آزمایش تعیین عمق نفوذ یون کلر در بتن و میزان کلر بتن — روش‌ها، شرح آزمون، مزایا، کاربردها، استانداردها

مقدمه کوتاه  
نفوذ یون کلر به بتن یکی از مهم‌ترین عوامل تسریع خوردگی آرماتورها و کاهش دوام سازه‌های بتنی است. اندازه‌گیری میزان کلر و تعیین عمق نفوذ برای ارزیابی خطر خوردگی، برنامه‌ریزی تعمیرات و برآورد طول عمر مفید سازه ضروری است.
اهداف آزمون  
تعیین غلظت کلر (کلر قابل حل در آب و کلر کل/اسیدی) در نمونه‌های بتنی.  
تعیین عمق نفوذ کلر در وجه مقاطع (توزیع عمودی غلظت کلرید با عمق).  
ارزیابی وضعیت خوردگی احتمالی آرماتورها و تطابق با معیارهای پروژه/استاندارد.
نمونه‌برداری و آماده‌سازی  
نمونه‌برداری: برداشت مغزه‌های بتنی با مته مغزه‌گیر در محل از عمق تا پوشش تا نزدیکی آرماتور (ابعاد معمول Ø25–Ø50 mm یا مطابق مشخصات). تعداد و نقاط نمونه‌برداری بر اساس خطر و دستورکار پروژه تعیین می‌شود.  
آماده‌سازی: برش مغزه‌ها به حلقه‌ها/دیسک‌های با ضخامت مشخص (مثلاً 5–10 mm) برای تحلیل عمقی؛ خشک یا مرطوب نگه داشتن نمونه‌ها مطابق روش آزمون.
روش‌های مرسوم اندازه‌گیری میزان کلر و تعیین عمق نفوذ

الف) روش رنگ‌آمیزی نقره نیترات (AgNO3) — تعیین عمق نفوذ (سرعتی، کیفی)  
شرح: سطح مقطع حلقه‌های بریده شده و مرطوب با محلول نقره نیترات اسپری یا غوطه‌ور می‌شود. یون کلرید در تماس با Ag+ تولید رسوب سفید/سفید‑مات نقره کلرید می‌کند و محلول قهوه‌ای‑سفید تا خاکستری رنگ‌های مشخصی نشان می‌دهد. مرز تغییر رنگ نشان‌دهنده عمق نفوذ کلرید است.  
کاربرد: اندازه‌گیری سریع عمق نفوذ (qualitative/ نیمه‌کمی) و محل‌یابی لایه‌هایی با غلظت بالا.  
نکته: حساسیت وابسته به غلظت AgNO3 و رطوبت سطح؛ نتایج تقریبی و باید با روش‌های کمی تکمیل شود.

ب) آنالیز کمی کلر در هر لایه با استخراج و تیتراسیون (روش‌های مرجع)  
استخراج: هر حلقه/لایه در آب مقطر یا با اسید رقیق استخراج می‌شود تا کلرید محلول خارج شود.  
تیتراسیون نقره (Mohr یا Volhard) یا اندازه‌گیری یون کلرید با الکترود یون‌سنج یا یون کروماتوگرافی (IC) برای تعیین غلظت (mgCl‑/kg بتن یا % وزنی).  
استانداردها: ASTM C1152 (اسیدی استخراج و تعیین کلرید)، ASTM C1218 (کلر قابل حل در آب)، روش‌های مشابه بین‌المللی.  
نتیجه: پروفیل غلظت کلرید با عمق (mgCl‑/kg‌بتن یا درصد وزنی خالص)، قابل مقایسه با مقدار بحرانی خوردگی.

ج) آزمون نفوذ/دیفوزیون و مهاجرت کلرید (کمی)  
ASTM C1556 — Bulk diffusion test: نمونه مغزه یا قالبی برای اندازه‌گیری ضریب نفوذ کلر در زمان‌های معین در شرایط آزمایشگاهی.  
NT BUILD 492 — Rapid Chloride Migration Test: اندازه‌گیری ضریب مهاجرت کلرید تحت میدان الکتریکی (زمان کمتر، برای مقایسه عملکرد بتن‌ها).  
نتایج: ضریب نفوذ یا مهاجرت (m^2/s یا mm^2/s) که برای مدل‌سازی دوام و برآورد زمان رسیدن به غلظت بحرانی به کار می‌رود.

د) ASTM C1202 — Rapid Chloride Permeability Test (RCPT)  
شرح: عبور جریان الکتریکی از نمونه مرطوب شده در طول زمان معین؛ شار الکتریکی عبوری با نفوذپذیری یونی و قابلیت نفوذ کلرید مرتبط است.  
کاربرد: آزمایش سریع مقایسه‌ای کیفیت بتن نسبت به نفوذ یون‌ها (نتیجه به صورت coulombs).
پارامترهای گزارش‌شونده  
عمق نفوذ کلرید بر اساس تغییر رنگ AgNO3 (mm) و/یا پروفیل کمی غلظت کلرید بر حسب mgCl‑/kg بتن یا % وزنی در هر لایه.  
مقدار کلر قابل حل در آب و کلر اسیدی (ASTM C1218, C1152).  
ضریب نفوذ یا مهاجرت کلرید (ASTM C1556, NT BUILD 492).  
شار الکتریکی RCPT (ASTM C1202).  
مقایسه با مقدار بحرانی کلرید (Critical chloride threshold) برای آرماتور (مقادیر مرجع پروژه یا ادبیات مهندسی).
مزایا و محدودیت‌های هر روش  
AgNO3: سریع، کم‌هزینه، مناسب برای تعیین عمق تقریبی؛ اما نیمه‌کمی و حساس به شرایط نمونه.  
استخراج + تیتراسیون/IC: کمی و دقیق برای تعیین مقدار کلر در هر لایه؛ نیازمند زمان و تجهیزات شیمیایی.  
ASTM C1556 / NT BUILD 492: اندازه‌گیری پارامترهای نفوذی برای مدل‌سازی عمر مفید؛ زمان‌بر (خصوصاً C1556) یا نیازمند تجهیزات ویژه (NT BUILD 492).  
ASTM C1202: سریع و مقایسه‌ای ولی نشان‌دهنده مستقیم غلظت کلرید نیست و تحت تأثیر ترکیب سیمان و مویینگی است.
کاربردها  
ارزیابی خطر خوردگی آرماتور در پل‌ها، پل‌های عابر، پارکینگ‌ها، سازه‌های دریایی، تونل‌ها و فونداسیون‌های نزدیک به محیط شور.  
کنترل کیفیت بتن تولیدی و تطبیق با مشخصات پروژه.  
پایش عملکرد سازه و تعیین نیاز به تعمیر یا محافظت کاتدی.  
مدل‌سازی دوام و برآورد زمان رسیدن کلرید به غلظت بحرانی.
استانداردهای بین‌المللی و ملی مرجع (نمونه‌وار)  
ASTM C1152 — Standard Test Method for Acid-Soluble Chloride in Mortar and Concrete.  
ASTM C1218 — Standard Test Method for Water-Soluble Chloride in Mortar and Concrete.  
ASTM C1556 — Standard Test Method for Determining the Apparent Chloride Diffusion Coefficient of Cementitious Mixtures by Bulk Diffusion.  
ASTM C1202 — Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration (RCPT).  
NT BUILD 492 — Chloride migration coefficient from non-steady-state migration experiments.  
RILEM و سایر راهنماهای دوام برای تفسیر نتایج و تعیین مقدار بحرانی کلرید.  
استانداردها و مشخصات ملی ایران مرتبط با آزمون‌های شیمیایی و مصالح بتنی (ISIRI) و مشخصات پروژه‌ها باید در تفسیر نتایج لحاظ شوند.
معرفی مرکز آزمایشگاهی پژوهشی بتن و مصالح خواجه‌نصیرالدین طوسی — خدمات ارائه‌شده  
مرکز آزمایشگاهی پژوهشی بتن و مصالح خواجه‌نصیرالدین طوسی خدمات جامع در زمینه آزمون کلرید و نفوذپذیری ارائه می‌دهد، شامل:  
نمونه‌برداری میدانی (مغزه‌گیری) با تجهیزات استاندارد و نگهداری زنجیره نگهداری نمونه.  
تعیین عمق نفوذ کلرید با روش AgNO3 و تهیه پروفیل کمی غلظت کلرید برش‌به‌برش.  
اندازه‌گیری کلر قابل حل در آب و کلر اسیدی با استخراج و تیتراسیون یا یون-کروماتوگرافی (IC).  
آزمون‌های نفوذ/دیفوزیون و مهاجرت (ASTM C1556, NT BUILD 492) و RCPT (ASTM C1202).  
تفسیر مهندسی نتایج و مقایسه با معیارهای بحرانی خوردگی؛ ارائه توصیه برای تعمیرات، محافظت کاتدی یا پوشش حفاظتی.  
ارائه گزارش فنی کامل شامل روش اجرا، داده‌های خام، نمودار پروفیل غلظت، برآورد زمان رسیدن به مقدار بحرانی و پیشنهادات فنی.  
خدمات مشاوره‌ای در انتخاب مواد حفاظتی، روش‌های تعمیر و برنامه پایش دوره‌ای.

مزیت‌های مرکز  
تجهیزات کالیبره و کارکنان باتجربه در آزمون‌های شیمیایی و دوام بتن، اجرای استانداردهای مرجع و مستندسازی قابل استناد برای پروژه‌ها.