بررسی میزان جذب رطوبت میلگردهای کامپوزیتی (مقاومت در برابر خوردگی)

جذب رطوبت میلگردهای کامپوزیتی (مقاومت در برابر خوردگی) که برای بیان مزیت خرید میلگرد پلیمری در مناطق مرطوب با وجود حجیم و سنگین بودن میلگرد فولادی، احتمال زیاد زنگ زدگی، احتمال ترک خوردن بتن و نیاز به استخدام نیروی انسانی بیشتر در پروژه ها و افزایش هزینه حمل، همچنان این حقیقت انکار ناشدنی است که میلگردها جز جدانشدنی صنعت ساختمان سازی هستند.

جایگزینی میلگرد GFRP بخش مهمی از ایرادات انواع میلگرد فولادی را در بسیاری از پروژه ها پوشش میدهد.

امنیت و عمر مفید ساختمان ها به دلیل مشکلات محیطی در مناطق مرطوب و ساحلی قابلیت پیش بینی دقیقی نخواهد داشت، از جمله این عوامل خوردگی میلگردهای فولادی است. خوردگی میلگردهای فولادی باعث ترک خوردگی و پوسته پوسته شدن بتن می شود که باعث کاهش عملکرد و افزایش قابل توجه هزینه های بازسازی خواهد شد. از طرفی با افزایش آلودگی های محیطی و افزایش دی اکسید کربن و یون های کلرید، خواص حفاظتی بتن ها کاهش می یابد.

همچنین بخوانید: خواص میلگردهای کامپوزیت

راه حل مناسب برای مدیریت خوردگی و کاهش لغزندگی میلگرد فولادی درون بتن که هر دوی این عوامل موجب شکستن و اصطلاحا شن نما شدن بتن و درنتیجه تخریب سازه می شود، استفاده و خرید میلگرد پلیمری است.  از آنجایی که خوردگی میلگرد به طور یکنواخت نیست و معمولا از پوسته خارجی آغاز می شود و سپس به تخریب بتن می انجامد تاثیرپذیری میلگرد در شرایط رطوبتی و دمایی متفاوت قابل بحث و تامل است.

مزیت خرید میلگرد پلیمری نسبت به میلگرد فولادی در مناطق مرطوب

میلگرد پلیمری در برابر آلودگی کلرید و بسیاری از تخریب های شیمیایی مصون است. از لحاظ خواص مکانیکی لازم به ذکر است که استحکام کششی میلگرد های پلیمری نسبت به میلگرد های فولادی تا ۳ برابر نیز اندازه گیری شده است. از نظر الکتریکی و حرارتی میلگرد پلیمری برعکس میلگرد فولادی نارسانا هستند و همین مهم موجب کاهش خوردگی الکتروشیمیایی و افزایش مقاومت میلگرد پلیمری در برابر خوردگی می شود. یکی دیگر از مزیت خرید میلگرد پلیمری نسبت به میلگرد فولادی این موضوع است که وزن میلگرد پلیمری هم سایز با میلگرد فولادی، ۴۰۰٪ کمتر است.

میزان جذب رطوبت میلگردهای کامپوزیتی

یکی از مهم ترین خواص فیزیکی مورد توجه برای خرید میلگرد پلیمری جذب رطوبت آن است. در ادامه نتایج آزمایش انواع میلگردهای پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه ای (GFRP) طبق استاندارد ASTM D570 جمع آوری شده و همانطور که از جدول مشخص است درصد جذب رطوبت به قطر، ماده الیاف شیشه ای و ماده تقویت کننده بستگی دارد. جذب رطوبت به درون میلگردهای با ساختار کامپوزیتی از طریق نفوذ محلول به میان ریزشکاف های زنجیرهای پلیمری است.

 شکل زیر منحنی جذب رطوبت میلگردهای کامپوزیتی را بیان می کند که در این آزمایش بیشترین میزان جذب رطوبت در دماهای پایین تر از ۶۰ درجه سانتی گراد در ۳۰ روز اول قرار گرفتن میلگرد در محیط مرطوب است، در صورتی که در دماهای بالاتر از ۶۰ درجه سانتی گراد، تا ۵۰ روز اول سیر جذب رطوبت صعودی است که میتوان این فرایند را با تخریب حرارتی مکانیکی در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد این پلیمر مرتبط دانست.

طریقه نفوذ و جذب رطوبت میلگردهای کامپوزیتی

هیدرولیز انتهای زنجیره پلی استرها در ساختار کامپوزیتی بر اساس قانون فیک که در ادامه ذکر شده است ممکن است باعث آسیب میکرومکانیکی ناشی از هم افزایی دمایی، تنش و جذب رطوبت شود.

که در آن c غلظت و t  زمان D ضریب نفوذ را نشان می دهد.

نمودار مشخصات میلگرد پلیمری

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده براساس تصاویر میکروسکوپ SEM وجود حفره ها و ترک های میکروسکوپی در دو دمای ۲۳ و ۶۰ درجه سانتی گراد برایرزین پلی استر قابل مشاهده است؛ در حالی که در ماتریس وینیل استر تخریب کمتری شاهدیم و شرایط بهتری ایجاد شده است.

 چرا میلگرد پلیمری بهترین گزینه برای مناطق مرطوب است ؟

برای تصمیم گیری در مورد خرید میلگرد پلیمری و جایگزین کردن آن به جای میلگرد های فولادی، علاوه بر در نظر گرفتن عملکرد خوردگی و هزینه های اولیه، طراحی هندسی، الزامات ساخت و استاندارد ها وتطبیق پذیری مواد با بتن امری قابل توجه و مهم است. ترک‌های ریز در سازه‌های بتن، به‌ویژه در محیط‌های دریایی، نفوذ عناصر خورنده خصوصا کلر به میلگرد را تسهیل می‌کنند، از این رو ممکن است فولاد به سرعت از بین برود و خوردگی میلگرد شروع شود که منجر به مشکلات بیشتر و در نهایت شکست ساختاری شود. از طرفی پوشش‌های مرسوم و بازدارنده‌های خوردگی اغلب گران هستند و ممکن است حاوی حلال‌های آلی فرار و سمی باشند که باعث نگرانی‌های زیست‌محیطی شدید ‌شوند. تنوع نمونه های میلگرد پلیمری که شامل میلگرد کامپوزیت ماسه اندود (reinforcement with sand coating) ، میلگرد کامپوزیت با الیاف کربن و رزین (CFRP) و میلگرد تقویت شده با الیاف شیشه و رزین (GFRP) می شود، امکان جایگزینی آن را با میلگرد فولادی در مناطق مرطوب و ساحلی مهیا می سازد.

منبع: اپوراد