دستگاه مهاجرت و نفوذ تسریع شده یون کلر(RCMT)

توضیحات

فیلم معرفی دستگاه RCMT ساخت آزمون

 

آزمایش مهاجرت و نفوذ تسریع شده یون کلر(RCMT) چیست؟

مهاجرت و نفوذ یون کلر در بتن یکی از دلایل اصلی خوردگی و زوال بتن مسلح است. از پرکاربردترین روش‌ها در ارزیابی دوام بتن در برابر محیط کلریدی، استفاده از دستگاه نفوذ و مهاجرت تسریع شده (RCPT & RCMT) است.فرآیندهای مختلف فرسودگی در شرایط محیطی متفاوت بر دوام سازه تاثیرگذار است و منجر به خوردگی آرماتور‌ها و خوردگی بتن می­‌شود.

در قطعات بتن آرمه برای تعیین دوام بتن و جلوگیری از خوردگی آرماتورها باید الزامات جدول 9-پ-1-5 آیین نامه مبحث 9 رعایت شود. انواع شرایط محیطی را میتوانید از جداول آیین نامه مبحث 9 بخش الزامات دوام بتن در معرض یون کلرید بررسی نمایید.

اهمیت مقاومت بتن در برابر نفوذ یون کلر تحت شرایط کلریدی (بتن در معرض نمک های یخ زدایی یا آب دریا) چند برابر است. محلول برخی از کلریدها مانند آمونیوم، آلومینیوم و منیزیم به بتن حمله کرده و شدت تاثیر حمله به محتوای سیمان، نوع سنگدانه ، طرح اختلاط و میزان نفوذپذیری بتن بستگی دارد.

جهت ارزیابی سریع مقاومت بتن در برابر نفوذ یون کلرید از آزمون مهاجرت تسریع شده یون کلر در شرایط ناپایدار استفاده می­‌شود. از نتیجه این آزمون جهت طبقه بندی بتن بر اساس میزان نفوذ یون‌های کلرید در بتن استفاده می‌شود.

این روش آزمون مطابق با دو استاندارد AASHTO T 357  و NT Build 492  انجام می­‌شود. در این مقاله روش انجام هر دو استاندارد بیان شده است. نحوه نمونه برداری و آماده سازی آزمونه، تجهیزات و اصول آزمون در هر دو استاندارد یکسان اما روش انجام آزمون متفاوت است.

 

کاربرد دستگاه نفوذ و مهاجرت یون کلر

• ارزیابی مقاومت نفوذ یون کلر در بتن
• تعیین ضریب مهاجرت کلرید بتن
• ارتباط مقاومت الکتریکی بتن با پارامترهای مهم دوام بتن)مانند ضریب انتشار کلرید( برای طراحی عمر مفید سازه بتنی
• مشخص کردن دوام بتن در معرض محیط آلوده به کلرید

روش انجام آزمایش مهاجرت تسریع شده یون کلر (RCMT) مطابق با استاندارد AASHTO T 357

مهاجرت الکتریکی یون‌های کلر به داخل آزمونه بتنی و اندازه گیری میزان نفوذ یون کلر بوسیله یک نشانگر رنگی ( محلول نقره نیترات) انجام می‌­شود. در این آزمایش اختلاف پتانسیل 5 تا 60 ولت برای مدت معینی اعمال شده و یون های کلرید موجود در محلول کلرید سدیم (NaCl) را مجبور به مهاجرت میکند. زمان آزمایش به ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. در پایان بعد از شکافت نمونه با پخش محلول نیترات نقره روی نمونه عمق نفوذ یون کلر اندازه‌گیری می‌شود.

دستگاه RCMT ساخت آزمون قابلیت انجام آزمایش نفوذ تسریع شده یون کلر (RCPT) و آزمایش هدایت الکتریکی توده بتن سخت شده ASTM C1760 را دارد.

 

وسایل مورد استفاده در آزمایش مهاجرت تسریع شده یون کلر

• اره الماس خنک کننده با آب، قادر به ایجاد برش های عمود بر محور نمونه استوانه ای یا هسته های بتنی با قطر 100 میلی متر

  

• خشک کن خلاء – قطر 250 میلی متر یا بزرگتر
• پمپ خلاء – قابلیت حفظ فشار کمتر از 5 کیلو پاسکال (37 میلی متر جیوه) در خشک کن
• گیج خلاء یا مانومتر – قابلیت خواندن سطوح خلاء تا 1 کیلو پاسکال (5 میلی متر جیوه)
• دستگاه آزمایش مهاجرت تسریع شده یون کلرRCMT (مطابق شکل2 )
• نگهدارنده لاستیکی سیلیکونی – قطر داخلی 100 میلیمتر و قطر خارجی 115 میلیمتر و طول حدودی 150 میلیمتر
• دورگیر فولادی ضد زنگ – عرض 20 میلی متر با محدوده قطر 105 تا 115 میلی متر.
• مخزن پلاستیکی (مخزن کاتولیت) – 370 در 270 در 280 میلی متر
• کاتد، یک ورق فولادی ضد زنگ به ضخامت 0.5 میلیمتر که بر روی یک تکیه گاه پلاستیکی متصل شده است
•  آند، شبکه یا صفحه سوراخدار فولادی ضد زنگ با ضخامت 0.5 میلیمتر شکل 4( زیر شکل نحوه چیدمان آزمونه در غلاف لاستیکی و قرار دهی آند)
• منبع تغذیه قادر به تامین ولتاژ تنظیم شده با جریان مستقیم 0 تا 60 ولت DC (با دقت ± 0.1 ولت)
•  آمپرمتر – قابلیت نمایش جریان با دقت ± 1 میلی آمپر
• دماسنج یا ترموکوپل – با دقت  1± درجه سانتیگراد
• کولیس با دقت 0.1 میلیمتر
• محلول سدیم کلرید ، 10 درصد جرمی، 100 گرم سدیم کلرید (NACL) را در 900 گرم آب حل کنید.
• محلول سدیم هیدروکسید ، 0.3 نرمال، حدود 12 گرم سدیم هیدروکسید را در یک لیتر آب مقطر یا آب یون زدایی شده حل کنید.
• محلول نیترات نقره (AgNO3)، 0.1 مولار

 

روش تهیه آزمونه در آزمایش RCMT

استفاده از نمونه مغزه ­گیری شده

در صورت استفاده از نمونه مغزه­گیری شده ، لایه خارجی نمونه بتن (یعنی نزدیک‌ترین لایه به سطح اولیه) تقریباً 10 تا 20 میلی‌متر  بریده شود و پس از آن باید قطعه ای جهت آزمایش نهایی به ضخامت 2 ± 50 میلی‌متر بریده شود. بهتر است سطح انتهایی نمونه آزمایش که نزدیک ترین سطح به سطح اولیه بود (سطح برش) در معرض محلول کلرید(کاتولیت) قرار گیرد.

استفاده از نمونه قالب گیری شده در آزمایشگاه

در صورت استفاده از نمونه قالب گیری شده در آزمایشگاه، لایه خارجی نمونه بتن (یعنی نزدیک‌ترین لایه به سطح ماله کشی) تقریباً 25 میلی‌متر  بریده شود. و پس از آن باید قطعه ای جهت آزمایش نهایی به ضخامت 2 ± 50 میلی‌متر بریده شود. بهتر است سطح انتهایی نمونه آزمایش که نزدیک ترین سطح به سطح اولیه بود (سطح برش) در معرض محلول کلرید (کاتولیت) قرار گیرد.

اشباع سازی آزمونه های آزمایش

1. نمونه ها در دسیکاتور باید کاملاً در آب مقطر غوطه ور شوند. برای اینکه آب عاری از هوا باشد، آن را حدود نیم ساعت بجوشانید زیرا آب بدون هوا به‌سادگی داخل نمونه بتنی نفوذ می‌کند.
2. نمونه ها را در صورت امکان روی طبقه نزدیک به خروجی تخلیه آب در دسیکاتور خالی قرار دهید.(
3. دسیکاتورها باید در طول تخلیه نهایی آب نیز به طور دائم در همان موقعیت باقی بمانند.
4. اگر سطح جانبی آزمونه صاف نیست، عیوب قابل توجهی مانند کرم خوردگی که باعث نشتی محلول ها شده است را برطرف کنید
5. لبه درب دسیکاتور را تمیز کنید و با روغن سیلیکو ن روغن بزنید. (عکس دسیکاتور و پمپ خلا)
6. بررسی کنید که تمام شیرها بسته باشند. حال درب دسیکاتور ها را بگذارید.
7. شلنگ را از پمپ خلاء به یکی از شیر روی درب وصل کنید. برای ایجاد خلاء، شیر را باز کرده و پمپ را روشن کنید.
8. حدود سه ساعت پمپ خلاء را روشن نگه دارید، سپس شیر را ببندید و پمپ خلاء را خاموش کنید.
9. شلنگ دیگری را به شیر دوم روی درب دسیکاتور وصل کنید و انتهای شلنگ را با آب جوش داخل ظرف قرار دهید.
10. حال شیر دوم را باز کنید و اجازه دهید آب به داخل دسیکاتور ها جریان یابد.
11. آب باید کاملاً نمونه ها را بپوشاند. هیچ هوایی نباید اجازه ورود به دسیکاتورها را داشته باشد.
12. شیر اول را که به پمپ وصل است باز کنید و شیر دوم را ببندید و یک ساعت دیگر پمپ را روشن کنید.
13. پمپ خلاء را خاموش کنید و شلنگ ها را از هر دو شیر جدا کنید، در حین برداشتن شلنگ ها، شیرها باید بسته باشند.
14. حال به آرامی دریچه را باز کنید تا هوا وارد دسیکاتور ها شود.
15. نمونه را 18 ساعت دیگر در دسیکاتور نگهدارید. سپس درب دسیکاتور را بردارید و نمونه را بیرون بیاورید.
16. هر سه نمونه را داخل نگهدارنده لاستیکی سیلیکونی قرار دهید. بست فلزی را دور نگهداره محکم کنید.

روش انجام آزمایش مطابق با استاندارد AASHTO T 357

1. کاتد را در مخزن کاتولیت قرار دهید و مخزن را با 12 لیتر محلول سدیم کلرید پر کنید.
2. قسمت بالای نمونه در نگهدارنده لاستیکی را با 300 میلی لیتر از محلول سدیم هیدروکسید پر کنید و آند را در محلول سدیم هیدروکسید فرو ببرید. در نهایت مجموعه نگهدارنده لاستیکی را درون مخزن کاتولیت فرو ببرید.
3. پس از استقرار نگهدارنده لاستیکی درون مخزن کاتولیت، اگر محلول سدیم هیدروکسید سطح نمونه را بطور کامل نپوشاند، ضروریست مرحله استقرار را باز بینی کنید.
4. دمای محلول سدیم هیدروکسید و محلول سدیم کلرید را اندازه گیری کنید. اگر دما ها در محدوده (2±23) درجه سیلسیوس نیستند، دمای محلول ها  را قبل از شروع آزمون به (2±23) درجه سیلسیوس برسانید.
5. کاتد را به قطب منفی و آند را به قطب مثبت منبع تغذیه وصل کنید. منبع تغذیه را روشن و آن را برای پتانسیل 1/0±60 ولت با جریان مستقیم تنظیم و جریان اولیه هر آزمونه را به نزدیک ترین 001/0 آمپر ثبت کنید.
6. جهت تعیین ولتاژ اعمالی نهایی، محدوده جریان اولیه را مطابق با جدول 2 بررسی نمایید و در صورت نیاز پتانسیل را مجددا تنظیم نمایید.
7. پس از 18 ساعت، جریان و دمای نهایی هر آزمونه و دمای محلول کاتولیت را ثبت کنید. منبع تغذیه را خاموش کنید و نمونه ها را از دست گاه خارج نمایید.

اندازه گیری نفوذ یون کلر به داخل نمونه

نمونه ها را با آب مقطر بشویید. آب اضافی را از سطوح نمونه پاک کنید.

با استفاده از دستگاه مناسب، نمونه را به صورت طولی به دو قسمت تقسیم کنید. یک قطعه را برای اندازه گیری عمق نفوذ انتخاب کنید.

محلول نیترات نقره 1/0 نرمال را روی سطح تازه اسپری کنید. هنگامی که رسوب کلرید نقره سفید بر روی سطح تقسیم شده به وضوح قابل شد (پس از حدود 15 دقیقه)، از یک خط کش برای اندازه گیری عمق نفوذ در فواصل 10 میلی متری از ابتدای لبه استفاده کنید، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. حداقل پنج اندازه گیری عمق معتبر باید به دست آید.

تبصره 7- اگر جلوی نفوذی که باید اندازه‌گیری شود آشکارا توسط سنگدانه مسدود شده است، اندازه‌گیری را به نزدیک‌ترین قسمتی که انسداد قابل‌توجهی از سنگدانه وجود ندارد، منتقل کنید، یا اگر بیش از پنج عمق معتبر وجود داشت، این عمق را کنار بگذارید.

روش محاسبه نرخ نفوذ یون کلر

حداقل و حداکثر اندازه را در نظر نگیرید. اندازه گیری های میانه را میانگین گرفته و عمق نفوذ X_d  را مشخص نمایید.

نرخ نفوذ را با استفاده از فرمول زیر محاسبه نمایید:

M:  نرخ نفوذ، برحسب میلی متر بر ولت ساعت

X_d:  عمق نفوذ، برحسب میلی متر

V:  ولتاژ اعمال شده ، برحسب ولت

h:  مدت آزمون، برحسب ساعت

روش انجام آزمایش مهاجرت تسریع شده یون کلر ( RCMT) مطابق با استانداردNT Build492

یک پتانسیل الکتریکی خارجی در راستای محوری در سراسر نمونه اعمال می‌شود و یون‌های کلرید را مجبور به مهاجرت به داخل نمونه می‌کند. پس از مدت زمان مشخصی، نمونه به صورت محوری تقسیم شده و محلول نیترات نقره روی یکی از بخش های تقسیم شده اسپری می شود. سپس عمق نفوذ کلرید را می توان از تغییر رنگ کلرید نقره اندازه گیری و ضریب مهاجرت کلرید را از عمق نفوذ محاسبه کرد.

وسایل مورد نیاز مطابق با وسایل استاندارد AASHTO T 357 میباشد.

تهیه نمونه و نمونه برداری

استفاده از نمونه مغزه­ گیری شده

در صورت استفاده از نمونه مغزه­گیری شده ، لایه خارجی نمونه بتن (یعنی نزدیک‌ترین لایه به سطح اولیه) تقریباً 10 تا 20 میلی‌متر  بریده شود و پس از آن باید قطعه ای جهت آزمایش نهایی به ضخامت 2 ± 50 میلی‌متر بریده شود. بهتر است سطح انتهایی نمونه آزمایش که نزدیک ترین سطح به سطح اولیه بود (سطح برش) باید در معرض محلول کلرید(کاتولیت) قرار گیرد.

استفاده از نمونه قالب گیری شده در آزمایشگاه

در صورت استفاده از نمونه قالب گیری شده در آزمایشگاه، اگر استوانه قالب گیری شده 100* 100 میلیمتر است از میانه استوانه قطعه ای جهت آزمایش نهایی به ضخامت 2 ± 50 میلی‌متر بریده شود. بهتر است سطح انتهایی نمونه آزمایش که نزدیک ترین سطح به سطح اولیه بود (سطح برش) در معرض محلول کلرید (کاتولیت) قرار گیرد.

اگر استوانه قالب گیری شده 100* 200 میلیمتر است، نمونه را به دو قسمت 100*100 برش دهید. سپس از میانه یک نمونه قطعه ای جهت آزمایش نهایی به ضخامت 2 ± 50 میلی‌متر بریده شود. بهتر است سطح انتهایی نمونه آزمایش که نزدیک ترین سطح به سطح اولیه بود (سطح برش) در معرض محلول کلرید (کاتولیت) قرار گیرد.

اشباع سازی نمونه

اشباع سازی نمونه را مطابق با روش استاندارد AASHTO T 357 انجام دهید. با این تفاوت ، درحالی که پمپ خلا روشن است، شیر آب را باز کنید و دسیکاتور را با کلسیم هیدروکسید اشباع ( با حل کردن مقدار زیادی کلسیم هیدروکسید در آب مقطر یا آب یون زدایی شده) پر کنید  تا روی کل آزمونه ها را بپوشاند. شیر آب را ببندید و خلا را برای یک ساعت دیگر نگهدارید.

روش انجام آزمایش

1. همانطور که در روش انجام آزمون مطابق با استاندارد AASHTO T 357 نحوه استقرار نمونه داخل نگهداره لاستیکی و مخزن شرح داده شد، آزمونه ها را مستقر سازید.
2. کاتد را به قطب منفی و آند را به قطب مثبت منبع تغذیه وصل کنید. منبع تغذیه را روشن و آن را برای پتانسیل 30 ولت با جریان مستقیم تنظیم و جریان اولیه هر آزمونه را ثبت کنید.
3. دمای اولیه محلول آنولیت را ثبت کنید
4. با توجه به جریان اولیه ثبت شده مطابق با جدول 3، مدت آزمون مناسب را مشخص کنید و در صورت نیاز پتانسیل را تغییر دهید.
5. پس از اتمام زمان آزمون ، جریان و دمای نهایی هر آزمونه و دمای محلول کاتولیت را ثبت کنید. منبع تغذیه را خاموش و نمونه ها را از دستگاه خارج نمایید.

اندازه گیری نفوذ یون کلر به داخل نمونه

ابتدا آزمونه ها را با آب شیر بشورید سپس آب اضافی را از سطح نمونه پاک کنید. با استفاده از اره مناسب، نمونه را  در جهت طولی به دو نیم تقسیم کنید. نیمه ای که سطح بریده شده آن عمود تر هست را انتخاب کنید.

محلول نقره نیترات 1/0 نرمال را بر روی سطح یکی از نمونه ها بپاشید. هنگامی که رسوب محلول کلرید نقره به رنگ سفید درامد و قابل مشاهده شد ( حدود 15 دقیقه بعد ) عمق نفوذ را با استفاده از کولیس یا خط کش مناسب اندازه بزنید.

اندازه­گیری را از فاصله 10 میلیمتری هر لبه شروع کنید. 7 عمق را با دقت 1/0 اندازه بزنید .

در صورتی که کرمو شدگی یا حباب منجر به نفوذ خیلی بلند تر شد، بهتر است در این محل اندازه گیری انجام نشود. این موضوع را در گزارش ذکر کنید.

روش محاسبه نرخ نفوذ یون کلر

ضریب مهاجرت در شرایط ناپایدار با استفاده از فرمول زیر محاسبه می­شود:

D_{nssm :} ضریب مهاجرت در شرایط ناپایدار، برحسب ^–10¹² متر مربع بر ثانیه

U: مقدار مطلق ولتاژ بکار گرفته شده/ اعمال شده بر حسب ولت

T : مقدار میانگین دماهای اولیه و نهایی در محلول آنولیت، برحسب درجه سیلسیوس

L : ضخامت آزمونه برحسب میلی متر

X_d :  عمق نفوذ، برحسب میلی متر

t : مدت آزمون برحسب ساعت