آشنایی با آزمایش کربناسیون بتن و تحلیل سازه با آن

بدیهی است که درک ماهیت شیمیایی بتن برای افراد غیرمتخصص سخت است. آزمایش کربناسیون بتن یک ایده عالی برای شناخت اثر دی اکسید کربن بر سازه های RCC است. آزمایش کربناسیون بتن مربوط به خوردگی آرماتورها است. در پی کربناسیون بتن، میلگردهای نمای ساختمان که در معرض رطوبت، بارندگی و نور خورشید قرار دارند، دچار خوردگی می شوند. هنگامی که بتن حداقل پوشش را روی میلگرد داشته باشد، خوردگی فولاد در بتن اتفاق می افتد. برای آشنایی بیشتر با آزمایش کربناسیون بتن و تحلیل سازه با آن، با ما همراه باشید.

بتن در طبیعت خاصیت قلیایی دارد و PH آن بیشتر از 12/6 است به دلیل همین قلیایی بودن است که پوشش بتن از میلگرد تقویتی در برابر خوردگی محافظت می کند. کربناسیون بتن، قلیایی بودن آن را کاهش می دهد و به دنبال شرایط خوردگی میلگردها فراهم می شود. خوردگی منجر به ترک خوردگی بتن می شود. علاوه بر این، این ترک ها در اکسید کربن را وارد بتن می کنند؛ بنابراین این چرخه ی خطرناک ادامه می یابد و در نهایت سازه را به یک وضعیت فاجعه بار می رساند.

شکل 1 . آزمایش کربناسیون بتن

در ادامه به برخی جزئیات در مورد آزمایش کربناسیون بتن برای تحلیل سازه ها اشاره می شود :

کربناسیون بتن وقتی رخ می دهد که کربن دی اکسید جوی با مواد معدنی سیمان هیدراته شده واکنش دهد. CO2 در حضور رطوبت با CaOH2 واکنش می دهد و کربنات تولید می کند. کربنات به آرامی به بتن نفوذ می کند. بنابراین کربناسیون بر پوشش بتن روی میلگرد تقویتی اثر می گذارد. از این رو خوردگی فولاد به علت فرآیند کربناسیون بتن آغاز می شود. بتن دوام خود را از دست می دهد و در نهایت، به علت افزایش غشای روی میلگرد ترک برمی دارد. در عین حال، میزان (نرخ) خوردگی فولاد در بالاترین سطح قرار دارد.

عوامل تأثیرگذار بر آزمایش کربناسیون بتن :

کربناسیون بتن یک فرآیند آهسته است. کربناسیون بتن به شدت به رطوبت، دما و کربن دی اکسید جو بستگی دارد.

1 . رطوبت نسبی :

کربناسیون بتن هنگامی رخ می دهد که سطح رطوبت در جو به طور ایده آل بین 50 تا 70 درصد باشد. اگر رطوبت زیر سطح نرمال باشد (کمتر از 50 درصد) وجود بخار آب در جو کافی نیست و از این رو دی اکسید کربن حل نمی شود. علاوه بر این، اگر رطوبت بالاتر باشد (بیشتر از 70 درصد)، بخار آب (رطوبت جوی) بیشتری در جو وجود دارد. از این رو منافذ بتن با آب پر می شوند و دی اکسید کربن نمی تواند وارد بتن شود.

خطرناک ترین سطح رطوبت برای کربناسیون بین 50 تا 70 درصد است که در آن دی اکسید کربن با کلسیم هیدروکسید واکنش می دهد و کربنات بیشتری تولید می کند. تولید کربنات در بتن فرآیند کربناسیون نامیده می شود. در نهایت، فرآیند کربناسیون سطح pH بتن را از 13 به 9 کاهش می دهد.

2 . دما :

کربناسیون در محیط های گرم بدتر است.

3 . CO2 جو :

غلظت گاز دی اکسید کربن در جو حدود 4 صدم درصد است، ولی سالانه به دلیل استفاده از وسایل نقلیه و سوخت های فسیلی در حال افزایش است. این پدیده به عنوان ” اثر گلخانه ای” شناخته می شود.

روش آزمایش کربناسیون بتن :

هنگامی که فولاد توسط بتن احاطه شده باشد، سیمان هیدراته شده یک محیط قلیایی در PH بتن که حدود 12/6 است فراهم می کند. به این شکل یک پوشش غیر فعال روی سطح فولاد ایجاد می شود. این پوشش از آرماتورها در برابر خوردگی محافظت می کند.

حمله ی دی اکسید کربن جو میزان قلیایی بودن بتن را کاهش می دهد. تخلخل بتن به دی اکسید کربن سبب واکنش با قلیاهایی مانند کلسیم، سدیم و پتاسیم هیدروکسید که فرآورده فرآیند هیدراسیون سیمان هستند، می شود. در این واکنش، کربنات هایی تولید می شوند که سطح PH بتن را کاهش می دهند. وقتی که کربنات به عمق بتن وارد شود، غشای غیرفعال محافظتی فولاد را می شکند. بنابراین فولاد در معرض اکسیژن و رطوبت قرار می گیرد و خورده می شود. از این رو باید آزمایش کربناسیون برای تعیین سطح یا درجه ی کربناسیون برای ارزیابی میزان خوردگی انجام شود.

روش های اندازه گیری میزان کربناسیون بتن :

روش اول: آنالیز طیف مادون قرمز برای کربناسیون در بتن

روش طیف مادون قرمز غلظت دی اکسید کربن جذب شده توسط نمونه بتن را اندازه گیری می کند. روش طیف مادون قرمز شامل حلقه ای بسته است که ترکیبی از هوا و دی اکسید کربن را وارد یک میزان مشخص از رطوبت می کند. پمپ، مخلوط هوا و دی اکسید کربن را به گردش در می آورد. غلظت دی اکسید کربن در مخلوط گازی به علت واکنش کربناسیون کاهش می یابد. غلظت دی اکسید کربن در گاز با استفاده از دستگاه جذب مادون قرمز اندازه گیری می شود. رطوبت نسبی و دما نیز ثبت می شوند.

روش دوم: آنالیز شاخص PH برای کربناسیون بتن

شکل 2 . آنالیز شاخص PH برای کربناسیون بتن

روش شاخص PH یک روش بسیار رایج برای آزمایش شیمیایی بتن محسوب می شود. محلول 0/2 درصد شیمیایی فنل فتالئین روی سطح بتن به منظور پیدا کردن ناحیه تحت تأثیر کربناسیون اسپری می شود. محلول فنل فتالئین تغییرات سطح PH در بتن را نشان می دهد. اگر رنگ بتن از خاکستری به صورتی تغییر کرد، بدان معنی است که بتن در شرایط خوبی قرار دارد. اگر تغییری در رنگ بتن ایجاد نشد، این بدان معنی است که بتن تحت تأثیر کربناسیون است. همچنین آزمایش کربناسیون بتن با مغزه گیری از آن انجام می شود.

محلول 0/2 درصد فنل فتالئین را روی نمونه خارج شده بریزید و تغییر رنگ را بررسی کنید. عمق لایه ی بدون رنگ (لایه ی کربناته شده) را در 4 تا 8 نقطه اندازه گیری و سپس میانگین آنها را ثبت کنید.

عمق کربناسیون در بتن :

شکل 3 . عمق کربناسیون در بتن

عمق کربناسیون در بتن با تغییر در مقطع رنگ تخمین زده می شود. درجه ی کربناسیون با واحد میلی متر بیان می شود. عمق کربناسیون متناسب با ریشه ی دوم زمان است. برای مثال، اگر عمق کربناسیون 1 میلی متر در بتن یک ساله باشد، بعد از 9 سال 3 میلی متر، بعد از 25 سال 5 میلی متر و بعد از 100 سال 10 میلی متر خواهد بود.

مقدار PH را می توانیم با آنالیز نمونه پودر مغزه خارج شده تعین کنیم. این کار با حل کردن نمونه ی پودر در آب مقطر و بعد از آن تیتراسیون آن در آزمایشگاه تعیین می شود.

روش فنل فتالئین برای آزمایش کربناسیون بتن یک روش آسان و ارزان است. این روش به آسانی عمق کربناسیون در بتن را تعیین می کند. تنها عیب آن آسیب دیدن سطح بتن به واسطه مغزه گیری است. آزمایش کربناسیون برای ارزیابی اولیه ی سازه های بتن مسلح بسیار مفید است. آزمایش کربناسیون سریع، آسان و مناسب برای انجام در محل است.

پیشنهاد مطالعه : آزمایش مغزه گیری بتن برای تعیین مقاومت فشاری آن

منبع :

ترجمه نوشتاری از سایت gharpedia.com توسط پوریا نخعی، از مقالات تحلیلی ترجمه شده توسط گروه آموزشی 808