محققان دانشگاه تهران با استفاده از پوشش نانوکامپوزیتی، موفق به افزایش استحکام و طول عمر سازه‌های بتنی شدند. استفاده از این پوشش که دارای خاصیت خود ترمیمی است، سبب کاهش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری این سازه‌ها به ویژه در محیط‌های دریایی خواهد شد.
دانشگاه تهران: کاهش تخریب آرماتورهای فولادی در سازه‌های بتنی
در کلیه‌ی صنایع و امور عمرانی، وجود زیرساخت بتنی امری ضروری است. خوردگی آرماتورهای فولادی موجود در بتن به مرور زمان منجر به نابودی یک مجموعه‌ی عظیم بتنی می‌گردد. این پدیده معضلی اجتناب ناپذیر در سازه‌های بتنی است و در خصوص سازه‌های غوطه‌ور در آب‌های دریایی تشدید می‌شود. از این رو حفاظت از آرماتورهای موجود در این بتن‌های آرمه حائز اهمیت بسیاری است. در این پژوهش تلاش شده تا راهکاری در این زمینه ارائه شود.
صادق پورعلی، دانشجوی دکترای مهندسی مواد، در خصوص اهمیت تحقیقات انجام شده عنوان کرد: «وقوع خوردگی در سطح آرماتور منجر به ترک خوردن بتن می‌شود. این موضوع علاوه بر تخریب زیرساخت بتنی، شرایط را برای خوردگی بیشتر آرماتور نیز مهیا می‌کند. پیشگیری از این پدیده‌ی مخرب، می‌تواند صرفه‌جویی اقتصادی زیادی را به همراه داشته باشد. تلاش ما در جهت کاهش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری، از طریق کاهش امکان خوردگی آرماتور در محیط‌های به شدت خورنده نظیر محیط‌های دریایی بوده است.»
برای دستیابی به این هدف، این محققان از پوشش نانوکامپوزیتی با ویژگی خودترمیم‌شونده استفاده نمودند. بر اساس نتایج حاصل شده، این پوشش مقاومت به خوردگی منحصر به فردی را ایجاد می‌کند، به گونه‌ای که میزان کاهش استحکام بیرون‌کشی آرماتور بعد از گذشت ۶ ماه غوطه‌وری در آب دریا در مقایسه با نمونههای معمولی، بسیار ناچیز است.
به گفته‌ی پورعلی، در ساخت این پوشش از نانوکامپوزیت اپوکسی حاوی نانوذرات پلی‌آنیلین ناخالص شده با اسید کامفورسولفونیک استفاده شده که قابلیت حفاظت آرماتورهای فولادی در محیط‌های کلریدی را دارد. کیفیت این نانوکامپوزیت به روش‌های FTIR و TEM مورد بررسی و تأیید قرار گرفته است. همچنین ارزیابی عملکرد خوردگی آرماتورها (OCP و EIS) و استحکام بیرون‌کشی آن‌ها (Pull-Out Strength) در بازه‌ی زمانی یکساله انجام شده است. در این بررسی‌ها آرماتورهای فولادی بدون پوشش، با پوشش اپوکسی خالص و پوشش خودترمیم شونده در بتن‌های معمولی و خود متراکم شونده تعبیه شدند.
نتایج آزمون‌ها حاکی از آن است که پس از گذشت ۶ ماه، مقاومت در برابر خوردگی در نمونه‌ی شاهد و نمونه‌ی دارای پوشش اپوکسی، رفته رفته کاهش می‌یابد. این در حالی است که در نمونههای دارای پوشش نانوکامپوزیتی خودترمیم شونده، این روند کاهشی به صورت یکنواخت نبوده و عملاً مقاومت به خوردگی بسیار بالاتری در این نمونه‌ها مشاهده می‌شود.
پورعلی در توضیح این اثر گفت: «استفاده از نانوذرات پلی‌آنیلین/کامفورسولفونات (عامل خودترمیمی) منجر شده که حتی در غلظت‌های کم نیز، این ذرات در تمام نقاط نانوکامپوزیت حضور داشته باشند. بدینسان، می‌توان ادعا نمود که در صورت بروز خوردگی در هر موضعی، نانوذرات پلی‌آنیلین/کمفورسولفونات برای متوقف نمودن واکنش‌های خوردگی حضور دارند. واقعیتی که به هنگام استفاده از این ذرات در مقیاس میکرو محقق نمی‌شود.»
این تحقیقات از همکاری صادق پورعلی، دکتر چنگیز دهقانیان- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران- و علی کوثری- کارشناس ارشد مهندسی خوردگی- حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ی Corrosion Science (جلد ۹۰، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۳۹ تا ۲۴۷) منتشر شده است.
صادق پورعلی، دانشجوی دکترای مهندسی مواد، در خصوص اهمیت تحقیقات انجام شده عنوان کرد: «وقوع خوردگی در سطح آرماتور منجر به ترک خوردن بتن می‌شود. این موضوع علاوه بر تخریب زیرساخت بتنی، شرایط را برای خوردگی بیشتر آرماتور نیز مهیا می‌کند. پیشگیری از این پدیده‌ی مخرب، می‌تواند صرفه‌جویی اقتصادی زیادی را به همراه داشته باشد. تلاش ما در جهت کاهش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری، از طریق کاهش امکان خوردگی آرماتور در محیط‌های به شدت خورنده نظیر محیط‌های دریایی بوده است.»
برای دستیابی به این هدف، این محققان از پوشش نانوکامپوزیتی با ویژگی خودترمیم‌شونده استفاده نمودند. بر اساس نتایج حاصل شده، این پوشش مقاومت به خوردگی منحصر به فردی را ایجاد می‌کند، به گونه‌ای که میزان کاهش استحکام بیرون‌کشی آرماتور بعد از گذشت ۶ ماه غوطه‌وری در آب دریا در مقایسه با نمونههای معمولی، بسیار ناچیز است.
به گفته‌ی پورعلی، در ساخت این پوشش از نانوکامپوزیت اپوکسی حاوی نانوذرات پلی‌آنیلین ناخالص شده با اسید کامفورسولفونیک استفاده شده که قابلیت حفاظت آرماتورهای فولادی در محیط‌های کلریدی را دارد. کیفیت این نانوکامپوزیت به روش‌های FTIR و TEM مورد بررسی و تأیید قرار گرفته است. همچنین ارزیابی عملکرد خوردگی آرماتورها (OCP و EIS) و استحکام بیرون‌کشی آن‌ها (Pull-Out Strength) در بازه‌ی زمانی یکساله انجام شده است. در این بررسی‌ها آرماتورهای فولادی بدون پوشش، با پوشش اپوکسی خالص و پوشش خودترمیم شونده در بتن‌های معمولی و خود متراکم شونده تعبیه شدند.
نتایج آزمون‌ها حاکی از آن است که پس از گذشت ۶ ماه، مقاومت در برابر خوردگی در نمونه‌ی شاهد و نمونه‌ی دارای پوشش اپوکسی، رفته رفته کاهش می‌یابد. این در حالی است که در نمونههای دارای پوشش نانوکامپوزیتی خودترمیم شونده، این روند کاهشی به صورت یکنواخت نبوده و عملاً مقاومت به خوردگی بسیار بالاتری در این نمونه‌ها مشاهده می‌شود.
پورعلی در توضیح این اثر گفت: «استفاده از نانوذرات پلی‌آنیلین/کامفورسولفونات (عامل خودترمیمی) منجر شده که حتی در غلظت‌های کم نیز، این ذرات در تمام نقاط نانوکامپوزیت حضور داشته باشند. بدینسان، می‌توان ادعا نمود که در صورت بروز خوردگی در هر موضعی، نانوذرات پلی‌آنیلین/کمفورسولفونات برای متوقف نمودن واکنش‌های خوردگی حضور دارند. واقعیتی که به هنگام استفاده از این ذرات در مقیاس میکرو محقق نمی‌شود.»
این تحقیقات از همکاری صادق پورعلی، دکتر چنگیز دهقانیان- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران- و علی کوثری- کارشناس ارشد مهندسی خوردگی- حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ی Corrosion Science (جلد ۹۰، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۳۹ تا ۲۴۷) منتشر شده است.
