حمله شیمیایی به بتن، موضوع نسبتا پیچیده ای می باشد، چرا که ساختار شیمیایی خود بتن پیچیده بوده و این ماده در محیط های بسیار گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد. از میان انواع تخریب شیمیایی که در درجه اول به تغییرات شیمیایی روی داده در داخل خمیر سیمان هیدراته مربوط می شود، حمله سولفات ها به شکل های مختلف آن، شاید شایع ترین تهدید برای دوام بتن باشد، اما حمله اسیدها نیز در مجاری بتنی فاضلاب، خاک ها، سیلوها و کارخانه های لبنیات سازی و غیره، می تواند اتفاق بیفتد و باکتری ها می توانند حملات اسیدی و سولفاتی در محیط های مختلف را تعدیل نمایند.

کارشناسان ما در کلینیک بتن ایران شما عزیزان را با تخریب شیمیایی بتن آشنا خواهند کرد.

حمله اسیدی به بتن ساخته شده با سیمان پرتلند دور از انتظار نمی باشد، زیرا کلیه فازهای موجود در خمیر سیمان بازی بوده و بسیار از آنها (مثلا هیدروکسید کلسیم) به سادگی در اسیدها حل می شوند. عموما حمله اسیدی منجر به تخریب ماده چسباننده و افت مقاومت بتن و در نهایت تخریب آن بخش از عضو می گردد.

برخلاف حمله اسیدی، حمله سولفاتی معمولا شامل واکنش های انبساطی بوده که منجر به ترک خوردگی و تخریب مداوم بتن، افت مقاومت و کاهش عملکرد آن می شود. چندین فرآیند مختلف در این باره ممکن است وجود داشته باشد و تحقیقات بر روی این موضوع در سال های اخیر رشد قابل ملاحظه ای داشته است به گونه ای که نویسنده را بر آن می دارد که وضعیت موجود را پیچیده تر و مبهم تر از یک وضعیت کمی پیچیده، توصیف نماید.

تعمیر بتن های تخریب شده

صرف نظر از تلاش جهت حل این پیچیدگی، این موضوع به خودی خود مورد توجه و علاقه می باشد به گونه ای که با وجود تشابهات و تداخل های موجود و نیز با وجودی که بسیاری از فعالان در این زمینه ممکن است طبقه بندی های دیگری را ترجیح دهند، ما تلاش می کنیم تا مجموعه ای ساده شده از سه گروه زیر را ارائه نماییم:

• حمله سولفاتی شامل تشکیل اترینگایت منبسط شونده همراه با دیگر واکنش ها، که در آن سولفات اساسا از محیط خارج وارد می شود.
• حمله سولفاتی تومازایتی (TSA)، یک حمله ترکیبی که مستلزم وجود هر دو منبع سولفات و کربنات می باشد.
• تشکیل اترینگایت تاخیری (DEF)، حمله سولفاتی ناشی از عمل آوری با حرارت شدید، که در آن منبع سولفات در داخل بتن می باشد.

جدا از TSA، اینگونه تصور می شود که مکانیزم های معمول حمله سولفاتی شامل تغییراتی در ساختار شیمیایی فازهای آلومینات هیدراته در بتن می باشد (همراه با دیگر فرآیندهایی که وابسته به ماهیت کاتیون هایی هستند که با آنیون های سولفات همراه می شوند). TSA در حمله به هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) استثنا می باشد.

بنابراین بسیاری از موارد حمله سولفاتی ممکن است اصولا با استفاده از یک سیمان سیلیسی (براساس آلیت و بلیت) خنثی شود که در آن فازهای آلومینات وجود ندارند. اما تولید چنین سیمانی بسیار پرهزینه می باشد، زیرا آلومینات و فریت ها در کوره به عنوان کاتالیزور عمل می کنند که دما و زمان سوختن سیمان را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهند.

همچنین آلومینات ها به طور طبیعی در اغلب منابع سیلیکاتی در مقیاس بزرگ، وجود دارند. سیمان های پرتلند مقاوم در برابر سولفات ها (SRPC) (4027 BS، 1996) با مقادیر کم آلومینات قابل حصول بوده (با صرف هزینه اندک) و در برابر حمله سولفات ها به فازهای آلومینات هیدراته مقاومت می نمایند، اگر چه در برابر TSA آسیب پذیر بوده و ممکن است مورد حمله نمک ها چون سولفات منیزیم قرار گیرند که این نمک ها نه تنها ممکن است اثر نامطلوبی بر آلومینات ها داشته باشند، بلکه می توانند برای محصولات هیدراسیون مانند CH و C-S-H نیز مضر باشند.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش دنبال نمایید
آشنایی با تخریب کننده بتن یا همان کتراک
عوامل تخریب بتن و راه کارهای ترمیم بتن
پیشینه ای از حمله سولفات ها در تخریب بتن

از آنجا که شرایط محیط های سولفاتی در کشورهای مختلف متفاوت می باشد، انتخاب سیمان پرتلند مقاوم به سولفات (SRPC) توازنی است میان عملکرد و هزینه، و مشخصات نیز مطابق استانداردهای ملی حفظ می شود، اگر چه این مطلب هنوز در استاندارد سیان مرسوم اروپا وجود ندارد.

برای یافتن مقدمه ای کلی در رابطه با ساختار شیمیایی سیمان، خواننده می تواند به کتاب های استاندارد مربوط به بتن (نویل، 1995؛ میندس و همکاران، 2002) یا سیمان (بنستد و بارنز، 2002؛ بای، 1999؛ هولت، 1998؛ تیلور، 1997؛ لیا، 1970) مراجعه نماید. در اینجا تنها یک طرح کلی ساده ارائه شده است. کلینکر سیمان خارج شده از کوره شامل مواد زیر می باشد:

• سیلیکات های کلسیم

الیت (C₃S ناخالص)

بلیت (C₂S ناخالص)

• آلومینات کلسیم

C₃A ناخالص

فازهای مختلف فریت که تقریبا شامل C₄AF بوده اما شامل دامنه وسیعی از ترکیبات و مقادیر زیادی جایگزین می باشد.

همه این فازها با سرعت های مختلفی با آب ترکیب می شوند که منجر به تولید محدوده ای از سیلیکات ها و آلومینات های هیدراته به همراه هیدروکسید کلسیم می گردد. C₃A وقتی در مقادیر بسیار زیاد وجود داشته باشد، موجب گیرش لحظه ای یا ناگهانی می شود (یعنی حرارت زایی سریع و سفت شدگی اولیه و جلوگیری از سخت شدگی بعدی) مگر آنکه مقادیر کمی از سولفات به سیمان اضافه شود تا هیدراسیون آن را اصلاح نموده و از این مشکل احتمالی جلوگیری نماید. در گذشته سنگ گچ (ژیپس) اضافه می شود که اغلب حین آسیاب کردن، به طور جزئی دی هیدراته (آب زدایی) می شد، و نقش آن در تنظیم گیرش سیستم های شامل سیمان پرتلند در منابع دیگر بررسی شده است.

امروزه به جای آن، معمولا از سولفات آهن (II) به منظور کاهش C_r(VI) جهت تطابق با راهنمای EC EU/53/2003 استفاده می شود.

جدول 4-1 سیستم مختصر نویسی را که معمولا برای نشان دادن اکسیدها در ساختار شیمیایی سیمان استفاده می شود، توصیف شده است. برای اهداف بررسی حمله سولفات، و با فرض اینکه سنگ گچ منبع سولفات باشد، می توان هیدراسیون فاز آلومینات را در سنین اولیه هنگامی که اترینگایت، C₆AS₃H₃₂، شکل می گیرد، به صورت زیر ساده سازی نمود:

(4-1) C₃A+26h+3CSH₂=C₆AS₃H32

آلومینیم موجود در اترینگایت تا حدی به میزان جزئی توسط آهن جایگزین شده که شکل ناخالص آن به صورت Aft می باشد که A و F نشان دهنده حضور آلومینیم و آهن و t نشان دهنده «تری سولفات» می باشد.

در مراحل بعدی هیدراسیون سیمان، سنگ گچ تمام شده و آلومینات بیشتری با اترینگایت واکنش می دهد تا فازهای C₄ASH₁₂ یا AFm تشکیل شوند که در آن m نشان دهنده «مونوسولفات» می باشد (واکنش 4-2). علاوه بر AFm حاوی سولفات، فازهای AFm هیدروکسی (و کربنات) مانند C₄(A,F)H₁₃ و هیدروکالومیت نیز ممکن است بسته به آنیون های موجود، تشکیل شوند. این ترکیبات می توانند در محلول های جامل با فازهای AFm سولفات وارد شوند.

جدول 4-1- سیستم نشانه های اختصاری شیمیایی سیمان (CCNS)

(4-2)   2C₃A+C₆AS₃H₃₂+4H=3C₄ASH₁₂

هیدراسیون سیلیکات های کلسیم را می توان به طور تقریبی با واکنش رابطه (4-3) تخمین زد. هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) که تشکیل می شود، در واقع غیر متوازن بوده و بسته به شرایطی که تحت آن تشکیل می  شود، دارای ترکیبات متغیری می باشد؛ در اینجا ما آنرا به صورت C₃S₂H₃ نمایش می دهیم اما نسبت درست CaO/SiO₂ معمولا نزدیک به 7/1 می باشد:

(4-3)   2C₃S+6H=C₃S₂H₃+3CH