ما هو هجوم الكبريتات في الخرسانة؟
يمكن مهاجمة خرسانة الأسمنت البورتلاندي بالمحاليل التي تحتوي على أيونات الكبريتات، مثل بعض المياه الجوفية الطبيعية أو الملوثة. كما أن التربة التي تحتوي على الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم وكبريتات الكالسيوم هي المصادر الرئيسية لأيونات الكبريتات في المياه الجوفية. تم الإبلاغ عن هجوم الكبريتات على الخرسانة كان سببًا في أضرار جسيمة للخرسانة لأكثر من قرن.
يمكن أن يؤدي الهجوم إلى فقدان القوة والتوسع وتشظي الطبقات السطحية وفي النهاية تفكك. الإترينجيت (C3A.3CaSO4.32H2O)، الثوماسايت (CaCO3.CaSO4.CaSiO3.15H2O)، والجبس (CaSO4.2H2O) هي ثلاثة معادن، توجد بين منتجات تدهور المواد الأسمنتية المعرضة لهجوم الكبريتات. بحيث يعتبر تشكيل الإيترينجيت هو السبب في معظم تمدد وتعطيل الهياكل الخرسانية المتأثرة بهجوم الكبريتات.
هجوم الكبريتات هو التفاعل بين المكونات الخرسانية وأيونات الكبريتات في المحلول المسامي للخرسانة ممّا يؤدي إلى إنتاج منتج جديد بحجم مولاري كبير نسبيًا. ويمكن أن يكون لهجوم الكبريتات أصل داخلي ممّا يعني أن الهجوم يحدث دون أي مساهمة من البيئة المحيطة.
أيضًا يمكن أن يكون لهجوم الكبريتات أصل خارجي حيث تخترق الكبريتات في التربة أو المياه الجوفية إلى الخرسانة وتطور هجوم الكبريتات. كلا النوعين يؤديان إلى زيادة في الحجم بسبب تأخر إنتاج إترينجيت وهو منتج موسع. وهذا يولد ضغوطًا تتجاوز مقاومة الشد للخرسانة مما يؤدي إلى تكسير وتفكك الخرسانة.
ما هي أنواع هجوم الكبريتات في الخرسانة؟
أولاً: هجوم الكبريتات الداخلية في الخرسانة
يتطور داخليا دون أي مساهمة من البيئة، وَيحدث عندما يتم دمج مصدر الكبريتات في الخرسانة أثناء عملية الخلط. على سبيل المثال، استخدام الركام الغني بالكبريتات وزيادة الجبس المضافة في الأسمنت أو التلوث. حيث يعتبر تكوين الجيت المتأخر حالة خاصة لهجوم الكبريتات الداخلية. ويحدث في الخرسانة التي تمت معالجتها في درجات حرارة مرتفعة مثل المعالجة بالبخار أو في حالة الهياكل الضخمة.
تشير كلمة متأخر إلى أن إترينجيت لا يمكن أن يتشكل أثناء ترطيب الأسمنت، بسبب ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط. ومن ثم، يظهر بعد عدة أسابيع أو شهور أو سنوات بعد الصب. ويحدث الضرر الذي يلحق بالخرسانة عندما تمارس بلورات الإيترينجيت قوة توسعية داخل الخرسانة أثناء نموها.
يحدث هجوم الكبريتات الداخلية في الخرسانة عند دمج مصدر كبريتات في الخرسانة عند خلطها. ومن الأمثلة على ذلك استخدام الركام الغني بالكبريتات، وزيادة الجبس المضاف في الأسمنت أو التلوث. كما يجب أن تتجنب إجراءات الفحص والاختبار المناسبة بشكل عام هجوم الكبريتات الداخلي.
1- مصدر هجوم الكبريتات الداخلية في الخرسانة:
أيونات الكبريتات في المكونات الخرسانية مثل الأسمنت والماء والركام والخلط هي سبب هجوم الكبريتات الداخلية.
2- تأثير هجوم الكبريتات الداخلية على الخرسانة:
يخلق شبكة صدع على سطح الهيكل. ولا يؤدي التكسير إلى إضعاف قدرة الهيكل على تحمل حمل تصميمه فحسب، بل قد يؤثر أيضًا على متانته ويضر بمظهره، ويؤدي إلى تدهور عام للخرسانة.
ثانياً: هجوم الكبريتات الخارجية في الخرسانة
إنّه نوع أكثر شيوعًا من هجوم الكبريتات الذي يتطور بسبب دخول الكبريتات الموجودة في التربة أو المياه الجوفية إلى الخرسانة. ومن ثم، تتفاعل الكبريتات مع المكونات الخرسانية وبالتالي يتشكل ناتج التمدد. كما ستعاني الخرسانة من تأثيرات ضارة مختلفة تؤدي إلى فقدان القوة. وبشكل عام، يبدأ التدهور في منطقة التلامس بين الخرسانة والبيئة المحتوية على الكبريتات. كما سنناقش أدناه تأثيرات هجوم الكبريتات الخارجية.
1- تأثير هجوم الكبريتات الخارجي على الخرسانة:
- تكسير واسع النطاق للخرسانة.
- توسيع الرابطة بين مكونات الخرسانة.
- فقدان الرابطة بين معجون الأسمنت والركام.
- تغيير تكوين العجينة، مع تحول الطور أحادي الكبريتات إلى إترينجايت، وفي مراحل لاحقة، تكوين الجبس يتم توفير الكالسيوم الإضافي الضروري بواسطة هيدروكسيد الكالسيوم وهيدرات سيليكات الكالسيوم في عجينة الأسمنت.
التأثيرات المذكورة أعلاه نموذجية للهجوم بواسطة محاليل كبريتات الصوديوم أو كبريتات البوتاسيوم. كما أن المحاليل التي تحتوي على كبريتات المغنيسيوم تكون بشكل عام أكثر عدوانية لنفس التركيز. وذلك لأن المغنيسيوم يشارك أيضًا في التفاعلات، حيث يستبدل الكالسيوم في المراحل الصلبة بتكوين البروسيت (هيدروكسيد المغنيسيوم) وهيدرات سيليكات المغنيسيوم. ومن ثم، يترسب الكالسيوم المزاح بشكل رئيسي على شكل جبس.
2- مصادر هجوم الكبريتات في الخرسانة:
- محاليل كبريتات الصوديوم.
- محلول كبريتات البوتاسيوم.
- كبريتات المغنيسيوم، يسبب الهجوم الأشد لنفس التركيز مقارنة بالحلول الأخرى.
- مياه البحر.
- أكسدة معادن الكبريتيد في الطين المجاور للخرسانة، حيث يمكن أن ينتج حمض الكبريتيك الذي يتفاعل مع الخرسانة.
- التأثير البكتيري في المجاري وتنتج البكتيريا اللاهوائية ثاني أكسيد الكبريت الذي يذوب في الماء ثم يتأكسد ليشكل حامض الكبريتيك.
