فهرست مطالب :

مقدمه

بتن و خورندگی بتن

مواد تشکیل دهنده بتن

عمل آوری بتن

سنگدانه‌ها (Aggregates) در بتن

هزینه‌های خوردگی در صنایع مختلف

مروری بر هزینه‌های خوردگی در صنایع مختلف

اکتشاف و استخراج نفت و گاز

پالایشگاه نفت

صنایع شیمیایی، پتروشیمی و دارویی

هزینه خوردگی در صنعت حمل و نقل

وسایل نقلیه موتوری

کشتی‌ها

هزینه‌ خوردگی در سیستم آب آشامیدنی

نتیجه‌گیری

مقابله با خوردگی بتن

عوامل شیمیایی خورنده

مدیریت حفاظت بتن

نتیجه گیری

منابع و ماخذ

مقدمه :

بتن و خورندگی بتن :
بتن (به انگلیسی: Concrete) در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد اتلاق می‌شود. این ماده چسبنده عموما حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی و آب می‌باشد. حتی امروزه چنین تعریفی از بتن شامل طیف وسیعی از محصولات می‌شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان ونیز پوزولان ها، سرباره کوره ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمر ها،الیاف و غیره تهیه شود. همجنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده‌های مختلف استفاده شود.
مواد تشکیل دهنده بتن
[] سیمان (Cement)
[] آب (Water)
کیفیت آب در بتن از آن جهت حائز اهمیت است که ناخالصی های موجود در آن ممکن است در گیرش سیمان اثر گذاشته و اختلالاتی به وجود اورند. همچنین آب نامناسب ممکن است روی مقاومت بتن اثر نامطلوب گذاشته و سبب بروز لکه‌هایی در سطح بتن و حتی زنگ زدن آرماتور بشود.[۲] در اکثر اختلاط ها آب مناسب برای بتن آبی است که برای نوشیدن مناسب باشد.[۳]مواد جامد چنین آبی به ندرت بیش از ۲۰۰۰ قسمت در میلیون ppm خواهد بود به طور معمول کمتر از ۱۰۰۰ ppm می‌باشد. این مقدار به ازای نسبت آب به سیمان ۰.۵ معادل ۰.۰۵ وزن سیمان می‌باشد. معیار قابل آشامیدن بودن آب برای اختلاط مطلق نیست و ممکن است یک آب اشامیدنی به جهت داشتن درصد بالایی از یونهای سدیم و پتاسیم که خطر واکنش قلیایی دانه‌های سنگی را به همراه دارد، برای بتن سازی مناسب نباشد. به عنوان یک قاعده کلی هر آبی که ph (درجه اسیدیته) آن بین ۶ الی ۸ بوده و طعم شوری نداشته باشد می‌تواند برای بتن مصرف شود. رنگ تیره و بو لزوما وجود مواد مضر در آب را به اثبات نمی رساند.[۴]
[] مقدار آب مصرفی
مقدار آب مصرفی در داخل بتن بسیار با اهمیت است. به منظور تکمیل فرایند واکنش سیمان با آب مقدار مشخصی آب مورد نیاز است. در صورتی که این مقدار کمتر از آن حد باشد قسمتی از سیمان برای واکنش آب کافی دریافت نمیکند و واکنش نداده باقی میماند. در صورتی که بیش از مقدار مورد نیاز آب به مخلوط بتن اضافه شود پس از تکمیل واکنش، مقداری آب به صورت آزاد در داخل بتن باقی میماند که پس از سخت شدن بتن باعث پوکی آن و نتیجتا کاهش مقاومت خواهد شد. به همین دلیل دقت در مصرف نکردن آب زیاد در داخل بتن به منظور حصول مقاومت بالا ضروری است.
مقدار آب لازم برای تکمیل واکنش به صورت پارامتر نسبت آب به سیمان تعریف میشود. این نسبت برای سیمان پرتلند معمولی حدود ۲۵ درصد است. با این مقدار آب بتن فاقد کارایی لازم خواهد بود و معمولا نسبت آب به سیمان مورد استفاده در کارگاههای ساختمانی بیش از این مقدار است. در تعیین نسبت اختلاط بتن پارامتری لحاظ میشود که مقدار رطوبت سنگدانه ها را نیز قبل از افزودن آب به بتن لحاظ میکند که در تعیین مقدار آب مورد نیاز حائز اهمیت است. این رطوبت اضافی (یا کمبود رطوبت) مقدار رطوبت مازاد(کمبود رطوبت) سنگدانه ها از حالت اشباع با سطح خشک SSD یا(Saturated Surface Dry)است.
[] عمل آوری بتن
به دلیل تبخیر قسمتی از آب مورد نیاز قبل از تکمیل واکنش بین آب و سیمان (که چندین روز طول میکشد) قسمتی از سیمان موجود در مخلوط بتن واکنش نداده باقی میماند. پس از بتن ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل آوری معطوف گردد. عمل آوری عبارت است از حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود. این عمل میتواند به وسیله عایقکاری موقت، پاشش آب یا تولید بخار صورت گیرد. از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای ۷ روز توصیه میشود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد حداقل زمان عمل آوری بتن نباید کمتر از ۲ روز باشد.
[] سنگدانه‌ها (Aggregates) در بتن
سنگدانه ها در بتن تقریبا سه چهارم حجم آنرا تشکیل می‌دهند از اینرو کیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پاره‌ای از اوقات شیمیایی آنها در عملکرد بتن تاثیر می گذارد. دانه‌های سنگی طبیعی معمولا بوسیله هوازدگی و فرسایش و یا به طور مصنوعی باخرد کردن سنگ های مادر تشکیل می‌شوند. [۵]
[] اندازه دانه‌های سنگی
بتن عموما از سنگدانه‌هایی به اندازه‌های مختلف که حداکثر قطرآن بین ۱۰ میلیمتر و۵۰ میلیمتر می‌باشد ساخته می‌شود. به طور متوسط از سنگدانه‌هایی با قطر ۲۰ میلیمتر استفاده می‌شود.[۶] توزیع اندازه ذرات به نام «دانه بندی سنگدانه» مرسوم است.به طور کلی دانه‌های با قطر بیشتر از چهار یا پنج میلیمتر به نام شن و کوچکتر از آن به نام ماسه نامگذاری شده اند که این حد فاصل توسط الک ۵ میلیمتری یا نمره چهار مشخس می‌گردد. حد پایین ماسه عموما ۰.۰۷ میلیمتر یا کمی کمتر می‌باشد. مواد با قطر بین ۰.۰۶ میلیمتر و ۰.۰۲ میلیمتر به نام لای(سیلت)و مواد ریزتر رس نامگذاری شده اند. گل ماده نرمی است که شامل مقادیر نسبتا مساوی ماسه و لای و رس می‌باشد.

[] کانیهای مهم
کانیهای مهم و متداول سنگدانه‌ها در زمینه استفاده در بتن عبارتند از: کانی های سیلیسی (کوارتز، اوپال، کلسه دون، تریمیت، کریستوبالیت) فلدسپاتها، کانیهای میکا، کانیهای کربناتی، کانیهای سولفاتی، کانیهای سولفور آهن، کانیهای فرومنیزیم، کانیهای اکسیدآهن، زئولیت ها و کانیهای رس.[۷]
[] طبقه بندی براساس شکل ظاهری
در استاندارد ASTM سنگها از لحاظ شکل ظاهری به پنج گروه تقسیم شده اند:کاملا گردگوشه، گردگوشه، نسبتا گردگوشه، نسبتا تیزگوشه و تیزگوشه.[۸]
در استاندارد BS این نامگذاری به صورت:گردگوشه، بی شکل-بی نظم، پولکی، تیزگوشه، طویل، پولکی طویل می‌باشد.[۹]
[] افزودنی ها (Admixtures)
معمولا به جای استفاده از یک سیمان بخصوص، این امکان وجود دارد که بعضی از خواص سیمانهای معمولی مورد استفاده را به وسیله ترکیب کردن ان با یک افزودنی تغییر داد. قابل توجه اینکه نباید عبارات “مواد ترکیبی” و “مواد افزودنی” با معانی مترادف به کار روند، زیرا مواد ترکیبی موادی هستند که در مرحله تولید به سیمان اضافه می‌شوند در حالی که مواد افزودنی در مرحله مخلوط کردن به بتن اضافه می‌شوند. افزودنی های شیمیایی اساسا عبارتند از:تقلیل دهنده‌های آب، کندگیر کننده ها و تسریع کننده‌های گیرش که در ایین نامه ASTM به ترتیب تحت عنوان های تیپ های C،B،A طبقه بندی شده اند. دسته بندی افزودنی ها در استاندارد BS نیز مشابه می‌باشد. در ضمن افزودنی های دیگری نیز وجود دارند که هدف اصلی از کاربرد آنها محافظت بتن از اثرات زیان آور یخ زدگی و ذوب یخ است.[۱۰]

[] تسریع کننده‌ها
افزودنی هایی هستند که سخت شدگی بتن را تسریع می‌کنند و مقاومت اولیه بتن را بالا می‌برند. چند نمونه از تسریع کننده‌ها عبارتند از: کربنات سدیم، کلرورآلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم، نمک های آهن و کلرور کلسیم. [۱۱]
[] کندگیر کننده‌ها
افزودنی هایی هستند که زمان گیرش بتن را به تاخیر می اندازند. این مواد در هوای خیلی گرم که زمان گیرش معمولی بتن کوتاه می‌شود و همچنین برای جلوگیری از ایجاد ترک های ناشی از گیرش در بتن ریزی های متوالی مفید می‌باشند. به عنوان چند نمونه از کندگیر کننده‌ها می‌توان از شکر، مشتقات هیدروکربنی، نمک های محلول روی و براتهای محلول نام برد.[۱۲]. به عنوان مثال اگر با یک کنترل دقیق ۰.۰۵ وزن سیمان شکر به بتن اضافه کنیم، حدود چهار ساعت گیرش آنرا به تاخیر می اندازد. مصرف ۰.۲ تا یک درصد وزن سیمان از گیرش سیمان جلوگیری به عمل می اورد.[۱۳]
[] تقلیل دهنده‌های آب(روان کننده ها)
این افزودنی ها به سه منظور به کار می‌روند:
۱-رسیدن به مقاومتی بالاتر به وسیله کاهش نسبت آب به سیمان
۲-رسیدن به کارایی مشخص با کاهش مقدار سیمان مصرفی و نتیجتا کاهش حرارت هیدراتاسیون در توده بتن.
۳-سادگی بتن ریزی به وسیله افزایش کارایی در قالبهایی با آرماتور انبوه و موقعیت های غیرقابل دسترسی
افزودنی های تقلیل دهنده آب تحت عنوان تیپ A دسته بندی می‌شوند؛ لیکن اگر افزودنی ها همزمان با کاهش نیاز به آب باعث تاخیر در گیرش نیز بشوند تحت عنوان تیپ D طبقه بندی می‌شوند. اگر این روان کننده‌ها باعث تسریع در گیرش شوند تیپ E نامیده می‌شوند.[۱۴]
[] فوق روان کننده‌ها
این مواد از قویترین انواع تقلیل دهنده‌های آب هستند که در آمریکا به عنوان روان کننده قوی و درASTM به عنوان تیپ F نام گذاری شده اند. افزودنی هایی نیز هستند که در ضمن تقلیل شدید آب باعث مقداری تاخیر در گیرش نیز می‌شوند و به عنوان تیپ G طبقه بندی شده اند. دو نمونه از روان کننده‌های قوی: ملامین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده و یا نفتالین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده می‌باشند. اساسا استفاده از اسیدهای سولفاته شده باعث تسریع عمل پراکنش می‌شود. چون در سطح ذرات سیمان جذب شده و به آنها بار منفی می‌دهند واین باعث دفع ذرات از یکدیگر می‌شود. این فرایند کارایی را در یک نسبت آب به سیمان مشخص افزایش می‌دهد.

۲- مروری بر هزینه‌های خوردگی در صنایع مختلف
همانطور که گفته شد خوردگی پدیده‌ای است که در اکثر محیط‌ها اتفاق می‌افتد، از این‌رو هیچ صنعتی نمی‌تواند از هزینه‌های خوردگی در امان باشد. نفت، گاز و پتروشیمی، کارخانجات و صنایع سنگین تولیدی (ذوب آهن، فولادسازی و غیره)، حمل و نقل و آب و فاضلاب، از جمله صنایعی هستند که به‌شدت با این پدیده دست به گریبانند. در این بخش سعی شده است که هزینه‌های خوردگی در هر صنعت به‌صورت تفکیک شده ارائه شود، و در هر مورد در صورت امکان مثالی ذکر شود. باید توجه داشت که هزینه‌های خوردگی شامل مراحل طراحی- مهندسی، انتخاب مواد، نگهداری و تعویض خواهد بود.
۲-۱- اکتشاف و استخراج نفت و گاز:
تجهیزات حفاری، لوله‌های سطحی، مخازن تحت فشار و تانک‌های ذخیره نفت و گاز تحت خوردگی داخلی با نفت و آبی که شامل CO2 و H2S هستند می‌باشد. کنترل خوردگی داخلی در این حالت فاکتور بسیار مهمی است. نفت موجود در مخازن، بسته به شرایط مخزن نفت، میزان خورندگی متفاوتی خواهد داشت (از حالت بسیار خورنده مثل نفت ایران تا حالت خورندگی بسیار پایین مثل نفت برنت)، ولی آب موجود در مخازن که Co2 و H2S حل شده را به همراه‌ دارد، بسیار خورنده است. علاوه‌بر این میکروارگانیسم‌ها می‌توانند به دیواره لوله‌ها حمله کرده و باعث خوردگی شود. خوردگی خارجی در این صنعت همانند دیگر صنایع است و هزینه‌های آن بسیار پایین‌تر است.
۲-۲- پالایشگاه نفت
ایران دارای ۹ پالایشگاه نفت است. بر اساس آمار غیررسمی، با هزینه‌های خوردگی در پالایشگاه‌های ایران هر ۲ سال یک‌بار می‌توان یک پالایشگاه جدید ساخت. به علت هزینه‌های بالای پالایشگاه، قیمت تمام شده محصولات نیز بالا بوده و سود کمی عاید پالایشگاه‌ها می‌شود.
یک پالایشگاه دارای بیش از ۳۰۰۰ مخزن عملیاتی با سایز،‌ شکل، فرم و عملکرد متفاوت است، به‌علاوه هر پالایشگاه دارای حدود ۳۲۰۰ کیلومتر خطوط لوله است که اکثراً در زیر زمین کار گذاشته شده و غیرقابل دسترس است.
داخل این مخازن و لوله‌ها، مواد خورنده از قبیل آب و نفت قرار دارد. خارج آنها در تماس با اتمسفر و یا خاک است. هر بشکه نفت تصفیه شده حدود Lit8 آب بسیار خورنده که حاوی H2S و Co2 است تولید می‌کند، علاوه‌بر این در طول پروسه پالایش اسیدکلریدریک نیز تولید می‌شود که این اسید نیز خورندگی بسیار بالایی روی تجهیزات ایجاد می‌کند. و همچنین اسید نفتانیک موجود در نفت نیز باعث خوردگی داخلی در مخازن و لوله‌ها می‌شود.
مخازن نگهداری نفت بر روی زمین و لوله‌های انتقال آب زیرِ زمین قرار دارند؛ از این‌رو خوردگی خارجی برای مخازن و لوله‌ها مطرح می‌شود که می‌توان از حفاظت کاتدی بهره جست.

۲-۳- صنایع شیمیایی، پتروشیمی و دارویی
نوع خوردگی‌هایی که در این ۳ صنعت اتفاق می‌افتد اکثراً شبیه هم هستند. رایج‌ترین انواع خوردگی عبارتند از: ترک خوردگی کلرایدی، اکسیداسیون، سولفیداسیون، خوردگی در عایق‌های حرارتی و ترک‌خوردگی آمونیاکی.
در صنعت دارویی، خوردگی در ذرات آهن موجود در دیواره‌های مخازن، آستر شیشه‌ای و عایق‌ها اتفاق می‌افتد. معمولاً ۴۵ درصد آسیب‌ها در این ۳ صنعت از بابت خوردگی است، لوله‌ها، تانک‌ها، راکتور، شفت‌ها، برج‌ها، کمپرسورها، مبدل‌های حرارتی، گرمکن و بویلر تجهیزاتی هستند که به‌طور مرتب از سرویس خارج می‌شود.
در صنایع داروسازی به‌ علت وجود ترکیبات کلر‌دار در داروهای مختلف، میزان خورندگی تجهیزات بالا می‌باشد و ترک‌خوردگی کلریدی به‌وجود می‌آید. در صنایع شیمیایی و پتروشیمی به علت استفاده از مواد خام اولیه خورنده مثل نفت خام، اسید‌ها و بازها در مخازن نگه‌داری، لوله‌ها و تانک‌ها خورندگی شدیدی اتفاق می‌افتد.

مقابله با خوردگی بتن

مسأله خوردگی فولاد در بتن از معضلات عمده کشورهای مختلف جهان است. این مسأله حتی در کشورهای پیشرفته همچون آمریکا، کانادا، ژاپن و بعضی کشورهای اروپایی هزینه های زیادی را برای تعمیر آنها به دنبال داشته است. به عنوان مثال درگزارش های اخیر بررسی پل ها در امریکا حدود ۱۴۰،۰۰۰ پل مسأله داشته اند. این مسأله در کشورهای در حال توسعه و در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شدیدتر بوده و سازه های بتنی زیادی در زمانی نه چندان طولانی دچار خوردگی و خرابی گشته اند. بررسی ها در این مناطق نشان می دهد که اگر مصالح مناسب انتخاب گردد، بتن با مشخصات فنی ویژه این مناطق طرح گردد، در اجرای بتن از افراد کاردان استفاده شود و سرانجام اگر عمل آوری کافی ومناسب اعمال شود، بسیاری از مسائل بتن بر طرف خواهد گشت. به هرحال برای پیشگیری در سال های اخیر روش ها و موادی توصیه و به کار گرفته شده است که تا حدی جوابگوی مسأله بوده است.

استفاده از آرماتورهای ضدزنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیکیfrp یکی از این روش ها است که به علت گرانی آن هنوز کاملا توسعه نیافته است. به علاوه عملکرد دراز مدت این مواد باید پس از تحقیقات روشن گردد.

از روش های دیگر کاربرد حفاظت کاتدیک در بتن می باشد با استفاده از جریان معکوس با آند قربانی شونده می توان محافظت خوبی برای آرماتورها ایجاد نمود. این روش نیاز به مراقبت دائم دارد ونسبتا پرخرج است ولی روش مطمئنی می باشد.

برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می شود. تاریخچه مصرف این آرماتورها بویژه در محیط های خورنده نشان می دهد که در بعضی موارد این روش موفق و در پاره ای نا موفق بوده است. به هرحال اگر پوشش سالم بکار گرفته شود با این روش می توان حدود ۱۰ تا ۱۵ سال خوردگی را عقب انداخت.

استفاده از ممانعت کننده ها و بازدارنده های خوردگی بتن نیز به دو دهه اخیر برمی گردد. مصرف بعضی از این مواد همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است. به هر حال عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط های واقعی مناسب بوده است. بازدارنده های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند ولی دلیل گرانی زیاد هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند.

فایل کامل این تحقیق ۲۸ صفحه بصورت ورد WORD مرتب و فونت بندی شده می باشد.
در تمامی ساعات شبانه روز >> پرداخت آنلاین و دانلود آنلاین پروژه