سازوکارهای انتقال یون کلر به بتن
سازوکارهای انتقال یون کلر شامل موارد زیر می باشد:
- انتشار یونی (Ion Diffusion)
- نفوذ (Permeation)
- همرفت (Convection)
- جریان فتیله ای (Wick action)
- جذب (sorption) و واتراوش (Desorption)
- انتقال ترکیبی (Combined Transport)
انتشار یونی (Ion Diffusion)
انتشار، انتقال جرم ملکول های آزاد یا یون ها، در محلول منفذی به سبب یک جریان ویژه (خالص) از ناحیه با غلظت بالا به ناحیه با غلظت پایین ماده منتشره می باشد. این مد انتقال در رسانای کاملاً اشباع مانند سازه های بتنی کاملاً مغروق عمل می کند [۱و۲].مهاجرت (Migration)
مهاجرت (انتشار تسریع شده، انتشار الکتریکی و رسانایی الکتریکی) انتقال یون ها در الکترولیت ها به علت عمل میدان الکتریکی به عنوان نیروی محرکه می باشد. در میدان الکتریکی یون های مثبت به سوی الکترود منفی حرکت خواهند کرد و یون منفی به سوی الکترود مثبت [۱].
نفوذ (Permeation)
نفوذپذیری میزان جریان مایعات یا گازها از میان مصالح متخلخل که به وسیله ارتفاع فشار ایجاد شده اند، می باشد. نفوذپذیری بتن به ساختار منفذی و ویسکوزیته مایع یا گاز وابسته است. این مد انتقال برای سازه های بتنی در تماس با آب تحت ارتفاع فشار مثلاً در سازه های نگهداری مایع قابل ایجاد شدن است. بنابراین کلرید های حل شده و گازها بوسیله همرفت (جابجایی) بوسیله آب نفوذی به بتن انتقال می یابند [۱و۳].
مکش و جذب موئینه (Capillary Suction And Absorption)
جذب مؤئینه، انتقال مایع به سبب کشش سطحی عمل کننده در منافذ موئینه است، که به وسیله ویسکوزیته، دانسیته و کشش سطحی مایع و ساختار منفذی (شعاع، پیچ و خم و پیوستگی منافذ مؤئینه) و انرژی سطحی بتن تأثیر پذیر است. بنابراین کلرید می تواند در محلول مایع انتقال یابد.
همرفت (Convection)
انتقال (یا جابجایی افقی) روندی است که انتقال جسم محلول (مثل یون کلر یا سولفات) در نتیجه حرکت توده آب را توصیف می کند.
جریان فتیله ای (Wick action)
حرکت فتیله ای، انتقال آب و یون از میان سازه های بتنی شامل یک وجه دارای محلول آب و نمک و یک وجه خشک می باشد. همچنین در بتن در معرض سیکل تر و خشک رخ می دهد. حرکت فتیله ای خیلی اوقات به وسیله انتقال حکمفرما می باشد. این فرآیند جمع شدن یون کلر در بتن بخصوص نزدیک سطح خشک آن را نتیجه می دهد [۳].
جذب (sorption) و واتراوش (Desorption)
جذب سطحی، تثبیت مولکول ها روی سطح جامد به سبب نیروهای جرم در لایه های تک یا چند مولکولی می باشد. واتراوش، آزادسازی مولکول های جذب سطحی از سطوح جامد می باشد. در جذب سطحی کلریدها بوسیله ساختار منافذ ریز و مشخصات محصولات هیدراته و مخصوصاً مساحت سطح ویژه و بار سطحی دیواره های منافذ کنترل می شود [۱].
انتقال ترکیبی (Combined Transport)
مکانیسم انتقال به موقعیت مرزها و نیز به وضعیت رطوبت و توضیع آن در المان های بتن و افزودنی بتن موجود در آن بستگی دارد. نفوذ خالص محلول کلرید و نیز انتشار خالص یون های کلرید فقط برای بتن با رطوبت اشباع در صورتی که نیروهای موئینه نتوانند وارد عمل شوند، غالب است. اگر بتن خشک یا غیر اشباع در معرض محلول کلرید قرار گیرد، در این صورت جذب موئینه مکانیسم غالب می باشد. با این وجود ارتفاع فشار هیدرولیکی کوچک می‌تواند ورود به وسیله نفوذ را حمایت کند و همچنین انتشار یون ها با هم، یون ها را در میان فضای منافذ باریک که جریان موئینه دیگر رخ نمی دهد، حمل می کند [۱].
گذشته از این برای المان های بتن که بطور پیوسته غوطه ور در آب دریا هستند، این مدهای ترکیبی انتقال کلرید بطور آشکار در موارد زیادی برای سازه های بتنی در حال بهره برداری، غالب هستند. اهمیت نسبی مدهای گوناگون انتقال کلر بوسیله بررسی حساسیت پارامترهای کلیدی در پروفیل غلظت کلر تعیین می شود. الگوی انتقال بر اساس انتشار، همرفت و اتصال (مقید کردن) کلر استفاده می شود. معلوم گشت که نفوذ کلر فقط حساس به ضریب نفوذپذیری برای بتن با نفوذپذیری حدوداً بالاتر از 1*10^-13 متر بر ثانیه و به عمق پوشش زیاد است، نظربه اینکه نفوذپذیری پایین در حدود 2*10^-13 متر بر ثانیه، اجازه ورود کلرید فقط وابسته به ضریب انتشار می باشد. در جدول ذیل خلاصه ای از مکانیسم های اولیه انتقال کلرید در شرایط رویارویی مختلف آمده است:
مکانیسم های اولیه انتقال کلرید برای شرایط رویارویی مختلف [۱]
| مکانیسمهای اولیه انتقال کلرید | شرایط رویارویی |
| نفوذ، انتشار و شاید Wick action | مغروق (Submerged) |
| جذب مؤئینه، انتشار و همرفت | جزرومدی (Tidal) |
| جذب مؤئینه، انتشار و همرفت (همچنین کربناتاسیون) | پاشش (Splash) |
| جذب مؤئینه (همچنین کربناتاسیون) | ساحلی (Coastal) یا اتمسفر (Atmospheric) |
[۱]. Cement Concrete & Aggregates Australia (CCAA), “Chloride Resistance of Concrete”, Report, 2009.
[۲]. عزیزی مقدم، برمک.، “بررسی اثر زمان بر آهنگ نفوذ یون کلر در بتن با توجه به شرایط قرارگیری و پوشش سطحی”، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی دانشگاه تهران، ۱۳۸۴.
[۳]. Otieno M., Alexander M., Beushausen H., “Transport mechanisms in concrete and Corrosion of steel in concrete (initiation, propagation & factor affecting) and Assessment of corrosion”, CSIRG report, 2010.
