حمله سولفات تومازایت

در دهه 1990، در اعضای بتنی پل­های تعدادی از بزرگراه­های 30 ساله در نزدیکی چلتنهام، گلوسترشایر، غرب انگلیس، حمله سولفات تومازایت (TSA) گزارش شد، که ایجاب کرد دولت انگلیس گروه متخصص تومازایت (TEG) را تشکل دهد. این موضوع مورد توجه محققین قرار گرفت و اولین کنفرانس بین المللی TSA در ژوئن 2002 در انگلیس برگزار شد.یکی از محصولات پرکاربرد صنعت ساختمان روان کننده بتن است که میتوانید تنوع این محصولات را در سایت کپکو مشاهده بفرمایید.

این مطلب را هم بخوانید: الزامات بتن‌ریزی در هوای گرم و افزودنی‌های بتن وابسته

حمله سولفات تومازایت (TSA) نوع خاصی از حمله سولفاتی است که معمولاً به دلیل در دسترس بودن کربنات­ها / بی کربنات­ها در ماتریس سیمانی با رطوبت فراوان و دمای پایین رخ می­دهد. شکل­گیری تومازایت بتن را به یک جسم بدون انسجام و هیچگونه قابلیت چسبندگی یا باربری تبدیل می­کند. داده­های میدانی و آزمایشگاهی نشان می­دهد که میزان TSA به عوامل مهم متعددی از جمله شرایط قرار گرفتن در معرض (به عنوان مثال نوع و غلظت سولفات، تغییر دما، رطوبت نسبی و …) و اجزای بتن (به عنوان مثال نوع سیمان، شامل مواد سنگ آهک، نوع و دوز مواد سیمانی مکمل) بستگی دارد. TSA در بتن به عنوان یک مکانیسم آسیب­رسان، از نظر روش­های آزمایش، عوامل تأثیرگذار و الزامات استاندارد در آمریکای شمالی و اروپا مورد بحث قرار گرفته است.

شکل 1 – بتن­های آسیب دیده توسط

تشکیل تومازایت به دو صورت مستقیم (Direct route) وغیرمستقیم (Indirect route) (باتشکیل اترینگایت و بدون آن) همانطور که در تصویر زیر به نمایش درآمده است، صورت می­گیرد.

عوامل موثر بر میزان تومازایت:

محلول سولفات

یون کلرید

دما

میزان pH

شرایط در معرض قرار گرفتن

طرح مخلوط

دما

پایداری تشکیل تومازیت به دما بستگی دارد و معمولاً در دماهای پایین (5-15 درجه سانتی­گراد) اتفاق می­افتد ( اگرچه در مطالعات آزمایشگاهی و میدانی تومازایت در دماهای بالاتر نیز گزارش شده است).

تشکیل تومازایت در دماهای پایین رخ می دهد زیرا:

(الف) تومازیت بسیار نامحلول است،

(ب) Si (OH)₆ پایدارتر هستند،

(ج) حلالیت CO₂ در آب افزایش می­یابد،

و (د) پرتلندایت محلول­تر است.

علت تشخیص تومازایت در دماهای بالاتر ممکن است به این دلیل باشد که تومازایت در طیف وسیعی از دمای آدیاباتیک (به طور مثال 20-25 درجه سانتی­گراد) پایدار می­ماند و در حدود 110 درجه سانتی­گراد تجزیه می­شود و شیشه تومازایت را تشکیل می­دهد که دارای یک ساختار بلوری بی نظم است.

این مطلب را هم بخوانید: انواع جمع‏ شدگی در بتن

با توجه به گزارش یک مطالعه موردی میدانی، تومازایت جمع آوری شده از یک سازه تاریخی در دمای پایین، هنگامی که در دمای 40 درجه سانتی­گراد نگهداری شود، پایدار باقی مانده است. با این حال، در رطوبت نسبی پایین (حدود 35 درصد) و دمای بالاتر (60 درجه سانتی­گراد) شروع به تجزیه می­کند.

نودسن مشاهده کرد که تومازایت در دمای 23 درجه سانتی­گراد تشکیل می­شود، اما او پیش بینی کرد که فراتر از دمای اتاق، سرعت شکل­گیری آن کند است. دایموند، شکل­گیری تومازایت را در یک مطالعه موردی در اورنج در جنوب کالیفرنیا، که در آن دمای میانگین روزانه حدود 20 درجه سانتی­گراد برای دهه 1990–2000 بود، تجزیه و تحلیل کرد. وی نتیجه گرفت که تومازایت ممکن است در شرایط مناسب مختلف به جای اینکه فقط در دماهای پایین مطلوب ایجاد شود، به طور گسترده­ای تشکیل شود. کالپاردی در برخی از بناهای تاریخی با دمای بالاتر (> 20 درجه سانتی­گراد) در ایتالیای جنوبی تومازایت مشاهده کرد. در یک پروژه آزمایشگاهی، باسونی و نهدی،  TSA را روی نمونه­هایی که در معرض حمله سولفات سدیم و دمای چرخه­ای (20 درجه سانتی­گراد و 45 درجه سانتی­گراد) و RH (100-35 درصد) مشاهده کردند. در این مطالعه، تومازایت به احتمال زیاد در دمای پایین تشکیل شده و در دمای بالاتر پایدار مانده است، که مطابق با پایداری حرارتی این ماده معدنی است که توسط یک روش تجزیه و تحلیل حرارتی مانند differential scanning calorimetery (DSC) ارزیابی می­شود. در ترموگرام­های DSC، تجزیه تومازایت از حدود 60 درجه سانتی­گراد شروع می­شود و در حدود 90-110 درجه سانتی­گراد به حداکثر میزان خود می­رسد (محدوده همپوشانی بین اترینگایت و تومازایت).

مقابله با TSA

همانطور که در شکل زیر پیشنهاد شده است، مقاومت بتن در برابر TSA می­تواند با ایجاد برخی محدودیت­های فیزیکی و شیمیایی بهبود یابد. ساخت بتن با نفوذپذیری پایین (مقاومت فیزیکی: نسبت آب به سیمان کم، مقدار سیمان کافی، SCMها، بتن ریزی و تراکم مناسب، عمل­آوری کافی) اولین عمکرد دفاعی در برابر TSA است که باعث کاهش سرعت حرکت رطوبت، سولفات و CO₂ به بتن می­شود.

علاوه بر این، مقاومت شیمیایی بتن در برابر TSA می­تواند با محدود کردن میزان C₃A، CH و سنگ آهک بهبود یابد، که می­تواند با استفاده از میزان حداقل برخی از SCMها حاصل شود. به عنوان مثال، سرباره و خاکستر بادی نوع F با حداقل دوزهای %25 و %40، به ترتیب فازهای آلومینات و کربنات را در OPC و PLC رقیق می­کنند و مقدار CH را در خمیر هیدراته کاهش می­دهند.