X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

کلر آزاد (Free Chloride) و کلر پیوندی (Bound Chloride)

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

مقدمه 

خوردگی آرماتور در داخل بتن یکی از دلایل اصلی تخریب سازه های بتن آرمه است. این اتفاق با از بین رفتن لایه محافظ سطح آرماتور در اثر کاهشPH    محیط اطراف آن تا حد مشخصی شروع می شود. از مهمترین عوامل کاهش PH بتن به نفوذ یون کلر می توان اشاره کرد.

یون کلر در داخل بتن پس از نفوذ به دو صورت می تواند وجود داشته باشد:

۱  کلر آزاد که در آب حفره ای بتن محلول می ماند.

۲  کلر پیوندی که هم بصورت فیزیکی و هم شیمیایی با دیگر ذرات داخل بتن می تواند پیوند داشته باشد.

مقدمه 

خوردگی آرماتور در داخل بتن یکی از دلایل اصلی تخریب سازه های بتن آرمه است. این اتفاق با از بین رفتن لایه محافظ سطح آرماتور در اثر کاهش PH     محیط اطراف آن تا حد مشخصی شروع می شود. از مهمترین عوامل کاهش PH     بتن به نفوذ یون کلر می توان اشاره کرد.

 

یون کلر در داخل بتن پس از نفوذ به دو صورت می تواند وجود داشته باشد:

۱ کلر آزاد که در آب حفره ای بتن محلول می ماند    .    

۲ کلر پیوندی که هم بصورت فیزیکی و هم شیمیایی با دیگر ذرات داخل بتن می تواند پیوند داشته باشد.

 

عامل اصلی کاهش PH     بتن ، کلر آزاد است. کلر پیوندی با کاهش غلظت کلر باعث می شود که پتانسیل موجود برای حرکت یونی کاهش یابد. همچنین در اثر پیوند کلر مقدار کلر فعال در سطح آرماتور کاهش می یابد . علاوه بر آن پیوند کلر می تواند با متراکم کردن منافذ موئینه در نفوذ یون کلر آزاد اثر بگذارد     .بنابر این برای پیش بینی زمان خوردگی آرماتور و عمر مفید سازه های بتن آرمه ، تشخیص این دو نوع کلر از یکدیگر بسیار اهمیت دارد. روشهای موجود عمدتاً مقدار کلر کل را می دهند و از آنجا که نسبت بین کلر آزاد و کلر پیوندی غیر خطی است ، ضریب D     بدست آمده بر اساس پروفیل کلر کل نمی تواند درست باشد.

 

برای این منظور ، بر روی تعدادی از مقالات منتشره در زمینه کلر آزاد و پیوندی بررسی و مروری انجام شد که خلاصه ای از نکات بدست آمده در ادامه می آید :

 

روشهای تعیین و تشخیص

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>  از رایج ترین روشهای موجود برای جدا سازی کلر به روش محلول در اسید می توان اشاره کرد  . در این روش بتن مورد نظر پودر شده و بر اساس استاندارد در معرض اسید نتیریک قرار می گیرد و با تیتراسیون محلول حاصل مقدار کلر آن تعیین می گردد. این روش سریع ترین روش موجود می باشد. در این آزمایش تقریبا اکثر کلر موجود در بتن جدا می شود اما تعداد ی از پیوندهای بسیار قوی باقی می مانند . به این ترتیب مقدار کلر حاصله بیانگر کل کلر موجود می تواند باشد. البته این روش دست پایین است و نتیجه آن به عواملی مختلفی مانند درصد اسید و دما بستگی دارد .

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>  روش دیگر حل پودر حاصله از بتن در آب است. در این حالت کلری که قبلاً در آب حفره ای وجود  داشته ، جدا می شود. البته تعدادی از پیوندهای ضعیف هم جدا می شوند. پس می توان مقدار کلر بدست آمده را بیانگر کلر آزاد دانست که روش را دست بالا می سازد.

     

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>  یکی دیگر از راههای جدا سازی کلر آزاد، خروج آب حفره ای از منافذ با استفاده از فشار است که البته در این روش هم امکان جدا شدن تعدادی از کلرها ی پیوندی وجود دارد . این روش برای قطعات نازک خمیر سیمان کاربرد دارد و در نسبتهای آب به سیمان بیشتر از ۴۵ / ۰ بهتر جواب می دهد.

     

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>  از دیگر راهها می توان به قرار دادن قطعه خمیر سیمان آزمایشی آلوده به کلر در محلول با غلظت مشخص اشاره کرد که در انتهای آزمایش با اندازه گیری غلظت یون کلر در محلول که در تعادل با آب حفره ای قرار گرفته است می توان به مقدار کلر آزاد پی برد. این روش بسیار وقت گیر است، مثلا یک سال وقت لازم است که خمیر سیمان به ضخامت ۱ سانتی متر به تعادل برسد. عده ای برای تسریع این روش نمونه را به قطعات کوچکتر خرد کرده اند که باعث ایجاد خطا در اثر آزاد شدن کلرهای پیوندی بیشتر و همچنین امکان تغییر درجه هیدراتاسیون می شود که ریز ساختار بتن و ظرفیت کلر پیوندی را تغییر می دهد.

 

در این روشها برای تسریع رسیدن به تعادل از خاصیت اولترا سونیک استفاده می کنند . عده ای خطای این روش را در تاثیر آن بر روی آزاد کردن کلر پیوندی و همچنین هیدراتاسیون دانسته اند.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>  با جمع بندی این روشها و با توجه به ریسک آزاد شدن کلرهای پیوندی، روش محلول در اسید در حال حاضر مناسبترین روش است.

 

تاثیر عوامل مختلف

در کلیه مقالات بر روی تعدادی از پارامترهای موثر در کلر پیوندی تحقیق شده است. در واقع درصد کلر پیوندی از اهمیت ویژه ای برخودار است و عده ای ضرورت در نظر گرفتن فاکتور ظرفیت کلر پیوندی برای مدلهای پیش بینی نفوذ کلر را مهم دانسته اند.

 

با توجه به مقالات پیوست نکاتی در مورد عوامل موثر بدست آمد که در ادامه ذکر می گردند:

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> در تمام مطالعات با افزایش مقدار C3A     ، مقدار کلر پیوندی بیشتر شده است . در سیمانهای با C3A     کم ، C4AF     می تواند کلر پیوندی تشکیل دهد. پس در تعیین کلر پیوندی مقدار کل C3A+C4AF     را باید در نظر گرفت .

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> در حضور سولفاتها، مقدار کلر آزاد افزایش می یابد.

این واقعیت به این ترتیب توضیح د اده شده که سولفاتها پیوندی قوی تر نسبت به یون کلر با محصولات هیدراتاسیون و آلومینوفریت ها تشکیل می دهند و به این ترتیب باعث کاهش کلر پیوندی شده و با افزایش کلر آزاد محلول در آب حفره ای باعث تسریع آغاز خوردگی می شوند. در تحقیق دیگری نشان داده شد که در حضور سولفات و کلرید، C3A      ترجیح می دهد با سولفات واکنش داده و اترینگات تشکیل بدهد.

در سیمانهای ضد سولفات     (SRPC)     ، کلر پیوندی C3F.CaCl2.10H2O  بوجود می آیدکه ناشی از واکنش C4AF است . در سیمان پرتلند معمولی (OPC) نمک فریدل عاملی اصلی تشکیل کلر پیوندی است .C3A.CaCl2.10H2O .

 در تحقیق جالب دیگری آب دریا با محلول با همان مقدار کلرید مقایسه گردید. در این مطالعه آب دریا منتهی به کلر آزاد بیشتری شد که دلیل آن ایجاد ترکیبات با سولفاتهای موجود در آب دریا می باشد ، یا به بیان دیگر اشغال جاهایی است که کلر می توانست پیوند تشکیل بدهد.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> مقدار کلرپیوندی با افزایش OH کاهش یافت.

رابطه بین کلر آزاد و پیوندی ناشی از آب دریا غیر خطی تر است که بدلیل وجود OH در آب دریاست.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> نوع کلر و یا منبع ایجاد یون کلر از مهمترین عوامل موثر در مقدار کلر پیوندی است.

به طور کلی کلرید کلسیم منجر به کلر پیوندی بیشتر می شود، که به دلیل ایجاد آسانتر نمک فریدل است . در بررسی های دیگر مشاهده است که کلرید کلسیم ترکیباتی با Ca(OH)2 تشکیل می دهد که NaCl آنها را ایجاد کند.

CaCl2+3Ca(OH)2 +12H2O= CaCl2.3Ca(OH)2. 12H2O

 

 در تحقیق دیگری بتن نگهداری شده در محلول CaCl2 , 3M  بر اثر انبساط حاصل از تولید

  CaCl2. Ca(OH)2 .10H2Oتخریب شده و پس از بررسی مشاهده گردید که کل هیدروکسید کلسیم مصرف شده بود.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> کلر پیوندی فیزیکی در اثر جذب کلر بر سطح ژل C-S-H حاصل از C3S و C2S و کلر پیوندی شیمیایی با تشکیل نمک در کنار C3A و C4AF بوجود می آیند.

عده ای اشاره کرده اند که کلر جذب شده در سطح ژل می تواند انتشار پذیری داشته باشد. واکنشهای دو نوع یون کلر در این رابطه عبارتند از:

 

۲NaCl+Ca3Al2O6. 6H2O+Ca(OH)2+4H2O = Ca3Al2O6 . CaCl2. 10H2O+2NaOH

 

CaCl2+Ca3Al2O6+4H2O = Ca3Al2O6.CaCl2 . 10H2O

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> مقدار کلر پیوندی به مقدار ژل C-S-H بستگی دارد و مستقل از نسبت آب به سیمان است. با این وجود عده ای در نسبتهای W/C زیاد به کلر پیوندی بیشتری رسیده اند.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> افزایش مقدار سیمان ، کلر پیوندی را بیشتر می کند. نرمی سیمان نیز در این مقدار اثر دارد.

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> در بررسی که بر روی چهار نوع ترکیب ماده سیمانی صورت گرفت نتایج زیر حاصل شد:

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   افزودن پوزولانها مقدار کلر پیوندی را افزایش می دهد.

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   تغییرات مقدار کلر آب حفره ای در ۲۸ روز اول بسیار زیاد است وبعد آن تقریبا متعادل می شود.

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   یون OH در ۹۰ روزگی به تعادل می رسد.

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   مقدار کلر آزاد باقی مانده به ترتیب زیر است : SF > OPC > PFA > GGBS

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   در بتن حاوی SF می توان انتظار داشت که آستانه کلر کم باشد.

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   با افزایش SF , PH بتن کمتر شد و کلر آزاد افزایش یافت . همچنین تولید نمک فریدل کمتر شد.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> با افزایش زمان و دمای عمل آوری ، کلر پیوندی بیشتری بوجود می آید.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> وقتی از قانون دوم فیک برای انتشار یون کلر استفاده می کنیم فرض می شود که مقدار D ثابت است و رابطه کلر آزاد و پیوندی دو ایزوترم توسط Langmuir و Freundlich به ترتیب برای غلظتهای یون کلر کمتر از O.O5 M و بیشتر از O.Ol M ارائه شده است.

 

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–> کربناتاسیون از دو جهت حائز اهمیت است :

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   با مصرف Ca(OH)2 در بتن باعث کاهش PH و پایین آمدن آستانه کلر می شود.

<!–[if gte vml 1]> <!–[if !vml]–>\"*\"<!–[endif]–>   در اثر مصرف Ca(OH)2 امکان ایجاد کلر پیوندی کم می شود و در حقیقت کلر آزاد بیشتر می شود.

 

نتایج عمده

<!–[if !supportLists]–>ü     <!–[endif]–>عامل اصلی کلر پیوندی بدون توجه به منبع کلر، مقدار C3A و C4AF است . هم C3A و هم C4AF نمک فریدل را می سازند.

<!–[if !supportLists]–>ü     <!–[endif]–>سولفاتها در سیمان پیوندهای قوی تری نسبت به کلریدها تشکیل می دهند و بخش اندکی از C3A و C4AF برای پیوند با کلر باقی می ماند.

<!–[if !supportLists]–>ü     <!–[endif]–>عامل اصلی پیوند فیزیکی جذب کلر در سطح ژل C-S-H است .

<!–[if !supportLists]–>ü     <!–[endif]–>CaCl2 با Ca(OH) ترکیباتی تشکیل می دهد که NaCl قادر به تولید آن نیست .

<!–[if !supportLists]–>ü     <!–[endif]–>افزودن پوزولانها ، کلر پیوندی را افزایش می دهد چرا که باعث تولید هیدرات آلومینات کلسیم بیشتری می شوند. دوده سیلیس کلر پیوندی را کاهش می دهد ولی با متراکم کردن ریز ساختار بتن در کاهش نفوذ یون کلر نقش مثبت دارد.

<!–[if !supportLists]–>ü     <!–[endif]–>کلر پیوندی ایجاد شده, در حضور سولفاتها و یا کربناتاسیون, آزاد می شود.

 

 

منبع : پدیدا بزرگترین مرجع علمی ایرانیان

ارسال نظر