اگرچه تومازایت از سال 1878 به نوان یک هیدرات کربنات- سیلیکات- سولفات کلسیم کمیاب از ترکیب CaCO3.CaSiO3.CaSO4.15H2O شناخته می شده است، اما در دهه 1960 بود که برای اولین بار این ترکیب به عنوان یک محصول تخریب سیمان در بتن به صورت نسبتا عام شناخته شد. اولین گزارش مهمی که به صورت واضح تومازایت را به عنوان یک محصول تخریب بتن ثبت نمود، در یافته های پژوهشی بزرگراه ها در ایالات متحده به چاپ رسید. در این مقاله، وقوع این پدیده در دو لوله فاضلاب، در ملات و اساس هسته روسازی ذکر گردید.
در این مقاله با پیشینه ای از حمله سولفات ها در تخریب بتن آشنا خواهید شد.
برای مثال در لوله های فاضلاب، نواحی تخریب شده شامل بروسیت، کلسیت، سنگ گچ و تومازایت بوده است. در طول چند سال، وجود تومازایت، اغلب به همراه اترینگایت، نشان دهنده شرایط شامل حمله محلول های سولفات بوده است. در آن زمان هیچگونه تحقیق فنی درباره چگونگی تشکیل تومازایت صورت نگرفته بود.
اولین پدیده شناخته شده حمله سولفات تومازایت در اروپا، در فوریه سال 1969 در انگلستان در ملاتی حاوی سیمان پرتلند بنایی در داخل برخی خانه های جدید در حال ساخت در Stoke-on-Trent در فصل زمستان اتفاق افتاد. این سیمان بنایی که حاوی یک پرکننده (فیلر) سنگ آهک و یک افزودنی هوازا بود، برای دیوارهای داخلی این خانه ها به عنوان یک اندود به کار گرفته شده و روی آن با خمیر گچ جهت ظریف کاری پوشیده بود.
جایی که مخلوط به خوبی پخش نشده و در شرایط سرد و مرطوب اعمال شده بود، پوسته هایی در مدت شش تا هشت هفته با وجود تداوم شرایط سرد و مرطوب، ایجاد شده بود. این پوسته ها گاهی دارای قطری تا cm3 و حاوی هر دو ماده اترینگایت و تومازایت بودند که مشخصا حاصل حمله سولفات ها می باشند. تومازایت به شکل کریستالی بسیار ضعیف بود و فیلر سنگ آهک در برخی از واکنش های شیمیایی وارد شده بود.
پیشینه ای از حمله سولفات ها در تخریب بتن
به نظر می رسد که برخی از کریستال های تومازایت که در اینجا تشکیل می شوند، موجب بزرگ شدن بیش از حد برخی از کریستال های اترینگایت می شوند. اما هیچگونه دلیل مبنی بر میزان زیاد محلول جامد بین این دو کانی به دست نیامده است. عدم وجود واکنش انبساطی در سطح مشترک خمیر گچ - سیمان با پخش مناسب مخلوط تحت شرایط عادی، منجر به تخلخل پایین و در نتیجه محدود شدن ورود یون های سولفات شده است، چرا که ورود این یون ها مستلزم وجود حفرات پیوسته پر از رطوبت می باشد. اثرات انبساطی در جایی که سیمان بنایی حاوی پرکننده سنگ آهک به خوبی به کار رفته بود، و روی آن با خمیر گچ تحت شرایط غیر سرد و مرطوب پوشیده شده بود، مشاهده نگردید.
جستجوی گسترده ای در میان مراجع علمی و فنی در آن زمان نشان داد که هیچگونه کار آزمایشگاهی که چگونگی تشکیل تومازایت را توضیح دهد، وجود نداشت. در نتیجه، مطالعه جامعی به منظور سنتز تومازایت در دست اقدام قرار گرفت. بیش از 200 آزمایش در مقیاس کوچک برای مدت چهار سال در هوا با دمای C°4-1 با حضور آب اضافی انجام شد. مشخص شد که تومازایت به طور کلی تحت شرایط هنگامی تشکیل می شود که یون های کربنات (شامل CO2 موجود در هوا در برخی آزمایشات)، سیلیکات و سولفات به همراه آب اضافی و یون های کلسیم کافی وجود داشته باشند. تحت این شرایط سرد و مرطوب، نمونه هایی از سیمان پرتلند (شامل سیمان پرتلند مقاوم در برابر سولفات) و سیمان پرتلند بنایی، مقداری تومازایت تشکیل دادند. در هیچکدام از آزمایشاتی که در دمای محیطی (حدود C°20)، هیچگونه تومازایتی تشکیل نشد. در اوایل دهه 1970، نمونه هایی از تومازایت در مصالح ساختمان های آسیب دیده، در مراجع علمی و فنی گزارش گردید.
پر بازدیدترین مطالب وب سایت کلینیک بتن را در این بخش دنبال نمایید
روش های نوین آب بندی بتن و اعضای بتنی
نحوه اتصال دیوار به ستون بتنی یا وال پست چگونه است؟
سنگ مصنوعی و تکنولوژی ساخت آن (سیستم سمنت پلاست)
آنچه درباره حمله سولفات تومازایت جدی است آن است که جزء چسباننده اصلی سیمان سخت شده، C-S-H، به تومازایت تبدیل می شود که یک ماده پودری غیرچسباننده بوده و دارای هیچگونه مقاومت فشاری طبیعی نمی باشد. پرسش اصلی که مطرح شده بود عبارت بود از اینکه چرا تشکیل تومازایت در دماهای پایین تر تسهیل شده بود. پاسخ این پرسش از طریق دامنه وسیعی از بررسی های دستگاهی شامل کریستال شناسی پرتو X طیف سنجی مادون قرمز مشخص گردید که نشان داد که ساختار تومازایت شامل سیلیسیوم احاطه شده توسط شش گروه هیدروکسیل و نه بطور معمول چهار گروه می باشد.
هماهنگی ش سیلیسیوم توسط هیدروکسیل (گروه های OH) یا مستقیما توسط اکسیژن بسیار نادر و کمیاب بوده و معمولا مستلزم فشار بالا یا دمای پایین به منظور تسهیل چنین آرایش مولکولی می باشد. یک مشخصه مهم تومازایت آن است که پس از شکل گیری، تا حدود C°110 پایدار می باشد و پس از آن به شدت به یک ساختار نامنظم به نام شیشه تومازایت تجزیه می شود. این ماده در برابر تغییرات دمایی مربوط به حرارت دهی ملایم، نسبت به اترینگایت که در دمای زیر C°100 شروع به تجزیه می کند، کاملا پایدارتر می باشد.
با بهره گیری از درک آنچه اتفاق افتاده و مشاهده شده است، واضح است که در گذشته اغلب تومازایت با اترینگایت کربناته اشتباه می شده است که این امر ناشی از تفاوت داده های گزارش شده در مراجع علمی قدیمی تر برای DTA، ریزسنجی نوری و طیف سنجی مادون قرمز بوده است. پراش (انکسار) پرتو X معمولا بهترین روش برای تعیین مشخصات تومازایت می باشد، زیرا فواصل d در شبکه کریستال اصلی برای تومازایت و اترینگایت به اندازه کافی از یکدیگر فاصله دارند که شناسایی مشتقل این دو کانی به طور واضح امکان پذیر گردد. از آن به بعد، روش های دستگاهی ارتقا یافتند و چنین شناسایی هم اکنون آسان تر می باشد. جای تعجب نیست که تومازایت اکنون در بسیاری از کشورها به عنوان یک محصول خرابی مورد بررسی و شناسایی قرار گرفته است.
دوسوکلر، در دانشگاه گنت، بلژیک، به این کشف مهم دست یافت که قابلیت انبساطی تومازایت تشکیل شده از اترینگایت از طریق مسیر وودفوردیت، بسیار کمتر از انبساط حجمی اترینگایت می باشد. و دریافت که تومازایت تنها حدود 45% از حجم اترینگایتی را که از آن به وجود می آید، اشغال می نماید.