خوردگی و تاثیرات آن بر روی مهار یا مسلح‌کننده‌های انکراژ

برای اطمینان از ماندگاری و دوام بلند مدت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)، محافظت اجزاء فلزی تاندون در مقابل خوردگی ضروری است. محافظت تاندون مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) در مقابل خوردگی، مشتمل بر محافظ فیزیکی تک لایه یا چند لایه است که تاندون را از محیط خورنده اطراف مصون می­دارد. این لایه­های محافظ شامل کاور، ترکیبات ضد خوردگی، غلاف، کپسوله کردن، پوشش اپوکسی، و دوغاب می­باشد. انتخاب نوع محافظ­ فیزیکی به عمر سازه (موقت یا دائم)، میزان خورندگی محیط، عواقب گسیختگی سیستم مهارکوبی (یا مسلح شده به روش انکراژ)، و هزینه­های اضافی تامین محافظت از خوردگی در سطوح بالاتر بستگی دارد.

  • مکانیزم خوردگی فلز

خوردگی یک واکنش الکتروشیمیایی است که بین فلز پایه، اکسیژن، و آب رخ می­دهد. طی این پروسه فلز به حالت اکسید شده طبیعی خود تغییر حالت می­دهد. در مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها، خوردگی بیشتر در مورد تاندون­های فولادی رایج است که به طور ناصحیح در سایت گارکاه نگهداری و انبار می­شوند. واکنشی منتهی به خوردگی گالوانیک جزء مواردی است که کمتر رخ می­دهد. طی این واکنش که در محیط­های الکترولیتی رخ می­دهد، بخشی از فلز تاندون کنده شده و همراه با جریان­های الکتریکی موجود، به موقعیت دیگر، یا به شی فلزی دیگری که در نزدیکی قرار دارد مهاجرت می­کند. احتمال وقوع این پدیده در شرایط زیر وجود دارد:

  • انتقال داخل تاندونی- یعنی انتقال از یک گوشه تاندون به گوشه­ای دیگر از همان تاندون
  • زمانیکه فولاد تاندون و یک شی فولادی دیگر در نزدیکی هم باشند
  • استقرار فولاد تاندون در خاک­های هوازده (خاک­های بالاتر از سطح آب زیرزمینی و خاکریزهای مهندسی و ماسه­ها) و در خاک­های غیر هوازده (خاک­های پایین­تر از آب زیرزمینی و در رس­ها)

خوردگی می­تواند زمانی رخ دهد که تغییرات و نوسانات قابل توجهی در زمین در امتداد مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها وجود دارد، بویژه تغییر در مقدار PH و مقاومت ویژه خاک. پتانسیل زوال فلز در اثر خوردگی در محیط­های زیر بسیار بالاست:

  • خاک­هایی نزدیک سطح آب زیرزمینی
  • خاک­هایی با PH پایین
  • خاک­هایی با تمرکز زیاد یون­های خورنده همچون کلریدها یا سولفیدها
  • زمین­هایی که جریان­های الکتریکی نشتی در آنها وجود دارد
  • انواع خوردگی برای تاندون­های فلزی پیش­تنیدگی

خوردگی فولادهای پیش­تنیدگی را می­توان به 6 نوع اصلی زیر طبقه­بندی نمود:

  • خوردگی عمومی
  • خوردگی موضعی یا pitting
  • خوردگی تنشی یا تردشدگی هیدروژنی (stress corrosion/hydrogen embrittlement)
  • خوردگی ناشی از خستگی (fatigue)
  • خوردگی در اثر جریان­های الکتریکی نشتی
  • خوردگی در اثر حمله باکتری­ها و مواد شیمیایی

سه مورد آخر فقط برای بارگذاری­های ویژه یا شرایط زمین خاص در نظر گرفته می­شود.

خوردگی فولادهای پیش­تنیدگی محافظت نشده معمولاً در طی دوره انباشت و نگهداری و در قالب خوردگی عمومی شروع می­شود. خوردگی عمومی حجم کمی از فلز را شامل می­شود. اما، خوردگی عمومی می­تواند به خوردگی موضعی یا تردشدگی هیدروژنی منجر شود که آنها به نوبه خود می­توانند موجب گسیختگی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) شوند (طبق گزارشات موجود- FIP, 1986).

خوردگی عمومی به شکل لایه­ای نازکی از اکسید و زنگار رخ می­دهد که بطور یکنواخت روی سطح تاندون فولاد پیش­تنیدگی لخت و محافظت نشده را می­پوشاند. این نوع از خوردگی اغلب روی تاندون­های فولادی مشاهده می­شود که در طی دوره انبارداری در سایت، لخت و بی حفاظ در محیط آزاد در تماس با هوا رها شده­اند. اگر زمان مجاورت با هوای آزاد کوتاه باشد یا محافظت­های کافی صورت پذیرد، معمولاً خوردگی عمومی فقط لایه بسیار نازک و ناچیزی از فلز را درگیر می­کند. در مجموع، یک لایه سبک و نازک زنگار را نمی­توان آسیب جدی برای تاندون تلقی نمود. مهندس ناظر می­تواند براحتی با مالیدن دست و پارچه بخشی از زنگار سطحی را پاک نموده و تشخیص دهد که آیا سطح فولاد دچار سوراخ­های ریز و ترک شده است یا نه؟. تاندون­های با زنگار سبک را می­توان بدون نیاز به پاکسازی زنگار داخل گمانه قرار داد.

خوردگی موضعی بصورت حفرات ریز و درشت یا درز و شکاف در یک یا چند محل روی فولاد محاظفت نشده نمود می­کند. در زمین­های بسیار خورنده، فولاد محافظت نشده ممکن است فقط طی چند هفته تماس با هوای آزاد دچار حفرات و ترک­های بسیار شدید شود. کپسوله نمودن کامل تاندون در خاک­های خورنده و مهاجم برای محافظت از خوردگی موضعی ضروری است.

تردشدگی هیدروژنی (خوردگی تنشی) منحصر به المان فولادی با مقاومت بالاست که به شکل ترک در فولاد در محل حفرات بروز می­کند. در زمان شکل­گیری و پیشروی خوردگی تنشی، تنش­های کششی موجود در فولاد متمرکز می­شوند. این تمرکز تنش می­تواند موجب ترک و شکاف شود. در ادامه ترک و شکاف می­تواند بداخل فلز سالم و بدون زنگار زیر حفرات پیش رود. با گذر زمان، ترک­ها ممکن است تا عمق زیاد و قابل توجهی بداخل فلز پیشروی کنند که منتج به گسیختگی فلز پیش­تنیدگی می­شود. حفره­ها یا ترک­های موجود در سطح تاندون دلیل کافی برای رد کردن و عدم پذیرش تاندون می­باشند.

“خوردگی خستگی” تحت بارگذاری چرخه­ای شکل می­گیرد. در این حالت خوردگی از محل و شکل اولیه خود پیشروی نموده و به ترک خوردگی تاندون فولادی منتهی می­گردد. این نوع از خوردگی نسبتاً غیر معمول بوده و رایج نیست، چرا که بیشتر مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها در معرض بارگذاری چرخه­ای شدید نیستند.

خوردگی در اثر جریانات نشتی به شکل حفره در فولاد پیش­تنیدگی زمانی رخ می­دهد که فولاد به مدت طولانی در معرض جریانات نشتی الکتریکی باشد. جریانات نشتی در زمین، ناشی از تخلیه جریان الکتریکی مستقیم از منابع نیرو همچون ریل­های الکتریکی، خطوط انتقال برق، و عملیات جوشکاری باشد. این جریانات در محیط­های دریایی و خیس بسیار مخرب هستند. البته منابع برق با فاصله بیش از 30 الی 60 متر از مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها نمی­تواند موجب پدید آمدن خوردگی جریانات نشتی قابل­توجه شود (FHWA-SA-96-072, 1995). محافظت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها از خوردگی در اثر جریانات نشتی معمولاً شامل ایزولاسیون کامل الکتریکی فولاد با استفاده از محافظ­های نارسانا مثل پلاستیک می­شود.

خوردگی در اثر حمله باکتری­ها به شکل حفره در فولاد پیش­تنیدگی محافظت نشده رخ می­دهد. پتانسیل این نوع خوردگی در زمین­های باتلاقی و رس­های سولفاته واقع در زیر تراز آب زیرزمینی بالاست. زمینی با این شرایط، خورنده محسوب می­شود و بنابراین بایستی از تاندون­های کپسوله شده در این نوع زمین­ها استفاده شود. مباحث تکمیلی در خصوص اثرات خوردگی فولاد پیش­تنیدگی در FHWA-RD-82-047 (1982) آمده است.