آزمایش تعیین عمق کربناتاسیون بتن — روش‌ها، شرح آزمون، مزایا، کاربردها، استانداردها
مقدمه کوتاه
کربناتاسیون بتن فرایندی است که در آن CO2 موجود در هوا وارد روان‌آب موئی و ماتریکس سیمانی شده و هیدروکسید کلسیم را به کربنات کلسیم تبدیل می‌کند، که باعث کاهش pH محیط پیرامون آرماتورها و افزایش ریسک خوردگی می‌شود. تعیین عمق کربناتاسیون برای ارزیابی دوام سازه و برنامه‌ریزی تعمیرات ضروری است.
اهداف آزمون
تعیین عمق نفوذ کربناتاسیون از سطح بتن (mm).
شناسایی نواحی آسیب‌دیده و تعیین نیاز به تعمیر یا حفاظت.
پایش تغییرات در طول زمان برای مدل‌سازی دوام.
نمونه‌برداری و آماده‌سازی
نمونه‌برداری میدانی: برداشت مقطع از سطح بتن با اره یا مغزه‌گیری تا عمق مورد نیاز (معمولاً حداقل تا جایی که انتظار می‌رود کربناتاسیون رخ داده).
آماده‌سازی: برش سطحی تمیز، حذف رنگ/روکش در صورت وجود، مرطوب‌سازی سطح پیش از انجام تست (در صورت توصیه استاندارد).
روش رایج (آزمون فنول‌فتالئین — Phenolphthalein) — شرح آزمون
مواد: محلول فنول‌فتالئین الکلی 1%–2% (در بعضی پروتکل‌ها 1%).
اجرا: سطح مقطع تازه بریده یا نمونه مرطوب با محلول فنول‌فتالئین اسپری یا قطره‌چکان آغشته می‌شود.
تفسیر: ناحیه‌ای که دارای pH ≥ ~9.5–10 (غیرکربناته) به رنگ صورتی/قرمز درمی‌آید؛ ناحیه کربناته (pH پائین‌تر) بدون رنگ یا زرد باقی می‌ماند. مرز رنگی فاصله عمق کربناتاسیون را نشان می‌دهد.
اندازه‌گیری: اندازه‌گیری چند نقطه عمق (مثلاً فاصله از سطح تا مرز غیررنگی) و گزارش میانگین، بیشینه و پراکندگی.
روش‌های تکمیلی و کمی
اندازه‌گیری pH مستقیم: برداشت لایه‌های نازک (اسلایس) و استخراج در آب و تعیین pH محلول (برای تایید نتایج).
آنالیز شیمیایی (TGA, XRD): برای تعیین نسبت کربنات‌ها و مقایسه با مواد اولیه در پژوهش و مطالعات دقیق‌تر.
روش‌های غیرمخرب: استفاده از نقشه‌برداری با رطوبت‌سنج‌ها، روش‌های پرتوی گاما/نوترون یا الکتروشیمیایی به عنوان تکمیل‌کننده ولی برای عمق کربناتاسیون فنول‌فتالئین مرجع سریع و عملی است.
مزایا و محدودیت‌ها
مزایا:
سریع، کم‌هزینه و عملی برای کارگاه و پژوهش میدانی؛
امکان انجام بیش از یک نقطه روی همان مقطع؛
مناسب برای ارزیابی کلی و پایش زمانی.
محدودیت‌ها:
آزمون نیمه‌کمی و وابسته به شرایط رطوبتی/عملیاتی و دقت در آماده‌سازی؛
مرز فنول‌فتالئین نشان‌دهنده کاهش pH تا حدود 9.5–10 است، ولی این مرز همیشه دقیق با شروع خوردگی آرماتور (مقدار بحرانی کلرید و pH واقعی پیرامون آرماتور) هم‌پوشانی ندارد؛
وجود پوشش‌ها، رنگ‌ها یا لایه‌های سطحی می‌تواند تفسیر را مخدوش کند—نیاز به حذف یا تفسیر ویژه است.
پارامترهای گزارش‌شده
عمق کربناتاسیون در نقاط اندازه‌گیری شده (mm): میانگین، حداقل و حداکثر و انحراف معیار؛
شرایط نمونه‌برداری: رطوبت سطح، تاریخ و محل، وجود پوشش؛
روش اجرا (نوع و غلظت فنول‌فتالئین، آماده‌سازی سطح) و هر آزمون تکمیلی (pH اندازه‌گیری‌شده، آنالیزهای شیمیایی).
تفسیر مهندسی: ارزیابی خطر خوردگی بر اساس عمق کربناتاسیون و پوشش آرماتور و پیشنهادات اصلاحی.
کاربردها
ارزیابی دوام سازه‌های بتنی موجود (پل‌ها، تونل‌ها، پارکینگ‌ها، سازه‌های دریایی و شهری)؛
کنترل کیفی بتن اجرا شده و پیگیری تغییرات کربناتاسیون در طول زمان؛
تعیین مناطق اولویت‌دار برای پوشش‌دهی، تعمیر یا حفاظت کاتدی.
استانداردها و راهنماهای مرجع (نمونه‌وار)
RILEM CPC-18 — توصیه‌ها برای تعیین عمق کربناتاسیون با فنول‌فتالئین (روش مرجع پژوهشی و فنی).
BS EN 14630 — Products and systems for the protection and repair of concrete — Test methods — Determination of carbonation depth in hardened concrete by phenolphthalein indicator.
استانداردهای ملی و دستورالعمل‌های پروژه: استانداردهای ملی ایران (ISIRI) و مشخصات فنی کارفرماها معمولاً روش نمونه‌برداری و پذیرش را تعیین می‌کنند؛ مرکز باید نتایج را مطابق درخواست پروژه گزارش کند.
مقالات و راهنماهای دوام (RILEM, fib) برای تفسیر و بکارگیری در تحلیل طول عمر.
خدمات قابل ارائه در مرکز آزمایشگاهی پژوهشی بتن و مصالح خواجه‌نصیرالدین طوسی
نمونه‌برداری میدانی (برش مقطع یا مغزه‌گیری) با تجهیزات استاندارد و ثبت محل دقیق نمونه‌ها؛
اجرای آزمون فنول‌فتالئین مطابق پروتکل‌های مرجع (کنترل غلظت، آماده‌سازی و ثبت تصاویر قبل/بعد)؛
اندازه‌گیری در چند نقطه و تهیه نقشه عمق کربناتاسیون برای سطح مورد نظر؛
آزمون‌های تکمیلی در آزمایشگاه: تعیین pH لایه‌ها، آنالیز XRD/TGA در صورت نیاز برای بررسی کمیت کربنات‌ها؛
تفسیر مهندسی نتایج و ارائه توصیه‌ها: ارزیابی خطر خوردگی، نیاز به تعمیر یا محافظت، پیشنهاد روش‌های حفاظت (پوشش، تزریق، حفاظت کاتدی) و اولویت‌بندی عملیات.
ارائه گزارش فنی رسمی شامل روش اجرایی، داده‌های خام، تصاویر، نمودار توزیع عمق، نتیجه‌گیری و پیشنهادات فنی قابل استناد در پروژه‌ها.
خدمات میدانی تکمیلی: پایش دوره‌ای، تهیه پروپوزال آزمون و برآورد هزینه و زمان اجرا.
مزیت‌های همکاری با مرکز
تیم تخصصی و تجربه در آزمون‌های دوام و شیمیایی بتن؛
تجهیزات کالیبره برای نمونه‌برداری و آنالیزهای تکمیلی؛
گزارش‌های مستند و تفسیر مهندسی جهت استفاده در تصمیم‌گیری‌های تعمیراتی و مدیریتی.