سازه‌های بتنی ستون فقرات زیرساخت‌های مدرن ما هستند؛ از پل‌ها و برج‌های سر به فلک کشیده گرفته تا تونل‌ها و شبکه‌های فاضلاب. این سازه‌ها برای تحمل شرایط سخت و عمر طولانی طراحی شده‌اند، اما یکی از خطرناک‌ترین و پنهان‌ترین تهدیداتی که آن‌ها را تهدید می‌کند، پدیده‌ی خوردگی اسیدی است.این فرآیند مخرب که معمولاً به‌صورت تدریجی و دور از دید اتفاق می‌افتد، می‌تواند استحکام، ایمنی و دوام سازه‌های بتنی را به‌شدت کاهش دهد.

در این مقاله به پنج تهدید جدی ناشی از خوردگی اسیدی در بتن می‌پردازیم و بهترین راهکار مؤثر برای مقاوم‌سازی و جلوگیری از این آسیب‌ها را بررسی می‌کنیم.

بتن به‌طور ذاتی ماده‌ای قلیایی محسوب می‌شود و معمولاً pH آن در بازه‌ای بین ۱۲.۵ تا ۱۳.۵ قرار می‌گیرد. این خاصیت قلیایی موجب ایجاد یک لایه‌ی غیرفعال بر سطح میلگردهای فولادی مدفون در بتن می‌شود و از زنگ‌زدگی آن‌ها جلوگیری می‌کند.

با این حال، زمانی‌که بتن در معرض محیط‌های اسیدی قرار می‌گیرد، واکنش‌های شیمیایی مخربی در آن رخ می‌دهد. یون‌های هیدروژن (H⁺) موجود در اسید با هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)₂) و سایر ترکیبات سیمانی موجود در بتن وارد واکنش می‌شوند و موجب انحلال این ترکیبات می‌شوند.

این فرایند به تشکیل موادی منجر می‌شود که فاقد ویژگی‌های چسبندگی و استحکام سیمانی هستند و به مرور زمان یا از سطح بتن شسته می‌شوند یا باعث نرم شدن و از هم‌پاشیدگی بافت بتن می‌شوند.

منابع تولید اسید در محیط پیرامونی بتن می‌توانند بسیار متنوع باشند و شامل باران‌های اسیدی، فاضلاب‌های صنعتی و شهری (که اغلب حاوی سولفید هیدروژن هستند و در نهایت به اسید سولفوریک تبدیل می‌شوند)، مواد شیمیایی مورد استفاده در صنایع پتروشیمی یا مواد اسیدی مصرفی در فرآوری محصولات غذایی باشند.

برای آشنایی بیشتر با پوشش های ضد اسید میتوانید مطلب "پوشش های ضد اسید در صنایع پتروشیمی " را نیز مطالعه بفرمایید.

اولین و شاید حیاتی‌ترین خطر خوردگی بتن اسیدی، کاهش چشمگیر مقاومت مکانیکی بتن است. همانطور که اسید به داخل بتن نفوذ می‌کند، با هیدروکسید کلسیم (که محصول اصلی هیدراسیون سیمان و مسئول مقاومت بتن است) واکنش می‌دهد و گچ (CaSO4​) یا سایر نمک‌های محلول را تولید می‌کند. این واکنش‌ها باعث انحلال ماتریس سیمانی و افزایش تخلخل بتن می‌شوند.

بتن با افزایش تخلخل، ظرفیت باربری خود را از دست می‌دهد. مقاومت فشاری که از ویژگی‌های اصلی بتن است، به شدت کاهش می‌یابد و بتن در برابر بارهای وارده آسیب‌پذیر می‌شود. همچنین، پیوند بین دانه‌های شن و ماسه با خمیر سیمان تضعیف شده که این امر به کاهش مقاومت کششی و خمشی بتن نیز منجر می‌شود. در نتیجه، سازه توانایی مقاومت در برابر تنش‌های وارده را از دست داده و در معرض ترک‌خوردگی‌های گسترده و در نهایت فروپاشی قرار می‌گیرد.

خوردگی اسیدی علاوه بر کاهش مقاومت، با ایجاد ترک، پوسته پوسته شدن و متلاشی شدن سطح بتن خود را نشان می‌دهد. محصولات حاصل از واکنش اسید با بتن، مانند گچ، می‌توانند دارای حجم بیشتری نسبت به ترکیبات اولیه باشند. این افزایش حجم داخلی، تنش‌های کششی داخلی در بتن ایجاد می‌کند که منجر به ترک‌خوردگی می‌شود. این ترک‌ها، خود مسیرهای جدیدی برای نفوذ بیشتر اسید فراهم می‌کنند و یک چرخه مخرب ایجاد می‌شود.

با پیشرفت خوردگی، لایه‌های سطحی بتن شروع به پوسته پوسته شدن می‌کنند. این لایه‌ها از سطح جدا شده و سطح بتن به تدریج خورده و متلاشی می‌شود. این پدیده به ویژه در سازه‌هایی مانند کانال‌های فاضلاب، تونل‌ها و فونداسیون‌هایی که در معرض آب‌های زیرزمینی اسیدی هستند، به وضوح دیده می‌شود. در نتیجه، نه تنها ظاهر سازه تخریب می‌شود، بلکه از دست رفتن پیوسته جرم بتن، به پایداری کلی سازه لطمه می‌زند.

در حالی که خوردگی اسیدی مستقیماً بر ماتریس سیمانی بتن اثر می‌گذارد، می‌تواند به طور غیرمستقیم و بسیار خطرناک، کربناته شدن بتن را تسریع کرده و منجر به خوردگی میلگردهای فولادی شود. کربناته شدن فرآیندی است که در آن دی‌اکسید کربن (CO2​) موجود در هوا با هیدروکسید کلسیم در بتن واکنش داده و کربنات کلسیم (CaCO3​) تولید می‌کند. این واکنش باعث کاهش pH بتن می‌شود (از حدود ۱۲.۵ به کمتر از ۹).

در شرایط عادی، این فرآیند آهسته است، اما وجود اسیدها به دلیل تخریب ساختار بتن و افزایش نفوذپذیری آن، نفوذ CO2​ را تسهیل می‌کند. با کاهش pH بتن به دلیل کربناته شدن (که توسط اسید تشدید شده)، لایه غیرفعال محافظ روی میلگردها از بین می‌رود. در این حالت، میلگردها در معرض رطوبت و اکسیژن قرار گرفته و فرایند زنگ‌زدگی و خوردگی فولاد آغاز می‌شود.

زنگ‌زدگی فولاد با افزایش حجم (تا ۶ برابر حجم فولاد اصلی) همراه است. این افزایش حجم، تنش‌های کششی داخلی عظیمی در بتن ایجاد می‌کند که منجر به ترک‌خوردگی طولی در امتداد میلگردها، جدا شدن پوشش بتنی (spalling) و در نهایت کاهش ظرفیت باربری سازه می‌شود. این پدیده، یکی از دلایل اصلی فروپاشی سازه‌های بتن مسلح در سراسر جهان است.

خوردگی اسیدی به طور مستقیم ساختار داخلی بتن را تخریب می‌کند و منجر به افزایش چشمگیر نفوذپذیری آن می‌شود. با انحلال ترکیبات سیمانی و ایجاد فضای خالی، بتن متخلخل‌تر شده و نفوذپذیری آن در برابر آب، یون‌های مهاجم (مانند کلریدها و سولفات‌ها) و گازهای مضر به شدت افزایش می‌یابد.

افزایش نفوذپذیری به این معنی است که سازه بتنی در برابر سایر مکانیزم‌های تخریب نیز آسیب‌پذیرتر می‌شود:

این چرخه معیوب از تخریب، عمر مفید سازه را به شدت کاهش داده و نیاز به تعمیرات پرهزینه را در پی دارد.

در نهایت، مجموع اثرات مخرب خوردگی اسیدی به کاهش چشمگیر طول عمر مفید سازه‌های بتنی منجر می‌شود. سازه‌هایی که برای ده‌ها یا حتی صدها سال طراحی شده‌اند، ممکن است در اثر حملات اسیدی تنها پس از چند سال یا چند دهه نیاز به تعمیرات اساسی پیدا کنند. این امر نه تنها افزایش بار مالی بر دوش مالکان و دولت‌ها را در پی دارد، بلکه می‌تواند منجر به اختلال در خدمات (مانند بسته شدن پل‌ها یا مسیرها) و در موارد شدید، خطرات جانی در صورت فروپاشی ناگهانی شود.

هزینه‌های مربوط به بازرسی، نگهداری، تعمیر و در نهایت جایگزینی سازه‌های آسیب‌دیده از خوردگی اسیدی، سرسام‌آور است. پیشگیری و مقاوم‌سازی اولیه، در مقایسه با هزینه‌های تعمیرات گسترده پس از وقوع آسیب، به مراتب اقتصادی‌تر و منطقی‌تر است.

خوردگی اسیدی یکی از مهم‌ترین عوامل تخریب سازه‌های بتنی در محیط‌های صنعتی، به‌ویژه در صنایع غذایی، تصفیه‌خانه‌ها و تأسیسات شیمیایی است. نفوذ مواد اسیدی به داخل بتن، باعث کاهش pH، تسریع فرآیند کربناته شدن، تخریب ماتریس سیمانی و در نهایت خوردگی میلگردها می‌شود. از این‌رو، مقاوم‌سازی پیشگیرانه از طریق اعمال پوشش‌های محافظتی تخصصی، مؤثرترین روش برای مقابله با این نوع خوردگی محسوب می‌شود.

برای محافظت مؤثر از سطوح بتنی در برابر نفوذ اسیدها، رطوبت و ترکیبات خورنده، استفاده از پوشش‌های شیمیایی مقاوم ضروری است. این پوشش‌ها با ایجاد یک سد نفوذناپذیر بر روی سطح بتن، مانع از تماس مستقیم عوامل مخرب با بافت داخلی سازه می‌شوند.

مهم‌ترین پوشش‌های پیشنهادی عبارت‌اند از:

برای محافظت از سازه‌های بتنی در محیط‌های صنعتی و به‌ویژه در صنایع غذایی که با شست‌وشوی مکرر، اسیدهای آلی، قندها و نمک‌ها سر و کار دارند، استفاده از پوشش‌های حرفه‌ای و با کیفیت بالا ضروری است.

در این زمینه، دو محصول پیشرفته از برند معتبر آمریکایی X-Shield، که توسط شرکت بتن پلیمر در ایران عرضه می‌شوند، توصیه می‌گردند:

نتیجه‌گیری

خوردگی اسیدی تهدیدی جدی و پنهان برای دوام و پایداری سازه‌های بتنی است. شناخت این خطر و اجرای راهکارهای پیشگیرانه و مقاوم‌سازی مؤثر، از اهمیت حیاتی برخوردار است. با استفاده از مصالح مقاوم‌تر، طراحی دقیق، اعمال پوشش ضد اسید و مدیریت فعال محیط، می‌توانیم طول عمر سازه‌های بتنی را به طور قابل توجهی افزایش داده و از هزینه‌های گزاف تعمیر و نگهداری در آینده جلوگیری کنیم. سرمایه‌گذاری در مقاوم‌سازی بتن در برابر اسید، نه تنها یک اقدام مهندسی، بلکه یک سرمایه‌گذاری در ایمنی، پایداری و آینده زیرساخت‌های ماست.