می‌تواند به بررسی ساختار داخلی بتن و شناسایی خوردگی‌های پنهان کمک کند. این ابزارها بدون تخریب بتن، محل دقیق میلگرد، میزان پوشش بتنی، قطر و حتی نشانه‌های اولیه خوردگی را مشخص می‌کنند. این روش‌ها بیشتر برای سازه‌های مهم، قدیمی و حساس مناسب هستند.

آزمون‌های شیمیایی

در این روش‌ها، از بتن یا آب‌های اطراف نمونه گرفته می‌شود. سپس این نمونه‌ها برای تجزیه‌وتحلیل‌های شیمیایی به آزمایشگاه ارسال می‌شوند. این روش‌ها می‌توانند اطلاعات دقیقی در مورد واکنش‌های شیمیایی درون بتن و وضعیت خوردگی بدهند:

• آزمون pH: اندازه‌گیری pH بتن می‌تواند به شناسایی مراحل اولیه خوردگی کمک کند، زیرا کاهش pH بتن که در اثر کربناته شدن یا نفوذ اسیدها رخ می‌دهد، از نشانه‌های خوردگی است.
• آزمون کلراید: این آزمون برای اندازه‌گیری مقدار یون‌های کلرید در بتن استفاده می‌شود. حضور این یون‌ها به‌ویژه در اطراف میلگردها نشان‌دهنده خطر خوردگی آن‌ها است.

آزمون‌های الکتروشیمیایی

این آزمون‌ها اطلاعات دقیقی در مورد وضعیت خوردگی میلگردها یا فولاد در بتن ارائه می‌دهند. برخی از این آزمون‌ها عبارت‌اند از:

• آزمون پتانسیل کربناتی شدن: این روش از طریق اندازه‌گیری پتانسیل الکتریکی میلگردها و با استفاده از محلول فنل ‌فتالئین انجام می‌شود. کاهش قلیائیت دلیل اصلی از بین رفتن لایه محافظ میلگرد است؛ بنابراین اندازه‌گیری عمق کربناته شدن به پیش‌بینی شروع خوردگی کمک می‌کند.
• آزمون مقاومت الکتریکی: بتنی که مقاومت الکتریکی پایینی دارد، معمولاً دارای رطوبت بیشتری است و محیطی مناسب برای شروع واکنش‌های خوردگی فراهم می‌کند.

راهکارهای جلوگیری از خوردگی بتن

برای پیشگیری از خوردگی بتن و افزایش عمر مفید سازه‌ها، اقدامات مختلفی می‌توان انجام داد. برخی از مهم‌ترین راهکارها عبارت‌اند از:

• طرح اختلاط مناسب: کاهش نسبت آب به سیمان، استفاده از سیمان مرغوب و به‌کارگیری افزودنی‌های کاهنده نفوذپذیری می‌تواند مقاومت بتن را در برابر نفوذ عوامل خورنده افزایش دهد.
• پوشش‌های محافظ و عایق: پوشش‌دهی میلگردها با مواد ضدخوردگی مانند اپوکسی، گالوانیزه یا پوشش‌های پلیمری می‌تواند از تماس مستقیم میلگردها با آب و مواد خورنده جلوگیری کند.
• میلگرد باکیفیت: برای اطمینان می‌توان از میلگردهای باکیفیت و ضدزنگ استفاده کرد.
• به‌کارگیری افزودنی‌های شیمیایی و آب‌بندی: استفاده از مواد افزودنی مانند سرباره، میکروسیلیس یا مواد ضدخوردگی، پوشش‌های سطحی، روکش‌های محافظ و آب‌بندکننده‌ها، نفوذ رطوبت، کلر و دی اکسید کربن را به حداقل می‌رساند.
• کنترل محیط و شرایط بهره‌برداری: مدیریت زهکشی، جلوگیری از تجمع رطوبت، محافظت در برابر نمک‌های یخ‌زدا و کاهش تماس با مواد شیمیایی خورنده در پیشگیری از خوردگی بسیار مؤثر است.
• نگهداری و بازرسی دوره‌ای: بررسی منظم سازه، شناسایی ترک‌ها و انجام تعمیرات کوچک قبل از گسترش آسیب، یکی از کلیدی‌ترین روش‌های افزایش دوام بتن است.

سخن نهایی

خوردگی بتن یکی از مهم‌ترین عوامل کاهش دوام و عمر مفید سازه‌های بتنی است که عوامل مختلفی موجب بروز آن می‌شود. این پدیده معمولاً تدریجی و پنهان است و اگر به‌موقع تشخیص داده نشود، به ترک، پوسته‌شدن، کاهش مقاومت و در نهایت کاهش ظرفیت باربری سازه منجر خواهد شد. آشنایی با انواع خوردگی، عوامل مؤثر، نشانه‌ها و روش‌های تشخیص آن‌ها، نقش مهمی در تصمیم‌گیری مهندسان برای انتخاب مصالح، طراحی مناسب و اجرای اصولی دارد. پیشگیری از خوردگی با انتخاب طرح اختلاط مناسب، کنترل نفوذپذیری، استفاده از پوشش‌ها، نگهداری منظم و توجه به شرایط محیطی، می‌تواند عمر سازه را به‌طور قابل‌توجهی افزایش دهد. شما چه راهکاری را برای تشخیص زودهنگام خوردگی در بتن پیشنهاد می‌کنید؟ لطفا نظرات و تجربیات خود را در بخش دیدگاه با ما در میان بگذارید.

منابع

https://hycrete.com/understanding-reinforced-concrete-corrosion-and-its

https://maturix.com/knowledge-center/what-is-concrete-corrosion

https://www.sauereisen.com/blog/concrete-corrosion-types

https://waldmaneng.com.concrete-corrosion-causes-signs-and-impacts