محافظت فولاد درون بتون
گزارش حاضر متشکل از یک بازنگری موشکافانه و دقیق از مجموعه نوشجات موجود در زمینه استفاده از گالوانیزه جهت محافظت فولاد درون بتون در برابر خوردگی تحت شرایط مهاجم و خوردگی‌زا است.
این گزارش به بحث پیرامون اعتبار نتایج آزمایشات متعدد، و بویژه ارتباط آنها با ارزیابی عملکرد فولاد گالوانیزه در بتون‌هائی که در معرض محیط‌های سخت و خوردگی‌زا قرار دارند می‌پردازند.
سازه‌های بتونی در مناطقی که در معرض آب، آلودگی هوا، مکانهائی که از نمک‌های ضد یخ استفاده می‌شود و یا در هر مکانی که به واسطه برخی عوامل محیطی خورنده نیازمند به حداقل رسانیدن خوردگی به کمک تسلیح فولاد احساس می‌گردد، با تسلیح گالوانیزه احداث می‌گردند.
در صورتیکه فولاد تقویتی و گالوانیزه کاری آن مطابق با استانداردهای اصولی انجام پذیرد، و باز درصورتیکه جزئیات طرح و کیفیت ساخت و ساز مناسب و صحیح باشد، می‌توان در سازه‌های متعدد مانند ساختمانها، پلها ، محفظه‌های انبارسازی و سازه‌های دریایی به میزان چشمگیری محافظت در برابر خوردگی را افزایش بخشید.
خطرات خوردگی
تحت شرایط سرویس‌دهی نرمال و در یک محیط طبیعی غیر خوردگی‌زا، بتون سیمان پرتلند، فولاد تقویتی را در برابر خوردگی شدید محافظت می‌نماید؛ این در صورتی است که قابلیت نفوذ بتون کم باشد و سطح مشترک میان فولاد و بتون از هر گونه انفصال و گسستگی مانند روزنه، شکاف و غیره مبرا باشد. معذالک زمانی که سازهای در معرض یک محیط مهاجم و خورنده قرار گیرد، یا اگر جزئیات طراحی سازه موردنظر و یا کیفیت ساخت آن به قدر کفایت مناسب و خوب نباشد، مقاومت بتون ممکن است دچار اختلال و خوردگی تسلیح تشدید گردد.
در ذیل برخی از خطرات بی‌حفاظ قرار گرفتن فولاد یا وجود شرایط نامساعد که ممکن است به خوردگی شدید تسلیح منجر گردد، بر شمرده می‌شود.
کنترل برف و یخ نمک‌های کلریدی عمده‌ترین عوامل یخ‌زدا در بزرگراهها به شمار می‌روند. این نمکها می‌توانند موجب تخریب بتون مسلح در بزرگراهها، پلها و سازه‌های پارکینگ‌ها گردند.
آلودگی هوا و آب
در محل‌هائی که هوا و آب آلوده است، شرایط نامساعدی حاکم است. در این خصوص به ویژه می‌بایست به وجود زباله‌های صنعتی و تاسیسات تصفیه فاضلاب در محل‌هائی که غلظت سولفید هیدروژن ممکن است زیاد باشد، اشاره نمود.
محیط‌های دریایی
خیس شدن و خشک شدن مداوم در سطوح جذر و مدی به دلیل پاشش آب دریا و وجود مه دریائی در نزدیکی سواحل نیز شرایطی را ایجاد می‌نماید که این مکانها به تناوب خیس و خشک می‌گردند. در این شرایط نیز خطر بی‌حفاظ قرار گرفتن سازه‌ها در برابر عوامل طبیعی خورنده بطور جدی مطرح می‌گردد.
کاربرد افزودنی ها در بتون
استفاده از افزایه کلرید کلسیم در بتون احتمال خوردگی راحتی در یک محیط طبیعی نه چندان خوردگی‌زا افزایش می‌بخشد.
جریانهای سرگردان – سازه‌ها ممکن است در معرض جریانهای سرگردان الکتریکی قرار گیرند که از منابعی چون حفاظ کاتدی خطوط لوله، اتصال برخی تجهیزات به زمین، مانند ماشینهای جوشکاری با جریان مستقیم یا بسترهای زمینی و وسیع مس در نیروگاهها، و ریلهای راه آهن الکتریکی با جریان مستقیم سرچشمه می‌گیرد.
زهکشی
سیستم‌های ضعیف زهکشی ممکن است به جای آنکه از طریق روزنه‌های خروجی، آب را خارج نمایند، امکان دخول آب جمع شده از اطراف به بتون را فراهم آورند. آبگیرهائی که به یکدیگر می‌پیوندند نیز در صورتیکه آب آنها «سبک» باشد (مقدار کلسیم و منیزیم آن کم باشد) و یا مقدار سولفات آن زیاد باشد (قلیای سفید)، می‌توانند عناصر محافظت‌کننده طبیعی بتون را آبشوئی نمایند.
اگر محتویات نمک خاک اطراف به مقدار کافی زیاد باشد، مانند مناطق دارای آبهای لب‌شور و مناطق خشک بیابانی، ممکن است زیر بنای سازه‌ها نیز دچار خوردگی گردند.
یراق‌آلات، تجهیزات و جزئیات خاص
تکیه‌گاه میل گردها، بست‌ها، غلاف‌ها، مجراها، مهارها، ورچین‌ها و دیگر تجهیزات مربوط به فولاد و یراق‌آلات نیز گهگاه در سطح بی‌حفاظ بتون بدون محافظ رها می‌گردند که ممکن است نقطه اصلی شروع خوردگی اصولاً همین نقاط باشد.
در ساخت و سازهای پیش‌ساخته لازم است به جزئیات دقت کافی مبذول گردد تا محل‌های اتصال در مقابل خوردگی محافظت گردند. محل‌های اتصال در واحدهای پیش‌ساخته گونه‌ای ناپیوستگی در بتون ایجاد می‌نمایند که ممکن است عناصر مهاجم و خوردگی‌زا از این محل‌ها نفوذ نمایند. کاهش شدید پوشش بتون نیز ممکن است به عدم حفاظت مکفی از بتون منجر می‌گردد.
اثرات خوردگی در بتون مسلح
محصولات خوردگی که بر روی فولاد ظاهر می‌شوند، حجمی به مراتب بیشتر از فلزی که از آن تشکیل گردیده‌اند، دارند. این افزایش حجم به تجمع فشار «پکیدن» داخلی بین تسلیح و بتون اطراف می‌انجامد. وقتی فشار به گونه‌ای است که تنش کششی در پوشش بتون بیش از استحکام کششی آن است، بتون ترک بر می‌دارد.
با پیشرفت خوردگی ترکهای طولی عریض می‌گردد و به همراه ترکه‌های عرضی در زیر ساخت ممکن است به ورقه ورقه شدن و پوسیدگی بتون بیانجامد.
وجود لکه‌های زنگ قهوه‌ای و ترکهای مویی لزوماً نشانه فرسودگی و تخریب قریب الوقوع زیر ساخت نیست. لیکن وجود آنها احتمالاً از سوی عموم مردم، « عیب و نقص» تلقی می‌گردد.
در اینگونه موارد لازم است هزینه‌های گزافی صرف تعمیرات و نگهداری آن گردد تا اطمینان و اعتماد عموم نسبت به سازه موردنظر جلب شود و از پیشرفت خوردگی نیز جلوگیری گردد. علاوه بر این اگر اجازه داده شود اینگونه سازه‌های بدون مراقبت و نگاهداری برای مدتهای طولانی پا برجا بمانند، استمرار خوردگی ممکن است به نزول کیفی بیشتر سازه و در نهایت تخریب آن منجر گردد.
اکسید آهن قهوه‌ای که از خوردگی فولاد حاصل می‌شود، یک ماده نرم براق است که نمی‌تواند در برابر تنش‌های کششی زیاد مقاومت نماید. به علاوه خوردگی تسلیح فولاد، باعث ایجاد حفره‌های عمیق می‌گردد که به از دست رفتن سطح مقطع عرضی کمک می‌نماید. قابلیت اتصال بین فولاد و بتون نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد که منجر به عدم کارایی عمل مرکب فولاد و بتون می‌گردد.
با از دست رفتن سطح مقطع و عدم کارایی عمل متقابل فولاد و بتون، سختی و صلابت سازه و ظرفیت نهائی تحمل بار توسط آن نیز از بین می‌رود. در نتیجه نابودی سختی سازه، انحراف و پیچش افزایش می‌یابد که به نوبه خود موجب ترک‌خوردگی ساختاری گسترده‌تر می‌گردد، و به تبع آن پوسیدگی و خوردگی حادث می‌شود. به این ترتیب مقاومت سازه کاهش می‌یابد. در صورتیکه این دور خطرناک شکسته نشود و خوردگی ادامه یابد، کل سازه فرو خواهد ریخت.
مکانیسم خوردگی فولاد در بتن
خوردگی را می‌توان به این صورت تعریف نمود : فاسد شدن یک فلز به دلیل فعل و انفعالات شیمیایی آن با محیط اطراف خود. خوردگی تسلیح فولاد در بتون ماهیتاً الکترو شیمیایی است. بررسی پیل گالوانیک به درک چگونگی واکنش الکتروشیمیایی کمک می‌نماید. یک پیل گالوانیک زمانی تشکیل می‌گردد که دو الکترود غیر مشابه که بوسیله یک محلول الکترولیت از یکدیگر جدا گردیده‌اند،
به لحاظ الکتریکی توسط یک رسانا به یکدیگر متصل گردد. د یک پیل گالوانیک چهار بخش اصلی وجود دارد: آند، کاتد، یک رابط فلزی میان آند و کاتد، و یک الکترولیت الکترودی که یونهای فلزی از آن به داخل محلول وارد می‌شود، آند نام دارد. در نهایت به واسطه جریان یونهائی که از آن خارج می‌گردد، تخریب می‌شود (یا خورده می‌شود). الکترودی که در آن یونهای غیرفلزی از محلول خارج می‌گردد، کاتد نام دارد. الکترولیت در واقع مسیری است که از طریق آن یونها بین دو الکترود به حرکت در می‌آیند. رابط فلزی الکترونها را هدایت نموده و مدار الکتریکی را کامل می‌نماید.
محلی که در آهن به شکلی فعال خوردگی می‌یابد، آند یا ناحیه آندی نامیده می‌شود. محلی که عنصری مانند اکسیژن احیا می‌گردد، کاتد یا ناحیه کاتدی نامیده می‌شود. این نواحی ممکن است در اندازه‌های میکروسکوپی یا ماکروسکوپی در کنار یکدیگر قرار گیرند. در سازه‌ها ممکن است ناحیه‌های آندی و کاتدی کاملاً از یکدیگر دور باشند و یا حتی کیلومترها از یکدیگر فاصله داشته باشند، خطوط لوله نمونه‌ای از آن است.
به حداقل رسانیدن خوردگی فولاد در بتون
واکنش خوردگی به میزان قابل توجهی تحت تاثیر نفوذ رطوبت قرار دارد. رطوبت محتوی مواد شیمیایی مانند اکسیژن محلول، نمکها و اکسیدکربن است. بنابراین ویژگیهای نفوذپذیری یا نقل و انتقال الکترولیت در بتون همراه با حضور مواد شیمیایی فوق‌الذکر نقش مهمی در تعیین زمان آغاز خوردگی و نیز سرعت خوردگی ایفا می‌نماید.
متغیرهای خارجی که بر این فرآیند تاثیر می‌گذارند عبارتند از : غلظت یونهای کلرید، سولفید هیدروژن و دی‌اکسید کربن در محیط، و اندازه و ماهیت دمای محیط اطراف و سیکل‌های رطوبتی.
متغیرهای داخلی که بر این فرآیند تاثیرگذار می‌باشند عبارتند از متغیرهائی که بر استحکام و انسجام پوشش بتون اثر می‌گذارند. این متغیرها شامل میزان مواد مختلف و نسبت ترکیب آنها با یکدیگر ، میزان فشردگی، ضخامت پوشش بتون، چگونگی عمل‌آوری بتون و اندازه و محل ترکها است. این فاکتورها که به میزان چشمگیری بر قابلیت نفوذپذیری بتون نسبت به آب، اکسیژن ، کلریدها و دی اکسید کربن تاثیر می‌گذارند، سرعت خوردگی فولاد در بتون را نیز تحت کنترل دارند.
اقدامات حفاظتی در برابر خوردگی
خوردگی تسلیح فولاد در بتون یک پروسه الکتروشیمیایی است که مستلزم دسترسی یک الکترولیت و اکسیژن به سطح فولاد است. در این حالت جهت انجام اقدامات حفاظتی در برابر خوردگی لازم است تا پروسه الکتروشیمیایی خوردگی‌زا را به حداقل برسانیم و یا بطور کامل از آن ممانعت به عمل آوریم.
دو نوع اقدامات حفاظتی را می‌توان بکار بست:
الف-جلوگیری از دسترسی مواد زیان‌بار(آب، اکسیژن، نمکها، دی‌اکسید کربن و غیره) به سطح فولاد.
ب-اصلاح پروسه الکتروشیمیایی بوسیله استفاده از بازدارنده‌ها یا از طریق حفاظت کاتدی.
کیفیت بتون و ضخامت پوشش آن
نفوذپذیری بتون نسبت به آب، کلریدها، اکسیژن و دی‌اکسید کربن یکی از مهمترین پارامترهایی است که بر خوردگی فولاد در بتون موثر است. نفوذپذیری نیز خود بستگی به دانه‌بندی مصالح، نوع مصالح دانه‌ای، عامل سیمان(وزن/حجم واحد)، نوع و ترکیب سیمان، نسبت آب به سیمان، حضور هوای حمل شده به داخل و دیگر افزودنی‌ها دارد.
مصالح دانه‌ای: استفاده از مصالح دارای دانه‌های ریز منجر به کاهش نفوذپذیری بتون گردیده و «بیرون زدن» را که موجب ایجاد حفره‌های ناخوشایند مابین خمیر سیمان و مصالح دانه‌ای می‌گردد، به حداقل می‌رساند. حفاظت از خوردگی نیز خود تحت تأثیر چگونگی توزیع مصالح دانه‌ای بین فولاد و سطح خارجی است. حداکثر اندازه دانه‌های مورد استفاده در بتون بستگی به ضخامت پوشش دارد. اگر دانه‌ها متراکم، غیرقابل نفوذ و غیرفعال نباشند، حفاظت از بتون در برابر خوردگی تقلیل می‌یابد.
مصالح دانه‌ای مورد استفاده می‌بایست تمیز بوده و خوب دانه‌بندی شده باشد. نسبت دانه‌های ریز به دانه‌های درشت نیز تأثیر بسزایی در میزان نفوذپذیری دارد. مصالح دانه‌ای با چگالی کم و یا افزایش سهم دانه‌های درشت، نرخ نفوذپذیری بتون را افزایش می‌بخشند.
مطالعات دیگر نشان داده است که وقتی ضریب انبساط حرارتی مصالح دانه‌ای مورد استفاده نزدیک به ضریب انبساط حرارتی ملاط سیمان باشد، نتایج مطلوب‌تری حاصل می‌گردد.
حد مطلوب آن است که نسبت دانه‌های درشت به دانه‌های ریز به گونه‌ای انتخاب گردد که حداقل روزنه و حفره در مخلوط بتون ایجاد گردد.
نوع و ترکیب سیمان-با توجه به فن‌اوری سیمان در عصر حاضر باید اذعان داشت که آنچه باعث کوتاهی عمر سازه بتونی می‌گردد، عدم یکپارچگی و انسجام بتون نیست، بلکه خوردگی فولاد تقویتی عامل آن است. سیمانی که استانداردهای ASTM C-150 را داراست؛ از ویژگیهای بازدارندگی در باربر خوردگی برخوردار میباشد.
نسبت سیمان مورد استفاده در مخلوط بتون بواسطه تأثیرگذاری بر دمای هیدراسیون و انقباض مخلوط به هنگام خشک‌شدن، بر ساختار فیزیکی بتون تأثیر می‌گذارد. استفاده از مقادیر کم سیمان در بتون موجب نفوذپذیری بیشتر آن و ایجاد محیطی با نرخ قلیایی کم می‌گردد. از سوی دیگر استفاده از مقادیر فراوان سیمان در بتون باعث ایجاد ترکهای مویی شدیدتر گردیده و بنابراین نفوذپذیری بتون را نیز ارتقاء می‌بخشد. محتویات فراوان سیمان در قابلیت کاری یکسان، نسبت خالص آب به سیمان (W/C) کمتری را ممکن می‌سازد.
نسبت آب به سیمان (W/C) –این نسبت احتمالاً مهمترین متغیر در کنترل میزان تخلخلف مقاومت، استحکام و کارپذیری بتون بشمار می‌رود. تخلخل مربوط به میزان نفوذپذیری بتون در قبال مایعات است که به شدت تابه نسبت آب به سیمان است.
فی‌الواقع مخلوط بتون می‌بایست کمترین نسبت ممکن آب به سیمان را دارا باشد تا به لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد. البته مقولاتی چون استحکام، انقباض، پوشش، تکنیکهای فشرده‌سازی و افزودنی‌های مورد استفاده می‌بایست بدور از مسأله صرف اقتصادی سازه مورد عنایت خاص قرار گیرند. بجز در سازه‌های معظم بتونی، در کلیه بتون‌هایی که بطور مستقیم در معرض شرایط طبیعی مهاجم و خورنده قرار دارند، حداکثر نسبت آب به سیمان، یعنی به میزان ۵/۴ گالن(۱/۱۷ لیتر) آب به ازای هر کیسه سیمان توصیه می‌گردد.
کیفیت ساخت-کیفیت ساخت فاکتور مهمی در تضمین کیفیت بتون محسوب می‌گردد، به گونه‌ای که کل بتون بطور یکنواخت از نفوذپذیری کمی برخوردار باشد. فاکتورهایی که در صورت قرار گرفتن سازه در معرض محیط مهاجم و خوردگی را نیازمند توجه خاص می‌باشند، عبارتند از:
۱-تکنیکهای فشرده‌سازی-بتون می‌بایست کاملاً مرتعش شود تا اطمینان حاصل گردد که چگالی تمامی نقاط آن به یک اندازه است و در آن تمرکز غلظت به حداقل رسیده و بتون از هرگونه سوراخ مشبک مبرا است. در صورتی که عملیات فشرده‌سازی به خوبی صورت نپذیرد، حفره های بزرگی در بتون بویژه در کنار قسمت تسلیح ایجاد می‌گردد که رطوبت و نمک در آنها اجتماع خواهند کرد.
۲-جاگذاری تسلیح- تسلیح می‌بایست با تکیه‌گاه‌های کافی در جای خود قرار داده شود تا پوششی یکنواخت حاصل گردد. مواد متخلخل، مانند چوب، خاک و آجر نمی‌بایست در ارتباط با تسلیح قرار گیرند. سیم‌بستها نیز نباید از سطح بتون بیرون آیند. استفاده نادرست از قطعات بتون به عنوان فاصله‌انداز یا نگهدارنده میل‌گردها ممکن است راه‌مناسبی برای تهاجم خوردگی فراهم آورد.
عمل‌آوری- عمل‌آوری کافی در رطوبت جهت حصول اطمینان از هیدراسیون مناسب سیمان به منظور کاهش نفوذپذیری ضروری است.
آب- برای مخلوط‌نمودن و عمل‌آوری تنها می‌بایست از آب شیرین استفاده گدد و از استفاده از آب شور یا لب شور خودداری گردد.
نظارت و بازرسی- بمنظور حصول اطمینان از کیفیت ساخت، لازم است خصوصیات تعیین شده برای سازه با نظارت و بازرسی دقیق در محل عملیات توأم گردد.
زهکشی- طراحی سازه می‌بایست بگونه‌ای باشد که امکان زهکشی کامل کلیه سطوح را فراهم آورد، زیرا وجود چاله‌های آب راکد، خطر خوردگی را افزایش می‌بخشد.
زهکش‌ها می‌بایست به گونه‌ای تعبیه گردند که سازه را بطور کامل از وجود آب تخلیه نمایند، زیرا وجود آب جاری، بتون را آبشویی نموده و PH را کاهش می‌دهد.
کنترل ترکها
طرح سازه می‌بایست به گونه‌ای باشد که عرض، فاصله و گسترش ترکها را کنترل نماید. بهتر است تعداد زیادی ترکهای کوچک وجود داشته باشد تا یک ترک بزرگ. بدین منظور می‌توان نسبت ناحیه تسطیح به محیط پیراتمون آن را افزایش بخشید و یا تنش کششی در تسلیح را محدود نمود.
فانوسه انبساط و انقباض- در مورد محل فانوسه‌های انبساط و انقباض و روش ضد آب ساختن آنها باید دقت کافی مبذول گردد. همچنین می‌بایست در مورد درزهای ساختمانی دقت نمود تا از پیوند کامل بتون تازه و تبدیل آن به بتون سخت شده اطمینان حاصل گردد.
ضخامت پوشش- ضخامت پوشش بتون از اهمیت فوق‌العاه‌ای برخوردار است و می‌بایست با توجه به نفوذپذیری پیش‌بینی شده یا کیفیت بتون و شدت محیط مهاجم و خورنده اطراف گزینش گردد. در هر سیکل خیس و خشک شدن معین، میان رطوبت به دست آمده و یا از دست رفته با توجه به فاصله از سطح کاهش می‌یابد. با افزایش مقدار پوشش، مواد زیان‌بار با غلظت کمتری به فولاد دسترسی می‌یابند و مدت بیشتری نیز طول می‌کشد تا به داخل بتون نفوذ نمایند.
دو مکانیسم عمده در حفاظت از فولاد تقویتی به طریقه گالوانیزه کاری دخالت دارد.
۱-زمانی که فولاد بواسطه وجود قسمت‌های معیوب در پوشش با محیط در تماس قرار می‌گیرد و یا وقتی پوشش خراب می‌گردد، روی پوشانی مانعی ایجاد می‌نماید که از تماس هرگونه عوامل خورنده در محیط با سطح فولاد جلوگیری می‌نماید.
۲-روی حفاظت فداکارانه با گالوانیک در سطح فولاد ایجاد می‌نماید.
گالوانیزه کاری فولاد را در کارخانه و در محل عملیات و نیز پس از جاسازی در بتون محافظت می‌نماید.
گالوانیزه‌کاری تنها تا زمانی که پوشش روی پابجاست، می‌تواند خوردگی فولاد را کنترل نماید. تجارب علمی نشان می‌دهد که با وجودیکه روی به عنوان فدا شونده مورد استفاده قرار می‌گیرد، لیکن در عمل این شکل از حفاظت در برابر خوردگی ممکن است به مدت طولانی ادامه یابد.
جهت ارزیابی چگونگی کارآیی گالوانیزه‌کاری به عنوان یکی از شیوه‌های حفاظت در برابر خوردگی، لازم است فاکتورهای ذیل را مد نظر قرار دهیم:
-پروسه‌های فیزیکی – شیمیایی شرکت‌کننده در گالوانیزه
-محیط انبارسازی فولاد گالوانیزه
-ساخت و جاسازی تسلیح فولاد در چارچوب مربوطه
-ویژگیهای مخلوط بتون
-جاگذاری بتون و عمل‌آوری آن.
-محیطی که سازه در طول عمر خود با آن در تماس قرار می‌گیرد.
فولاد گالوانیزه در بتون-رفتار مکانیکی
۱-۵ مقدمه
استحکام بتون مسلح بستگی به شماری از فاکتورهای مهم دارد که مستمل بر موارد زیر است:
الف-استحکام کافی اتصال میان تسلیح و بتون و
ب-رفتار شکل‌پذیری فولاد
از این رو این نکته حائز اهمیت است که بدانیم آیا گالوانیزه‌کاری می‌تواند تأثیر منفی بر رفتار مکانیکی فولاد تقویتی در بتون برجای گذارد؟
روشهای گالوانیزه
ضخامت و خصوصیات شیمیایی و فیزیکی پوشش‌های روی بستگی به نحوه اعمال اندودکاری دارد. برای تسلیح فولاد با وشش روی، روش فازپاشی و روبینه‌کاری جامد پیشنهاد گردیده و بطور تجربی نیز بکار رفته است. در این مقوله آبکاری نیز مورد استفاده قرار گرفته است، لیکن فقط گالوانیزه گرم به میزان قابل توجهی اعمال می‌گردد.
گالوانیزه گرم- گالوانیزه گرم متداول‌ترین روش پوشش‌کاری با روی محسوب می‌گردد. در این روش سطح فولاد ابتدا می‌بایست با دقت تمیز و آماده گردد. سپس فولاد در حمام روی مذاب در دمای بین ۴۵۰ تا ۴۶۰ درجه سانتی‌گراد (۸۶۰-۸۴۲ درجه فارنهایت) فرو برده می‌شود.
در سطح فولاد، لایه‌هایی از آلیاژ آهن-روی تشکیل می‌گردد که اتصال متالوژیکی فوق‌العاده خوبی با فولاد بدست می‌دهد. با برداشتن این قسمت، اندوده‌ای از روی خالص بر روی لایه‌های آلیاژ آهن – روی بوجود می‌آید. ضخامت نسبی این لایه‌ها و ضخامت کلی پوشش تحت تأثیر فاکتورهای بیشماری است که از آن جمله می‌توان دمای حمام، زمان غوطه‌وری؛ سرعت بیرون کشیدن، نوع فولاد با توجه خاص به محتوی سیلیکات آن؛ و نوع پوشش برای حمام روی را نام برد.
کنترل دقیق عملیات گالوانیزه‌کاری می‌توان شکل‌پریزی عالی پوشش و حفظ خصوصیات فولاد پایه را تضمین نماید. در صورتیکه هر یک از ویژگیهای خاص فولاد پایه به فرد گالوانیزه‌کننده اطلاع داده شود، کمک بزرگی به وی خواهد نمود.
ویژگیهای اتصال تسلیح گالوانیزه در بتون
اتصال مناسب میان فولاد تقویتی و بتون برای اجرای موفق و معتبر سازه‌های بتونی مسلح ضروری است. از آنجا که خوردگی می‌تواند تأثیر نامطلوب بر این اتصال برجا گذارد، روشهای متعددی جهت محافظت از تسلیح فولاد مورد تحقیق و تجسس قرار گرفته است. زمانی که پوشش‌های حفاظت‌کننده بر روی فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد، لازم است مطمئن شویم که این پوشش‌ها از استحکام اتصال نمی‌کاهند.
دو نوع اصلی از نمونه‌های آزمایشی مورد استفاده قرار گرفته‌اند: نمونه‌های بیرون‌کشیدنی که در آن یک میل‌گرد مجزا از فولاد تقویتی که در بتون جاسازی شده است، از قطعه بتونی بیرون کشیده می‌شود؛ و نمونه‌های تیری یا قطعه تیرها که در آن کشش در میل‌گرد فولاد تقویتی به شکل خمش تیز تظاهر می‌یابد. آزمایش بیرون‌کشیدنی گرچه کاربرد بیشتری داردف شرایط جاسازی میل‌گرد در ناحیه کشش یک تیر بتونی را شبیه‌سازی نمی‌نماید، زیرا بتون در قطعه بیرون کشیدنی معمولاً در معرض فشردگی قرار دارد. از آنجا که ترک‌خوردگی بتون در اثر کشش بر خوردگی تأثیر می‌گذارد، خوردگی سطحی فولاد در نمونه‌های بیرون‌کشیدنی احتمالاً نماینده خوردگی فولاد در ناحیه کشش در تیر نخواهد بود.
در روش دیگر، کشش در میل‌گرد تقویتی از طریق شبیه‌سازی خمش یک تیر ایجاد می‌گردد.
زمانی که تیر تحت کشش قرار می‌گیرد، بتون ممکن است ترک‌خوردگی یابد که این امر برخوردگی تسلیح موثر بوده و بنابراین به میزان قابل ملاحظه‌ای استحکام اتصال را متحول می‌سازد.
از اینرو آزمایش خمش شبیه‌سازی شده ارجح میباشد.
لازم به ذکر است که نتایج حاصل از آزمایشات بیرون کشیدنی را نمی‌بایست به عنوان مقیاس سنجش استحکام اتصال تسلح فولاد در بتون مورد استفاده قرار داد، بویژه اگر نمونه‌ها پیش از آزمایش در معرض محیط مهاجم و خورنده قرار داشته باشد، مع‌ذلک می‌توان نتایج حاصل از آزمایشهای بیرون‌کشیدنی را به عنوان شاخص‌های عملکرد نسبی اتصال میل‌گردها در شرایط مختلف سطح مورد استفاده قرار داد.
پوشش روی
گالوانیزه گرم یکی از روشهای قراردادی جهت افزایش مقاومت خوردگی فولاد است. روی می‌تواند در حفره‌های خالی موجود در لایه پوششی، حفاظت فداکارانه ایجاد نماید. در شرایط قلیاییتون (PH 11 الی ۵/۱۲)، خردگی روی به حداقل می‌رسد.
تستهای آزمایشگاهی نتایج رضایت‌بخشی از استفاده از فولاد گالوانیزه نشان داده‌اند. فولاد گالواینزه در بتون غلظت بالاتری از کلرید را نسبت به فولاد سیاه تحمل می‌نماید و استحکام اتصال بهتری نیز به دست می‌دهد. در مواردی که تسلیح در انبار قرار دارد و هنور با بتون پوشیده نشده است؛ گالوانیزه‌کاری ویژگیهای خاص فولاد را حفظ می‌نماید و از تشکیل زنگار ممانعت نموده و اتصال بهتری را نیز با بتون فراهم می‌آورد.
به سختی می‌توان تستهای فوری و کوتاه‌مدت بر روی فولاد تقویتی را تعبیر و تفسیر نمود. فولاد گالوانیزه در میان فولادهای پوشش‌دار از این جهت منحصر به فرد میباشد که در جزیره برمودا بیش از ۳۰ سال از فولاد گالوانیزه در محیط دریایی در بتون آلوده به کلرید استفاده شده است. تا این تاریخ هیچگونه گزارشی از تخریب و نقص در آن دریافت نگردیده است و بررسیهای دقیق، عمر ساطه‌ای پل را ۸۰ سال برآورد می‌نماید.
پوشش‌های نیکل
پوشش‌های نیکل به ضخامت ۱ میل(۲۵ میکرومیل) در اطراف میل‌گردهای تقویتی فولاد پیچیده شدند و سپس در بتون واقع در محیط دریایی، در ناحیه پاشش آب، ناحیه جذر و مدی و در معرض هوا به ارتفاع ۲۰ متر(۶۵ فوت) از سطح مد و در قسمتی که در معرض شرایط محیطی مورد نظر قرار داشت، مورد آزمایش قرار گرفت. س از ۱۲ سال قرار گرفتن در شرایط مزبور، اثری از خوردگی نیکل یافت نگردید. به نظر می‌رسد که محصولات خوردگی مانعی ایجاد نمودند که از هرگونه حمله به فولاد آندی جلوگیری می‌نمود. فولاد تقویتی روکش‌دار شده با نیکل که از هزینه نسبتاً بالایی نیز برخوردار است، درحال حاضر هنوز کاربری عمومی و فراگیر نیافته است.
بتون از استحکام کششی پائینی برخوردار است. پیش‌تنیدگی یکی از راه‌های چیرگی بر این معضل بشمار می‌رود، لذا می‌توان استفاده گسترده‌ای از آن را در ساخت مخازن، سازه پلها و غیره پیش‌بینی نمود.
پیش‌تنیدگی به دو طریق امکان‌پذیر است
الف-از طریق«پیش‌کشیدگی» که طی آن مفتول فولادی پرتاو روی میز تنش کاری کششی، کشده می‌شود، درحالیکه مخلوط سیمان مستقیماً در اطراف میل‌گردهای فولادی ریخته می‌شود و
ب-از طریق«پس‌کشیدگی» که طی آن مفتول فولادی پرتاو در طول زمان احداث، در غلاف قرار داده می‌شود. سپس مخلوط سیمان در قالب‌بندی اطراف غلاف‌ها ریخته می‌شود. زمانی که این سیمان استحکام لازم را یافت، تسلیح کشده می‌شود. سپس فضای باقیمانده در غلاف با دوغاب سیمان پر می‌شود.
فولاد پرتاو به شدت نسبت به خوردگی آسیب‌پذیر است، از این رو این سوال مطرح می‌گردد که«آیا مراحل مذکور به قدر کفایت مقاومت فولاد در برابر خوردگی را تضمین می‌نماید؟» به اعتقاد ما پاسخ به این سوال منفی است.
با وجود حصول اطمینان از اینکه فولاد، اگر با بتون خوب و سالم محافظت شود، خوردگی نخواهد یافت، بسیاری از مهندسین در مورد انسجام و استحکام سازه‌های بتونی پیش‌تنیده ابراز نگرانی می‌نمایند.
اینچنین دغدغه‌های خاطر از موارد تخریب این سازه‌ها ناشی می‌شود.
بنابر گزارشات رسیده از یک مورد تحقیق در استرالیا، ۱۰۷ مورد خوردگی در محفظه‌های بتونی پیش‌تنیده و مفتول‌پیچ شده مشاهده گردیده است.
دلائل خوردگی بدین شرح ارائه شده است:
الف-قرار گرفتن در معرض محیط کلریددار س از پیش‌تنیدگی
ب- نپرداختن به ریزه‌کاریهای ظریف و کیفیت ساخت نامناسب
پ-اتصالات بد در دیوارهای داخلی بتون
ت-ترک‌خوردگی و چسبندگی ضعیف میان دیوار بتون و گرانیت
ث-اعمال تکنیکهای پیش‌تنیدگی نادرست
کمیته تحقیقات بتون هلند نیز اقدام به تحقیق در مورد ۶۵ مورد تخریب ناشی از خوردگی در سازه‌های بتونی پیش‌تنیده نموده است. در ۹۰% این موارد، ترک‌خوردگی مفتول پیش‌تنیدگی مشاهده گردیده است.
گالوانیزه‌کاری فولاد به کاهش استحکام کششی تا حدود ۵% الی ۱۴% و کاهش درازشدگی نهایی تاحدود ۱۰۵ منجر گردید. همچنین استحکام تسلیم نسبت به مفتول غیر گالوانیزه یکنواخت نیست؛ مضاف بر اینکه پس از افزایش استحکام کششی مفتول گالوانیزه، مفتول‌کشی مجدداً انجام می‌پذیرد.
دوام فولاد گالوانیزه در بتون
خلاصه: دو برنامه مهم در ارتباط با محل قرار دادن نمونه‌ها به منظور ارائه اطلاعات قابل قیاس در مورد آسیب‌پذیری فولاد در بتون در برابر خوردگی انجام گرفته است. در نخستین برنامه(هم‌اکنون به مدت ۱۴ سال) یک بررسی مقایسه‌ای از عملکرد فولاد دارای اندود روی و فولاد نرم بدون پوشش در مجموعه‌ای از بتون‌ها که با مصالح دانه‌ای پودر خاکستر سوخت متراکم و سبک (pfa) تهیه گردیده شدند، انجام گرفت.