بتن‌آرمه یا مسلح، یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی است که به‌وسیله میلگرد یا میلگرد گالوانیزه، مسلح شده است. پل‌های بزرگراه، پارکینگ‌ها، خانه‌ها، ساختمان‌های اداری و بسیاری دیگر از ساختمان‌هایی که می‌شناسیم از بتن‌آرمه، ساخته‌شده‌اند.
در بسیاری از این موارد، میلگردهای فولادی که در بتن به‌منظور افزایش مقاومت کششی آن به کار می‌روند، نیازی به لایه‌های محافظ برای حفاظت در برابر خوردگی، ندارند. محیط بسیار قلیایی بتن، یک لایه اکسید نازک را بر روی سطح فولادی این میلگردها تشکیل می‌دهد. این لایه، فولاد را در برابر خوردگی غیرفعال و درواقع، محافظت می‌کند. به این فرآیند، غیرفعال‌سازی می‌گویند.
بااین‌حال، در بسیاری از موارد نیز غیرفعال‌سازی، خوب کار نمی‌کند یا اصلاً اتفاق نمی‌افتد. در اینجا، میلگرد گالوانیزه به‌عنوان یک راه‌حل، مطرح می‌شود. میلگرد گالوانیزه از یک پوشش فلز روی برای مقابله با خوردگی، بهره می‌برد.
در این مقاله، میلگرد گالوانیزه را به‌طور همه‌جانبه، بررسی می‌کنیم. به این منظور با تعریف میلگرد گالوانیزه و ضرورت استفاده از آن شروع می‌کنیم. سپس، انواع محافظت فلز روی را بررسی کرده و شرح می‌دهیم که فلز روی، چگونه از لایه زیرین خود محافظت می‌کند.
به‌منظور درک چگونگی واکنش پوشش گالوانیزه در مجاورت بتن، بخشی از مقاله را هم به این موضوع اختصاص داده‌ایم. پس‌ازآن، مشخصات شیمیایی و فیزیکی میلگرد گالوانیزه در مقایسه با میلگرد معمولی را بررسی کرده‌ایم. در ادامه، ملاحظاتی را که باید در هنگام کار کردن با میلگرد گالوانیزه در نظر داشته باشیم، آورده‌ایم. مهم‌ترین این ملاحظات در مورد خم کردن میلگرد است که آن را مفصل‌تر توضیح داده‌ایم.
انواع روش‌های تولید میلگرد گالوانیزه ، کاربردها و ویژگی‌ها و دیگر پدیده‌های شیمیایی که برای این میلگرد در بتن، اتفاق می‌افتند از دیگر موضوعات این مقاله هستند. در پایان این مقاله، اطلاعات جامعی در خصوص میلگرد گالوانیزه به دست خواهید آورد.
تعریف میلگرد گالوانیزه و حفاظت کاتدی آن
همان‌طور که در مقدمه گفته شد پدیده غیرفعال‌سازی در بسیاری از شرایط اتفاق نمی‌افتد. برخی از این شرایط عبارت‌اند از:
• بتن دارای ترک، شکاف، حفره‌های شن و پوسیدگی است.
• محیط قلیایی بتن، خنثی شده است (پدیده کربناسیون).
• کلریدها به بتن نفوذ کرده‌اند (مانند محیط‌های دریایی).
این پدیدها، اغلب در بیرونی‌ترین قسمت ساختمان یا سازه فولادی اتفاق می‌افتند. این عیوب به علت افزایش نمک و ناخالصی‌های محیطی به وجود می‌آیند و در سال‌های اخیر به دلیل افزایش آلودگی‌های محیطی، بیشتر شده‌اند. درصورتی‌که خوردگی در آرماتور اتفاق بیفتد، تعمیر آن بسیار دشوار و هزینه‌بر است. به همین منظور، برای چنین ساختمان‌هایی از میلگرد گالوانیزه استفاده می‌شود.
فولاد گالوانیزه، فولادی است که از یک لایه محافظ از فلز روی، پوشانیده شده است. پوشش روی به‌عنوان مانعی در برابر عناصر خورنده عمل می‌کند که میلگرد در هنگام قرار گرفتن در بتن در معرض آن‌ها قرار می‌گیرد.
فلز روی مدت‌های مدیدی است که به‌عنوان آند برای قربانی شدن در برابر خوردگی در بدنه کشتی‌ها، سازه‌های بندرها، آب‌انبارها و دیگر سازه‌های فولادی به کار می‌رود.
علاوه بر این، نوع دیگری از محافظت نیز در میلگرد گالوانیزه اتفاق می‌افتد که حفاظت کاتدی نام دارد. در این حفاظت، فلز روی در تماس با فولاد کمی خورده می‌شود. به‌این‌ترتیب، همان فرآیند طبیعی غیرفعال‌سازی که می‌بایست در شرایط طبیعی حضور میلگرد در بتن اتفاق بیفتد، اتفاق افتاده و فولاد در برابر خوردگی، محافظت می‌شود.
پوشش گالوانیزه، ویژگی‌های مطلوب دیگری نیز در هنگام تعبیه در بتن از خود نشان می‌دهد که آن را به یک ماده پوششی مؤثر برای مقاومت در برابر خوردگی، تبدیل می‌کند.
همان‌طور که گفته شد، خوردگی میلگرد، عمدتاً در مناطق بیرونی سازه بتنی اتفاق می‌افتد. به‌این‌ترتیب، سازه‌های باریک بیشتر از سازه‌هایی که لایه‌های ضخیم‌تری از بتن دارند در معرض این خطر قرار دارند. به همین دلیل در سازه‌های باریک فولادی، استفاده از میلگرد گالوانیزه متداول‌تر است.
از بین پوشش‌های فلزی ضد خوردگی موجود برای میلگرد، میلگرد گالوانیزه شده با روش گالوانیزه گرم، بادوام‌ترین و ازنظر فنی، مناسب‌ترین پوششی است که تاکنون کشف شده است. این روش سال‌هاست که در سراسر جهان، مورداستفاده قرارگرفته و در سخت‌ترین شرایط آب و هوایی هم عملکرد خوبی از خود به نمایش گذاشته است.
مطالعات و مشاهدات انجام‌شده از میلگرد گالوانیزه مؤید نتایج زیر است:
• در اولین ساعات ریخته شدن بتن روی میلگرد، خوردگی فلز روی آغازشده و با فعال شدن لایه محافظت کاتدی، متوقف می‌شود. به‌این‌ترتیب، فولاد، غیرفعال شده و ازآن‌پس در برابر خوردگی مقاوم خواهد بود.
• در این فرآیند در حدود دو الی پنج میلی‌متر از ضخامت فلز روی کم می‌شود.
• در هنگام برش، جوشکاری یا وارد شدن آسیب فیزیکی به میلگرد گالوانیزه نیز فلز روی به‌عنوان محافظ کاتدی عمل می‌کند.
• درگیری و چسبندگی بین میلگرد گالوانیزه و فولاد بالاست. ریزش بتن، بسیار کمتر از معمول مشاهده می‌شود.
• تغییرات کیفیت بتن مسلح به میلگرد گالوانیزه ، نسبت به بتن‌آرمه معمولی، کمتر است.
• با استفاده از پوشش گالوانیزه برای میلگرد، می‌توان پوشش بتنی را کمی نازک‌تر کرد.
• از بتن مسلح به میلگرد گالوانیزه در محیط‌های اصطلاحاً تهاجمی که در آن‌ها درصد مواد آلاینده خورنده بسیار بیشتر است، با اطمینان بیشتری می‌توان استفاده کرد.
• تغییرات رنگ نما که معمولاً به علت خورگی ایجادشده در میلگرد خوابیده در بتن اتفاق می‌افتد، با پوشش گالوانیزه برای میلگرد، کمتر پیش می‌آید.
بسیاری از افراد و سازنده‌های پروژه‌های ساختمانی، میلگرد گالوانیزه را یک هزینه اضافی می‌پندارند. این در حالی است که اگر هزینه تعمیرات و خسارات ناشی از خورده شدن میلگرد را در نظر بگیریم، این هزینه ناچیز به نظر می‌آید. در بسیاری از کشورها، استفاده از میلگرد گالوانیزه یک قانون و اجبار برای سازندگان محسوب می‌شود.
عملکرد میلگرد گالوانیزه در بتن
بتن، عمدتاً از مخلوط سنگ‌دانه، پودر سیمان و آب تشکیل‌شده است. دو جزء آخر، خمیر سیمان را تشکیل می‌دهند که پس از مدت کمی که از ریخته شده بتن گذشت، در فرآیندی به نام هیدراتاسیون، سخت می‌شود.
همان‌طور که خمیر سیمان، سخت می‌شود، سنگ‌دانه‌ها مانند یک شبکه به هم می‌چسبند که به بتن توانایی تحمل بار و دوام لازم را می‌دهد. آب، باعث می‌شود که منافذی، حاوی ماده‌ای ژل‌مانند در شبکه بتن ایجاد شود. گازهای آلاینده جو و آب باران، می‌توانند از طریق این منافذ به ساختار بتن، نفوذ کنند. به‌این‌ترتیب، آب باقی‌مانده در این منافذ با مواد شیمیایی بتن، اشباع شده و یک محیط بسیاری قلیایی با PH 12.5 را ایجاد می‌کند. این عدد به نوع پودر سیمان بستگی دارد.
میلگرد تقویت کننده‌ای که درون بتن قرار می‌گیرد، تحت این محیط قلیایی، غیرفعال می‌شود. بااین‌حال، گاهی گازهای جوی، شامل دی‌اکسید کربن و دی‌اکسید گوگرد در منافذ ذکرشده نفوذ کرده و باعث اسیدی شدن محیط آن می‌شوند. به این فرآیند، کربناته شدن می‌گویند که یکی از دلایل اصلی استفاده از میلگرد گالوانیزه محسوب می‌شود.
حداقل PH موردنیاز برای غیرفعال شدن یا اصطلاحاً به خواب رفتن میلگرد 11.5 است. با رد شدن PH محیط از این مقدار، فولاد شروع به زنگ‌زدن می‌کند. حاصل چنین فرآیندی، افزایش تدریجی حجم میلگرد است. این افزایش حجم، باعث وارد شدن فشار و تنش بیشتر به بتن اطراف شده و ترک خوردن و ریزش آن را سبب می‌شود.
علاوه بر کاهش PH و کربناته شدن، اتفاق دیگری نیز برای میلگرد گالوانیزه نشده می‌افتد و آن، آزاد شدن یون‌های کلرید است. این یون‌ها از محیط اطراف سازه در منافذ ژله‌ای ذکرشده، وارد و در آن حل می‌شوند. به این طریق، آن‌ها هم به سطح میلگرد نفوذ کرده و تخریب بیشتری را سبب می‌شوند. به این فرآیند، کلریداسیون می‌گویند.
روند و سرعت تخریب میلگرد گالوانیزه نشده به عوامل متعددی بستگی دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
• میزان آلودگی محیط به عوامل خورنده
• چرخه‌های مرطوب و خشک شدن، مانند بارندگی
• تخلخل و ترکیب شیمیایی بتن
• حجم سازه بتنی
• طول میلگرد
• عمق پوشش میلگرد تعبیه‌شده
فلز روی چگونه از میلگرد در بتن محافظت می‌کند؟
همان‌طور که گفته شد عاملی که از خوردگی میلگرد گالوانیزه در بتن جلوگیری می‌کند، پوشش فلز روی (Zink) اعمال‌شده در فرآیند گالوانیزه، روی میلگرد است؛ اما ببینیم این پوشش، چگونه این کار را انجام می‌دهد.
همان‌طور که در بخش قبل خواندیم، یکی از عواملی که باعث خوردگی میلگرد می‌شود؛ کلر و فرآیند کلریداسیون است. هر فلزی مقاومتی در برابر کلر دارد که به آن آستانه کلرید، می‌گویند. اولین تأثیر گالوانیزه این است که فلز روی، آستانه کلرید فولاد را بسیار بالاتر می‌برد. این آستانه در میلگرد گالوانیزه ، دو الی چهار برابر میلگرد معمولی است.
علاوه بر این، فلز روی، محدوده غیرفعال بودن بیشتری نسبت به فولاد دارد. به این معنی که در PH های بسیار کمتر از 11.5 نیز غیرفعال می‌ماند. این عدد تا 9.5 کاهش می‌یابد. به‌این‌ترتیب، میلگرد گالوانیزه در برابر کربناته شدن نیز مقاومت بیشتری پیدا می‌کند. درصورتی‌که از میلگرد گالوانیزه گرم استفاده شود، این مقاومت به‌مراتب افزایش می‌یابد. گالوانیزه گرم را در بخش‌های بعدی توضیح می‌دهیم.
بیشتر بدانید: با گالوانیزه گرم مقاطع فولادی آشنا شوید
شواهد نشان می‌دهند که میلگرد گالوانیزه در محیط‌هایی که بیش از 1.5 درصد از وزن آن‌ها را کلرید تشکیل می‌دهند نیز به‌خوبی عمل می‌کنند. مسلماً، هرچه درصد کلرید محیط بیشتر باشد، طول عمر پوشش گالوانیزه نیز کاهش پیدا می‌کند. این در حالی است که میلگرد معمولی در محیط‌های بسیار آلوده، نه‌تنها دچار خوردگی معمولی بلکه دچار خوردگی حفره‌ای نیز می‌شود.
مورد سوم این است که حتی وقتی روی شروع به خوردگی می‌کند، نرخ یا سرعت خوردگی آن به‌طور قابل‌توجهی، بسیار کمتر از فولاد است.
واکنش اولیه فلز روی در بتن تازه
فلز روی که روی سطح میلگرد گالوانیزه وجود دارد با بتن مرطوب، واکنش داده و هیدروکسی زینکات کلسیم را همراه با تکامل هیدروژن، تشکیل می‌دهد. این ماده که حاصل نوعی خوردگی اولیه است، نامحلول بوده و از لایه زیرین محافظت می‌کند.
تحقیقات نشان داده است که در طول این واکنش اولیه تا زمانی که پوشش فلز روی کاملاً غیرفعال و بتن سخت شود، مقداری از لایه فلز روی، حل می‌شود. این واکنش پس از مدتی متوقف‌شده و می‌تواند تا ده‌ها سال، غیرفعال بماند.
چرا میلگرد گالوانیزه یکپارچگی بتن را حفظ می‌کند؟
پودری که براثر خوردگی فلز روی بر روی سطح میلگرد گالوانیزه، تولید می‌شود، حجم بسیار کمی دارد. به‌این‌ترتیب، آن‌ها به‌راحتی می‌توانند به داخل بدنه بتن مجاور میلگرد، نفوذ کنند. درنتیجه، اختلال فیزیکی ایجادشده براثر خوردگی فلز روی، در مقایسه با خوردگی فولاد، بسیار ناچیز و با تأثیر حداقلی است.
شواهدی نیز وجود دارند که نشان می‌دهند، انتشار مواد حاصل از خوردگی فلز روی در بتن به پر کردن منافذ میان بتن و میلگرد، کمک می‌کند. به‌این‌ترتیب، این ناحیه کمتر نفوذپذیر می‌شود. همچنین، این مواد پوششی ایجاد می‌کنند که انتقال مواد خورنده مهاجمی مانند کلرید به سطح میلگرد را کاهش می‌دهد.
پیوند بین میلگرد و بتن
هدف از به کار بردن میلگرد در بتن این است که مقاومت کششی بتن را در برابر عواملی مانند تغییر دما، بالا ببریم. عواملی که بر مقاومت بتن مسلح تأثیر می‌گذارند، عبارت‌اند از:
• قطر میلگرد
• آج‌های روی میلگرد و شکل و میزان پیچیدگی آن‌ها
• جهت‌گیری میلگرد درون بتن
• کیفیت پوشش بتن روی میلگرد
در این میان، عاملی که می‌تواند در میلگرد گالوانیزه تحت تأثیر قرار گیرد، آج‌های میلگرد هستند. مطالعات مربوط به پیوند میلگرد گالوانیزه در بتن نشان می‌دهد که ایجاد پیوند با استحکام مشابه میلگرد سیاه یا معمولی، برای میلگرد گالوانیزه زمان بیشتری می‌برد. بااین‌حال، پس‌ازاین مدت‌زمان، قدرت پیوند ایجادشده، کاملاً مشابه پیوند میلگرد معمولی با بتن، خواهد بود. این مدت‌زمان حداکثر 28 روز است که به دوره 28 روزه بتن نیز معروف است.
در پاره‌ای موارد حتی دیده شده است که استحکام پیوند بین میلگرد گالوانیزه و بتن در مقایسه با میلگردهای سیاه معمولی، بیشتر نیز می‌شود. بااین‌حال، این مقدار به‌اندازه نیست که بتوان با اطمینان روی آن در محاسبات مربوط به استحکام بتن، حساب کرد؛ بنابراین، همواره استحکام پیوند این دو میلگرد با بتن، یکسان فرض می‌شود.
در مورد لغزش میلگرد درون بتن نیز آزمایش‌ها نشان می‌دهند که در مورد بارهای متوسط، لغزش میلگرد گالوانیزه در بتن در مقایسه با میلگردهای معمولی، کاهش قابل‌ملاحظه‌ای دارد.
به‌این‌ترتیب، فلز روی اعمال‌شده روی میلگرد گالوانیزه ، نه‌تنها از آن در برابر خوردگی محافظت می‌کند؛ بلکه باعث محکم‌تر شدن پیوند بین میلگرد و بتن می‌شود.
مشخصات مکانیکی میلگرد گالوانیزه
مشخصات مکانیکی هر میلگرد، شامل موارد زیر می‌شود:
• شکل‌پذیری
• مقاومت تسلیم
• استحکام کششی
• انبساط طولی
• مقاومت خستگی
شکل‌پذیری و مقاومت تسلیم میلگرد، برای جلوگیری از شکست بتن در برابر نیروهای خارجی، لازم است. مطالعات انجام‌شده بر روی میلگرد گالوانیزه ، نشان داده است که ویژگی‌های مکانیکی این میلگرد در مقایسه با میلگرد معمولی، تغییرات چندانی ندارند. البته به‌شرط آنکه فولاد مناسبی برای ساخت میلگرد انتخاب شده باشد و فرآیند گالوانیزه نیز صحیح و درست انجام شود.
منظور از فولاد مناسب فولادی است که استحکام آن 250 مگاپاسکال باشد. شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهند، میلگردی که پیش از گالوانیزه شدن، تحت عملیات سرد شدیدی قرارگرفته باشد یا استحکام آن از 400 مگاپاسکال بیشتر باشد، ممکن است توسط گالوانیزه، شکننده شود. بااین‌حال، این مشکل با معرفی میلگردهای ترمومکانیکی مانند TMT و فولادهای میکروآلیاژی برای میلگردهای با استحکام بالا تا حد خوبی، برطرف شده است.
آزمایش‌های انجام‌شده نشان می‌دهند که مقاومت خستگی میلگرد گالوانیزه نسبت به میلگرد معمولی ساخته‌شده از فولاد مشابه، افزایش می‌یابد.
ملاحظاتی در هنگام استفاده از میلگرد گالوانیزه
در هنگام به کار بردن میلگردها در ساختمان گاهی لازم است که آن‌ها با هم دوبل شوند. باید دقت داشته باشیم که تماس میلگردهای معمولی و گالوانیزه با یکدیگر، حداقلی باشد. در چنین مواردی، بهتر است، ضخامت بتن، کمی بیشتر یا حداقل برابر با مواقعی باشد که تنها از میلگرد معمولی، استفاده می‌شود.
این مسئله نه‌تنها در مورد تماس میلگرد گالوانیزه با میلگرد معمولی بلکه اساساً با هر فلز غیرهمسان دیگری هم صادق است. به همین دلیل، لازم است که هر مقطع فلزی که قرار است در مجاورت یا تماس با میلگرد گالوانیزه قرار بگیرد را هم گالوانیزه کرد.
این مقاطع شامل تکیه‌گاه‌ها، بولت‌ها و دیگر لوازم جانبی میلگرد می‌شوند که مستقیماً با آن کوپل می‌شوند. همچنین، سیم‌کش‌ها باید آنیل شده باشند. درصورتی‌که از پلی‌اتیلن و سایر عایق‌ها بین فلزات غیرمشابه استفاده شود، اطمینان بیشتری از عدم خوردگی میلگرد گالوانیزه ، حاصل می‌شود.
خم کردن میلگرد قبل و بعد از گالوانیزاسیون
یکی از نگرانی‌هایی که در مورد میلگرد گالوانیزه وجود دارد، این است که در صورت خم کردن آن، پوشش گالوانیزه ترک بخورد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که درصورتی‌که شعاع خمش کم باشد، این آسیب‌دیدگی به حداقل خواهد رسید. به‌طورکلی، ترک‌خوردگی و عرض آن‌ها به موارد زیر بستگی دارد:
• شعاع خم
• قطر میلگرد
• زاویه خمش
• ضخامت پوشش
هرچه شعاع خمش کمتر باشد، ترک‌های ایجادشده روی سطح گالوانیزه، بزرگ‌تر خواهند بود. همچنین، هرچه ضخامت پوشش بیشتر باشد، شدت ترک‌خوردگی هم بیشتر می‌شود. در مورد زاویه خمش هم باید گفت که در خمش‌های 90 درجه ممکن است، ترک‌هایی در طول میلگرد اتفاق بیفتد.
درصورتی‌که ترک، باعث جدا شدن موضعی پوشش گالوانیزه و فولاد پایه شود، دوام میلگرد گالوانیزه شده به خطر خواهد افتاد. در غیر این صورت، ترک‌ها خطری برای پوشش گالوانیزه نخواهند داشت چراکه فلز روی، همچنان از طریق حفاظت کاتدی از میلگرد، محافظت خواهد کرد.
به دلایل ذکرشده، مشخص است که حتی‌الامکان باید خمش را پیش از گالوانیزه کردن میلگرد، انجام داد. حتی در خصوص خمش پیش از گالوانیزاسیون نیز توصیه می‌شود که تا حد امکان، شعاع خمش بزرگ باشد. به‌این‌ترتیب از پیری سریع فولاد در اثر عملیات سرد، جلوگیری خواهد شد.
روش های گالوانیزه کردن میلگرد
به‌طورکلی، چندین روش برای گالوانیزه کردن میلگرد وجود دارد که آن‌ها را در این بخش بررسی می‌کنیم. در این میان روش گالوانیزه گرم، مشخصات مکانیکی و شیمیایی بهتری را در میلگرد سبب می‌شود. به همین دلیل هم آن را مفصل‌تر شرح خواهیم داد.
گالوانیزه گرم میلگرد
فرآیند گالوانیزه کردن میلگرد، نسبتاً ساده است. این فرآیند با شستشوی میلگرد از انواع آلودگی و چربی، شروع می‌شود. به‌این‌ترتیب که ابتدا مقاطع میلگرد در استخرهایی از مواد شوینده روغن، اکسید و اسید فرو می‌روند.
پس از شستشو و خشک شدن میلگردها نوبت به مرحله اصلی تولید میلگرد گالوانیزه می‌رسد. در این فرآیند، حمامی از فلز روی مذاب درست می‌کنند که دمای آن حدود 460 درجه سانتی‌گراد است. سپس میلگردها را در آن فروبرده و پس از مدتی از آن خارج می‌کنند. واکنش متالورژیکی که در این فراِیند روی سطح میلگرد، اتفاق می‌افتد، سبب پدیده انتشار می‌شود. پدیده انتشار پوششی عمودی از مولکول‌های روی بر سطح میلگرد ایجاد می‌کند.
پس از بازرسی سطح میلگرد و اطمینان از این‌که همه جای آن روی‌اندود شده است، اجازه می‌دهند که میلگرد خنک شود. میلگردی که از وان مذاب خارج می‌شود با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و پوشش نهایی کربنات روی، روی آن تشکیل می‌شود. درنهایت، میلگرد گالوانیزه دارای پوششی چندلایه و مقاوم در برابر خوردگی از روی و آلیاژ آهن و روی خواهد شد.
ظاهر میلگرد گالوانیزه گرم در مقایسه با میلگردهایی که با روش‌های دیگر گالوانیزه شده‌اند، متفاوت است. سطح گالوانیزه شده، الگویی خالدار و کریستالی دارد که به آن الگوی اسفنجی نیز می‌گویند.
سطح میلگرد گالوانیزه ، درواقع از واکنش متالورژیکی آهن و روی تشکیل می‌شود به فولاد زیرین، می‌چسبد. این پوشش از بالا به پایین، دارای چهار بخش زیر است:
• اتا یا Eta: که شامل 100 درصد روی و شاخص سختی 70 DPN است.
• زتا یا Zeta: که شامل 94 درصد روی و شش درصد آهن و شاخص سختی 179 DPN است.
• دلتا یا Delta: که شامل 90 درصد روی و 10 درصد آهن و شاخص سختی 244 DPN است.
• گاما یا Gama: که شامل 75 درصد روی و 25 درصد آهن و شاخص سختی 250 DPN است.
پس از لایه گاما، خود فولاد میلگرد است که سختی آن هم معمولاً 159 DPN است.
سایر روش های گالوانیزه کردن میلگرد
همان‌طور که گفته شد، روش‌های متعددی برای گالوانیزه کردن میلگرد وجود دارند. یکی از آن‌ها که گالوانیلینگ نام دارد به روشی گفته می‌شود که در آن میلگرد گالوانیزه شده با روش گالوانیزه گرم تحت فرآیندی به نام آنیل یا بازپخت، قرار می‌گیرد. حاصل این فرآیند، سطحی بسیار مات است که برای جوشکاری و رنگ‌آمیزی، مناسب است. در این فرآیند، دمای بازپخت، حدود 540 درجه سانتی‌گراد است.
روش دیگر، پیش گالوانیزه نام دارد. در این روش، پس از تمیز شدن میلگرد، آن را به‌سرعت از وان روی مذاب، عبور می‌دهند. حسن این روش این است که پوشش یکپارچه‌تری نسبت به گالوانیزه گرم، ارائه می‌دهد.
آخرین روش نیز الکتروگالوانیزه، نام دارد. در این روش، به‌جای روی مذاب، میلگرد را در یک محلول الکترولیت فلز روی، فرو می‌برند. سپس با اعمال جریان الکتریکی به آب، یون‌های روی جداشده و به سطح میلگرد، می‌چسبند.
پدیده تکامل هیدروژن
هنگامی‌که میلگرد گالوانیزه در تماس با سیمان مرطوب قرار می‌گیرد، تشکیل کلسیم هیدروکسی زینکات در سطح میلگرد با تکامل حباب‌های گاز هیدروژن همراه می‌شود. ازآنجاکه، این واکنش تنها پس از چند ساعت، متوقف می‌شود، تنها مقادیر کمی هیدروژن هم تولید می‌شود.
این پدیده در مورد بتن‌های سبک که سنگ‌دانه‌های درشت کمتری دارند، ممکن است، مشکلاتی ایجاد کند. به‌این‌ترتیب که حباب‌های هیدروژن، ممکن است از داخل پوشش بتنی به سطح آن نفوذ کرده و ظاهر ناخوشایندی به آن بدهند. البته، این پدیده تأثیری روی استحکام پیوند بین میلگرد گالوانیزه و بتن، ندارد.
تصفیه میلگرد گالوانیزه
به‌منظور جلوگیری از این مشکل، میلگرد گالوانیزه را با انواع مواد شیمیایی که رایج‌ترین آن‌ها نمک‌های کرومات هستند، تصفیه می‌کنند. به این فرآیند، غیرفعال‌سازی کرومات می‌گویند.
روش انجام این فرآیند به این صورت است که میلگردهای تازه گالوانیزه شده را در آب حاوی 0.2 درصد کرومات سدیم یا محلول اسید کرومیک 0.2 درصد، در دمای 32 درجه سانتی‌گراد و حداقل 20 ثانیه غوطه‌ور می‌سازند. درصورتی‌که میلگرد، پس از گالوانیزه، سرد شده باشد، باید به محلول 0.5 الی یک درصد هم اسیدسولفوریک اضافه شود. روش دیگر نیز افزودن دی‌کرومات‌سدیم یا پتاسیم به میزان 70 ppm است.
کاربردها و ویژگی های میلگرد گالوانیزه
در هر ساختمانی بهتر است که از میلگرد گالوانیزه به‌جای میلگرد معمولی، استفاده شود. بااین‌حال ما در اینجا ساختمان‌ها و مواردی که استفاده از این میلگرد در آن‌ها ضروری است را قید می‌کنیم:
• عناصر روکش پیش‌ساخته سبک
• تیر، ستون و دال‌های بتنی
• واحدهای پیش‌ساخته و ساخت‌وسازهای شیب‌دار
• پایه‌ها و ستون‌های در معرض آب‌های زیرزمینی و نوسانات جزر و مدی، مانند سازه‌های در مجاورت دریا
• زیرساخت‌های حمل‌ونقلی ازجمله عرشه پل‌ها، جاده‌ها و بزرگراه‌ها
• سازه‌هایی که در محیط‌هایی با تهاجم بالای مواد شیمیایی خورنده فولاد، ساخته می‌شوند.
• برج‌های خنک‌کننده و دودکش‌ها
• سقف تونل و مخازن ذخیره آب
• اسکله‌ها، سکوها و نرده‌های ساحلی
• تیرهای چراغ‌برق
ویژگی‌های پوشش گالوانیزه
یک میلگرد گالوانیزه ، نسبت به دیگر میلگردهایی که با پوشش‌های اپوکسی در برابر خوردگی محافظت می‌شوند، مزایای متعددی دارد.
اولین مزیت این است که چسبندگی این پوشش، نسبت به دیگر روش‌ها بیشتر است. دلیل این موضوع هم پیوند متالورژیکی روی به فولاد زیرین خود است. این در حالی است که در پوشش‌های اپوکسی، چسبندگی با پیوند همجوشی، ایجاد می‌شود.
مزیت دوم میلگرد گالوانیزه هم این است که لایه‌های آلیاژی روی-آهن از فولاد زیرین، سخت‌تر هستند. به‌این‌ترتیب، این میلگرد در برابر عوامل سایشی، عملکرد بهتری دارد. درنتیجه، می‌توان گفت که میلگرد گالوانیزه ، درست مانند یک میلگرد بدون روکش، نیاز به مراقبت خاصی در حمل‌ونقل و جابجایی ندارد.
باید اضافه کرد که تمامی پوشش‌های ضد خوردگی، به‌غیراز گالوانیزه تا حدی نفوذپذیر هستند. این در حالی است که پوشش گالوانیزه، نفوذناپذیر است. حتی درصورتی‌که براثر ضربه فیزیکی بسیار شدید، بخشی از لایه محافظ از بین برود، لایه اطراف آن محل، همچنان به حفاظت کاتدی خود از میلگرد گالوانیزه ، ادامه خواهد داد.
میلگرد گالوانیزه در کلامی خلاصه
امروزه، بتن یکی از مهم‌ترین مصالح مورداستفاده در ساخت‌وساز است. علی‌رغم مقاومت بالایی که بتن در برابر فشار دارد اما در برابر کشش، عملکرد ضعیفی از خود نشان می‌دهد. به‌منظور تقویت مقاومت کششی بتن از میلگرد استفاده می‌کنند. به‌این‌ترتیب به بتنی که در آن میلگرد به‌کاررفته شده، بتن‌آرمه می‌گویند.
مشکل میلگرد در شکل معمولش، این است که مقاومت پایینی در برابر خوردگی دارد. به همین دلیل در بسیاری از پروژه-ها، میلگرد گالوانیزه به‌عنوان یک راه‌حل، مطرح می‌شود. میلگرد گالوانیزه ، میلگردی است که تحت فرایندهای مختلفی که معروف‌ترین و مؤثرترین آن‌ها گالوانیزه گرم است، قرارگرفته و لایه‌هایی از فلز روی و آلیاژ روی-آهن بر آن تشکیل می‌شود.
لایه‌های تشکیل‌شده به دو روش از فولاد زیرین در برابر خوردگی حفاظت می‌کنند. اولین روش، مانع‌شدن و دومین روش حفاظت کاتدی است. مانع‌شدن به این صورت است که فلز روی به‌طور طبیعی در محیط‌های کم‌قلیا نیز همچنان، غیرفعال مانده و خورده نمی‌شود. حفاظت کاتدی نیز به این صورت است که فلز روی، خود را در برابر عوامل خورنده، پیش از فولاد، فعال کرده و به‌این‌ترتیب، مانع از پیشروی خوردگی و رسیدن آن به سطح فولاد می‌شود.
همان‌طور که در این مقاله گفتیم، ویژگی‌های مکانیکی میلگرد گالوانیزه در مقایسه با میلگردهای معمولی، تفاوت چندانی ندارند و حتی در برخی موارد، بهتر نیز می‌شوند. همچنین، استحکام پیوند بین بتن و میلگرد گالوانیزه نیز چندان تفاوتی با پیوند آن با میلگردهای معمولی، ندارد. البته، به‌شرط آنکه اصول گالوانیزاسیون به‌خوبی رعایت شوند
در این مقاله، همچنین مروری داشتیم بر انواع روش‌های تولید میلگرد گالوانیزه ، کاربردها و انواع فعل‌وانفعالات شیمیایی که در کاشت میلگرد گالوانیزه در بستر فولاد، اتفاق می‌افتند.
بدون دیدگاه