การเกิดสนิมของเหล็ก (ที่อยู่ในคอนกรีต)

การเกิดสนิม
        การเกิดสนิมในเหล็กเสริมคอนกรีตนั้น มีสาเหตุหลักของการเกิดสนิมคือ การเกิดรอยแตกร้าวของโครงสร้าง รอยแตกร้าวดังกล่าว อาจเกิดจากการก่อสร้างที่ไม่ได้มาตรฐาน สภาวะแวดล้อมรุนแรง หรือเกิดจากการใช้งาน เป็นต้น โดยปกติน้ำจะซึมผ่านคอนกรีตได้เล็กน้อย ขึ้นอยู่กับความทึบของเนื้อคอนกรีต แต่การแตกร้าวในโครงสร้าง จะทำให้น้ำและออกซิเจนเข้าไปถึงเหล็กเสริมได้เร็วยิ่งขึ้น อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดสนิมในเหล็กเสริมคอนกรีต คือ การสูญเสียสภาพการเป็นด่าง (Depassivation) เนื่องจากสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศและการซึมผ่านของคลอไรด์อิออนในสารละลาย เข้าสู่ช่องว่างในคอนกรีต จะทำให้ความเป็นด่างของคอนกรีตมีค่าลดลง ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดสนิมของเหล็กเสริมคอนกรีตได้
       คลอไรด์เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนของเหล็กเสริม โดยการกัดกร่อนจะเริ่มขึ้นเมื่อคลอไรด์อิออนมี ความเข้มข้นมากพอ ซึ่งจะทำให้ค่า pH ลดลงจนถึงระดับวิกฤต ทำให้สภาพการเป็นด่างของคอนกรีตที่ป้องกันการเกิดสนิมของเหล็กเสริมถูกทำลาย ถ้ามีน้ำและออกซิเจนเพียงพอ ก็จะทำให้เหล็กเสริมเกิดสนิมได้

ปัจจัยการเกิดสนิมในเหล็กเสริมคอนกรีต

1. ความเป็นด่างในคอนกรีตลดลงจนปฏิกิริยาอะโนดิค สามารถเกิดขึ้นได้ ซึ่งระดับความเป็นด่างที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาอะโนดิค จะมีค่าของ pH ต่ำกว่าระดับ 9 ถึง 10 และมักจะเรียกว่า ระดับวิกฤต (Critical level) ของความเป็นด่าง
2. มีความชื้นเพียงพอที่ทำให้อิออนของเหล็ก เข้าสู่สภาวะสารละลาย และเพียงพอที่จะทำให้ เกิดปฏิกิริยาในการเกิดสนิม ซึ่งโดยปกติ ความชื้นที่อยู่บริเวณรอบ ๆ ผิวของเหล็กเสริมมีเพียงพออยู่แล้ว
3. มีปริมาณออกซิเจนเพียงพอต่อการทำปฏิกิริยาการเกิดสนิม โดยทั่วไป คอนกรีตจะมีช่องว่างซึ่ง ออกซิเจนสามารถแพร่เข้าไปในเนื้อคอนกรีตได้ในระดับหนึ่ง ซึ่งขึ้นอยู่กับความทึบของเนื้อคอนกรีต

กลไกการเกิดสนิม

       กลไกการเกิดสนิมของเหล็กเสริมในคอนกรีต ดังรูปที่ 3.4 จะเริ่มจากความเป็นด่างของคอนกรีตบริเวณรอบๆเหล็กเสริมมีค่าลดลงจนถึงระดับวิกฤต มีความชื้นและมีออกซิเจนเพียงพอต่อการเกิดปฏิกิริยา Electrolysis ดังสมการที่ 3.4

Fe ---> Fe2+ + 2e-         (3.4)

       จากสมการที่ 3.4 เหล็กจะแตกตัวเป็นอิออน (Fe2+) และอิเล็กตรอนจะวิ่งไปตามเหล็ก ปฏิกิริยานี้เรียกว่า กระบวนการอะโนดิค (Anodic process) จากนั้น 2e- ที่เกิดจากปฏิกิริยาอะโนดิคจะไปรวมตัวกับน้ำและออกซิเจน ทำให้เกิดเป็นไฮดรอกซิลอิออน ((OH)-) ดังสมการที่ 3.5

4e- + O2 + 2H2O  ---> 4(OH)- (3.5)

       ปฏิกิริยาที่ 3.5 นี้เรียกว่า กระบวนการคะโธดิค (Cathodic process) จากนั้น จะเกิดปฏิกิริยาการเกิดสนิมขึ้น ดังสมการที่ 3.6

4Fe2+ + 6(OH)- + 3O2 --->  2Fe2O3 + 3H2O (3.6)

       โดยที่ Fe2O3 คือ เฟอริกออกไซด์ หรือสนิมที่เกิดขึ้นกับเหล็กเสริมในคอนกรีต

รูปที่ 1 การเกิดสนิมในเหล็กเสริมคอนกรีต

--------------------------------------------------------------

รูปงานก่อสร้างที่เหล็กเสริมมีโอกาสเกิดสนิมสูง

การก่อสร้างที่ดี ลดการเกิดสนิมได้เยอะ 

รุปที่ 2 การก่อสร้างที่คุณภาพต่ำ
(จะบอกว่าไม่ได้คุณภาพก็เกรงใจคนสร้าง เอารูปเขามา)

รูปที่ 3 คอนกรีตไม่หุ้มเหล็กเสริม