مقاومت الکتریکی بتن و عوامل تاثیرگذار بر آن
توانایی بتن در برابر انتقال یون‌هایی که به محیط بتن وارد می‌شوند و از طریق ریز ساختارهای موجود در آن جابجا می‌شوند تا حد زیادی به مقاومت الکتریکی بتن بستگی دارد. بنابراین می‌توان ارتباطی بین مقاومت الکتریکی و فرآیندهای زوال مانند افزایش نفوذپذیری و خوردگی فولاد تعبیه شده در آن را انتظار داشت. از همین روی می‌توان گفت فرآیند تخریب در سازه‌های بتن آرمه یا همان بتن مسلح بر دوام آن تاثیر مستقیم دارد.
در این نوشتار سعی شده تا خلاصه ای از رابطه بین مقاومت الکتریکی بتن و ویژگی‌های خاص مربوط به دوام آن بررسی شود. در نظر داشته باشید که نفوذپذیری کلرید و خوردگی آرماتورها دو عاملی هستند که تاثیر زیادی بر روند تخریب بتن دارند.
نتایج به دست آمده از مقاومت الکتریکی بتن می‌تواند به عنوان یک شاخص عالی برای شناسایی ویژگی‌های اولیه بتن تازه و ارزیابی خصوصیات آن، تعیین میزان رطوبت بتن و دیگر شرایط ساختاری بتن شناخته شود.
منظور از دوام و مقاومت الکتریکی بتن چیست؟
دوام بتن به توانایی و مقاومت بتن در پی قرار گرفتن در محیط‌های سخت و در برابر پدیده‌های جوی، مواد شیمیایی، سایش و یا هر گونه فرسایش دیگری به منظور حفظ فرم اصلی، کیفیت و قابلیت استفاده بتن، اشاره دارد.
به طور کلی دوام بتن توسط مقاومت بتن در برابر نفوذ محیط‌های تهاجمی برآورد می‌شود. این محیط‌ها ممکن است در حالت مایع و یا گازی وجود داشته باشند و یا توسط مکانیسم‌های مختلفی مانند نفوذ، انتشار، جذب، مکش مویرگی و یا ترکیبی از موارد مذکور منتقل شوند.
همچنین می‌تواند بین عوامل تهاجمی به بتن مانند کربناسیون، حمله سولفات، واکنش مواد قلیایی، مقاومت در برابر سرما، شستشو، حمله نرم آب، حمله اسید، سایش، نفوذ کلرید و خوردگی، یک همبستگی یا هم افزایی به وجود آید. بنابراین انتقال یون‌ها از طریق ریز ساختارهای موجود در بتن نقش مهمی در کنترل دوام بتن دارد.
در عوامل تهاجمی اشاره شده در بالا دو فرآیند اصلی یعنی نفوذ کلرید و خوردگی به عنوان فرآیندهای اصلی تخریب بتن شناخته می‌شوند و از اهمیت بیشتری نسبت به بقیه پارامترها برخوردارند.
به توانایی و مقاومت بتن در برابر انتقال یون‌های باردار، مقاومت الکتریکی بتن گفته می‌شود.
در طی چند دهه گذشته، توجه زیادی به تحقیق و توسعه تکنیک‌های اندازه گیری مقاومت الکتریکی به عنوان یک روش غیر مخرب برای اندازه گیری دوام سازه‌های بتنی شده است.
این روش‌ها به ویژه برای سنجش‌های میدانی به دلیل سادگی، سرعت و هزینه پایین آن‌ها در هنگام انجام آزمایش‌ها، محبوبیت بیشتری پیدا کرده‌اند. با این حال این روش‌ها تنها در سال ۲۰۱۲ توسط ASTM و AASHTO برای اندازه گیری مقاومت بتن و کمی سازی مقاومت سطحی بتن در ردیف استانداردهای بتن و آزمایش بتن قرار گرفتند.
اهداف استفاده از مقاومت الکتریکی بتن
مقاومت الکتریکی برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از آن‌ها شناسایی مشخصات اولیه بتن تازه می‌باشد.
هنگامی که بتن تازه تنظیم و سخت می‌شود، ناپیوستگی فضای منافذ مویرگی منجر به افزایش مقاومت الکتریکی آن می‌شود. از آنجا که جریان الکتریکی توسط یون‌های باردار به صورت محلول وارد منافذ بتن شده و منتقل می‌شوند، این شاخص خوبی برای ساختارهای منافذ بتن است. تشکیل ساختار منافذ در سنین اولیه بتن می‌تواند ماندگاری طولانی مدت بتن را تعریف کند.
علاوه بر این مقاومت کششی مواد سیمانی در سنین پایین کم است و مواد مستعد ترک خوردگی هستند. این ترک خوردگی اولیه راهی است برای ورود مواد مضر به بتن که با اندازه گیری مقاومت الکتریکی به دست می‌آید و به پیش بینی دوام طولانی مدت بتن کمک می‌کند.
مازاد بر این‌ها، مقاومت الکتریکی می‌تواند به عنوان شاخصی برای تعیین میزان رطوبت در بتن استفاده شود.
عوامل تاثیرگذار بر اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن
عوامل مختلفی وجود دارند که ممکن است مقاومت الکتریکی را تحت تاثیر قرار دهند. به طور کلی می‌توان این عوامل را به دو گروه عوامل ذاتی بتن و عوامل محیطی بتن تقسیم کرد.
در یک نگاه کلی پارامترهایی مانند پیری بتن و ساختار منافذ در بتن و نحوه اتصال آن‌ها با هم در دسته عوامل ذاتی بتن قرار می‌گیرند و عوامل محیطی مانند دما، رطوبت نسبی و بارندگی نیز در دسته عوامل محیطی بتن جای می گیرند. در ادامه هر یک از عوامل را دقیق تر بررسی خواهیم کرد.
بدیهی است اندازه گیری مقاومت الکتریکی بسیار تحت تاثیر میزان رطوبت بتن است. به عنوان مثال: هنگامی که میزان رطوبت بتن کاهش یابد، مقاومت در آن به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
از دیگر عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی بتن می‌توان به هندسه نمونه، دما، فاصله الکترودها و وجود میلگرد در بتن اشاره کرد. به عنوان مثال هر چه منافذ بیشتری در بتن وجود داشته باشد و از طرفی همبستگی و اتصال گسترده ای بین آن‌ها باشد، باعث ایجاد مقاومت الکتریکی کمتری در بتن می‌شوند. از طرفی عوامل محیطی مانند درجه حرارت بالاتر نیز باعث کاهش میزان مقاومت بتن خواهد شد.
یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار بر مقاومت الکتریکی، افزودن مواد مکمل سیمانی مانند سرباره کوره بلند و خاکستر بادی است.
این مواد مکمل به دلیل کاهش تخلخل مویرگی و یون‌های هیدروکسیل، منجر به نفوذ پذیری کمتر و در نتیجه مقاومت الکتریکی بالاتری می‌شوند.
همچنین کربناسیون و نفوذ کلرید نیز به طور جداگانه باعث افزایش مقاومت الکتریکی بتن به ویژه در بتن سیمان پرتلند خواهند شد. اما تاثیر کلرید نفوذی نسبتا کم است.
با توجه به آنچه که بیان شد می‌توان گفت که در نظر گرفتن همه پارامترها برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی در محل پروژه، کار چندان آسانی نخواهد بود.
روش های اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن
برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی روش‌های مختلفی وجود دارد که به صورت غیر مخرب از آن‌ها استفاده می‌شود. این روش‌ها عبارتند از:
آزمون فله یا روش تک محوری برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن
در این روش از الکترودهایی که روی سطح نمونه قرار گرفته اند استفاده می‌شود. به نحوی که دو الکترود با اسفنج مرطوب در بین سطح بتن قرار می‌گیرند.
آزمون دیسک سطح
در این روش با قرار دادن دیسک الکترود بر روی سطح بتن مقاومت الکتریکی بتن اندازه گیری می‌شود. به نحوی که الکترودی به شکل دیسک بر روی میلگرد قرار گرفته و مقاومت بین دیسک و میلگرد را اندازه گیری می‌کنند.
یکی از معایب این روش نیاز به اتصال به تقویت کننده فولاد و تداوم کامل میلگرد است. البته سعی شده است با ضرایبی میزان خطای این روش را از بین ببرند.
آزمون آرایه خط چهار نقطه ونر
در این روش الکترودها به صورت خطی و به فاصله یکسان بر روی سطح بتن ردیف شده و برای اندازه گیری مقاومت استفاده می‌شوند.
آزمون آرایه مربع چهار پروپ در اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن
در این روش الکترودها به صورت مربعی بر روی سطح بتن قرار می‌گیرند و مبنای محاسبه مقاومت الکتریکی قرار می‌گیرند.
