هجوم الكبريتات على الخرسانة والملاط

يحدث هجوم الكبريتات عادةً لألواح الطابق الأرضي الملامسة للتربة التي تحتوي على مصدر للكبريتات. ^{[ 1 ]} تنتقل الكبريتات المذابة بفعل رطوبة التربة إلى خرسانة اللوح حيث تتفاعل مع مختلف الأطوار المعدنية لعجينة الأسمنت المتصلبة.

ينشأ هذا الهجوم من التربة التي تحتوي على _أيونات SO₄²⁻ ^، مثل أملاح MgSO₄ _أو Na₂SO₄ _{القابلة للذوبان والممتصة} للرطوبة. تتفاعل هيدرات ألومينات ثلاثي الكالسيوم (C₃A ₎ أولًا مع أيونات الكبريتات لتكوين الإترينجيت (AFt). يتبلور الإترينجيت على شكل إبر صغيرة تنمو ببطء داخل مسام الخرسانة. بمجرد امتلاء المسام تمامًا، يمكن للإترينجيت أن يُولّد ضغط تبلور عالٍ داخلها، مما يُسبب إجهاد شد كبير في مصفوفة الخرسانة، مُؤديًا إلى تكوّن الشقوق. في النهاية، يمكن لأيونات Ca²⁺ الموجودة في حالة توازن مع ^{البورتلانديت} ( Ca(OH) _₂ ) وCSH والمذابة في الماء البيني للخرسانة أن تتفاعل أيضًا مع _أيونات SO₄²⁻ لترسيب _CaSO₄ ^· 2H₂O ₍ الجبس ) . يمكن أيضًا احتجاز جزء من أيونات SO ²⁻ _{4 أو امتصاصها في البنية الطبقية لـ CSH.} ^{[ 2 ]} تؤدي هذه التفاعلات المتتالية إلى ترسيب أطوار معدنية متمددة داخل مسامية الخرسانة المسؤولة عن تدهور الخرسانة والتشققات وفي النهاية انهيار الهيكل.

تعتمد عملية إماهة الأسمنت وتطور قوته بشكل أساسي على طورين من السيليكات: سيليكات ثلاثي الكالسيوم (C₃S ₎ ( الأليت )، وسيليكات ثنائي الكالسيوم ( _C₂S ) ( البيليت ). ^{[ 3 ]} عند الإماهة ، تكون نواتج التفاعل الرئيسية هي هيدرات سيليكات الكالسيوم (CSH) وهيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH) _₂ ، ويُرمز له بـ CH في ترميز كيميائيي الأسمنت . يلعب CSH دور المادة اللاصقة في عجينة الأسمنت المتصلبة، وهو المسؤول عن تماسكها. يحتوي الأسمنت أيضًا على طورين من الألومينات: C₃A _و C₄AF _، وهما على التوالي ألومينات ثلاثي الكالسيوم وألومينوفيريت رباعي الكالسيوم. نواتج إماهة C₃A _هي AFm، وهو أحادي كبريتات ألومينوفيريت الكالسيوم، والإترينجيت ، وهو ثلاثي كبريتات ألومينوفيريت الكالسيوم (AFt). أما C₄AF _فيتميه على شكل هيدروغارنيت وإترينجيت حديدي.

هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من هجوم الكبريتات، ويحدث عادةً عندما تكون المياه الجوفية المحتوية على كبريتات مذابة على اتصال بالخرسانة. تتفاعل أيونات الكبريتات المنتشرة في الخرسانة مع البورتلانديت (CH) لتكوين الجبس: ^{[ 2 ]}

عندما ينخفض ​​تركيز أيونات الكبريتات، يتحلل الإترينجيت إلى ألومينات أحادية الكبريتات (AFm):

عندما يتفاعل مع الخرسانة، فإنه يتسبب في تمدد البلاطة، مما يؤدي إلى رفعها وتشويهها وتصدعها، فضلاً عن ممارسة ضغط على الجدران المحيطة مما قد يتسبب في حركات تضعف الهيكل بشكل كبير.

بعض مواد الحشو التي يتم مواجهتها بشكل متكرر في أساسات المباني والتي تسبب هجوم الكبريتات هي التالية: ^{[ 1 ]}

• الرماد الأحمر ( الصخر الزيتي )
• الرماد الأسود
• الخبث
• رماد متطاير رمادي
• يمكن أن تسبب المواد الصناعية الأخرى ومخلفات البناء مشاكل أيضاً.

استُخدمت هذه المواد على نطاق واسع في شمال غرب إنجلترا نظرًا لتوافرها بكثرة، وكانت من مخلفات الصناعات مثل مناجم الفحم ومصانع الصلب والمسابك ومحطات الطاقة . ^{[ 1 ]}

إذا كان الجبس موجودًا بكميات زائدة في الخرسانة، فإنه يتفاعل مع ألومينات أحادي الكبريتات لتكوين الإترينجيت:

يمكن ملاحظة جبهة تفاعل واضحة المعالم في المقاطع الرقيقة ؛ أمام هذه الجبهة يكون الخرسانة طبيعيًا أو شبه طبيعي. أما خلف جبهة التفاعل، فيتغير تركيب الخرسانة وبنيتها المجهرية. وقد تختلف هذه التغيرات في نوعها أو شدتها، ولكنها تشمل عادةً ما يلي:

• تشققات واسعة النطاق
• توسع
• فقدان الترابط بين عجينة الأسمنت والركام
• يحدث تغيير في تركيبة عجينة الأسمنت المتصلبة، حيث تتحول مرحلة ألومينات أحادي الكبريتات إلى إترينجيت، وفي المراحل اللاحقة، إلى تكوين الجبس. ويتم توفير الكالسيوم الإضافي اللازم من خلال هيدروكسيد الكالسيوم وهيدرات سيليكات الكالسيوم الموجودة في عجينة الأسمنت.

ويتمثل أثر هذه التغييرات في فقدان عام لقوة الخرسانة.

تُعدّ التأثيرات المذكورة أعلاه نموذجية لتأثير محاليل كبريتات الصوديوم أو كبريتات البوتاسيوم . وتكون المحاليل التي تحتوي على كبريتات المغنيسيوم أكثر فعالية بشكل عام، عند نفس التركيز. ويعود ذلك إلى مشاركة المغنيسيوم أيضاً في التفاعلات، حيث يحل محل الكالسيوم في الطور الصلب مُكَوِّناً البروسيت ( هيدروكسيد المغنيسيوم ) وهيدرات سيليكات المغنيسيوم. ويترسب الكالسيوم المُزاح بشكل رئيسي على هيئة جبس.

• أكسدة البيريت في التكوينات الطينية الملامسة للخرسانة - ينتج عن ذلك حمض الكبريتيك الذي يتفاعل مع الخرسانة.
• يؤدي النشاط البكتيري في المجاري - عملية اختزال الكبريتات اللاهوائية في الحمأة الغنية بالمواد العضوية المتراكمة تحت الماء في القنوات - إلى إنتاج غاز كبريتيد الهيدروجين ( _H₂S ). بعد انطلاقه في هواء الأنفاق، يتأكسد H₂S بفعل الأكسجين الجوي إلى _حمض الكبريتيك .
• في أعمال البناء ، يمكن أن تتواجد الكبريتات الناتجة عن أكسدة البيريت في المواد الطينية في الطوب. وتُطلق هذه الكبريتات تدريجياً على مدى فترة طويلة من الزمن، مما يتسبب في هجوم الكبريتات على الملاط ، خاصة في الأماكن التي تتركز فيها الكبريتات بفعل حركة الرطوبة . ^{[ 4 ]}
• مياه البحر : الكبريتات هي الأنيون الثاني الموجود في مياه البحر بعد الكلوريد .

يتم تحديد أضرار الكبريتات من خلال مسح علاجي، ولكن غالباً ما يتم إغفالها عند إجراء مسح للرطوبة، حيث يمكن اعتبارها مشكلة هيكلية وليست مشكلة رطوبة، مع العلم أن الرطوبة ضرورية لتحفيز التفاعل. ^{[ 1 ]}

يُعدّ الفحص البصري الأولي وفحص مستوى البنية والتضاريس الأساسية خطوة أولى لتحديد وجود مشكلة الكبريتات. ولتحديد نوع وعمق الرواسب، يلزم حفر آبار استكشافية.

إذا وُجدت مياه في الطابق السفلي من المبنى، فقد يلزم استشارة مهندس إنشائي، وذلك بحسب مستوى الضرر أو الحركة التي لحقت بالجدران. ^{[ 1 ]}

يعتمد الإجراء العلاجي على شدة الهجوم وعلى المخاطر المرتبطة بتطوره.

إذا تطلبت الإصلاحات بسبب حجم الأضرار، فغالباً ما يجب هدم البلاطة المتضررة وإزالتها، ولا ينبغي استخدام الأنقاض كطبقة أساسية تحت البلاطة البديلة. ^{[ 1 ]}

• تدهور الخرسانة
• تآكل التنقر (تأثير الكبريت والكبريتيدات)