Ettringit okozta szulfátkorrózió mésszel kezelt talajban

Ettringit okozta szulfátkorrózió mésszel kezelt talajban

Szerző: 
Vaszita Emese
CsatolmányMéret
Etringit.pdf823.88 KB

A csatolt anyagban Little et al, (2005) kísérletet tettek mésszel kezelt talajok ettringit képződéssel járó szulfátkorróziója termodinamikai modellezésére, azzal a szándékkal, hogy geokémiailag előrejelezhetővé és kontrollálhatóvá tegyék ezt a talajt károsító és roncsoló folyamatot.

Mész, mészhidrát, kalcium tartalmú cement vagy puzzolán stabilizáló anyag adagolása szulfáttartalmú agyagos talajba, ettringit, esetleg traumazit képződéshez vezethet, roncsolva és károsítva a talaj szerkezetét (Little et al, 2005).

Ettringit

Az ettringit a szulfátok, szelenátok, kromátok stb. ásványcsoport ettringit ásványcsoportjába tartozik. Az ásványcsoport általános képlete: (Ca6(X(OH)6)2(Y)3*26H2O), ahol az X egy három vegyértékű fém, például Al3+, Fe3+ vagy Cr3+ és az Y egy oxi-anion, mint például SO42-, CO32-, SeO42-, vagy CrO42- (Barnet, Adam et al, 2001, Jacobson et al, 2003). Az ásványcsoporton belül más ionok is helyettesíthetők, mint például a B(OH)4- és AsO43, de ez általában nem jellemző felszíni környezetben. Az ettringit víztartalmú mész-aluminium-szulfát, (Ca6(Al(OH)6)2(SO4)3*26H2O). Erősen lúgos és szulfát-aktív környezetben, Ca, SO42- és Al jelenlétében csapódik ki. Az ettringit kis, rostos kristályokat alkot. Az ettringit képződhet betonban és talajban is, mindkét esetben térfogat- növekedéssel jár és káros duzzadást, szulfátkorróziót okoz (Riesz, 1989). Az ettringit a taumazittal elegykristályt alkot.

Taumazit

A taumazit (Ca3(Si(OH)6)(CO3)(SO4)*12H2O), természetben is előforduló ásvány, az ettringit ásványcsoport sziliciumtartalmú eleme, amely szilárd oldatot képez az ettringittel (Barnett et al, 2001).  A taumazit képződésének feltétele általában az ettringit megléte. A taumazit 15 Celsius fok alatti hőmérsékleten, SiO2 és karbonát ionok jelenlétébe képződik (Jalad et al, 2003; Crammond et al, 2002; Barnett et al, 2001). A taumazitképződés az elsődleges ettringit képződéshez hasonlóan, a szabad szemmel nem látható mikropórusokat és repedéseket tölti ki. Egyrészt duzzadást és repedezést okoz a talajban, másrészt a cementben csökkenti a szilárdsághordozó C-S-H vegyületek kötőerejét (Lévai és Laczkó, 2006). A taumazit természetes ásványként Magyarországon is előfordul, egyik legutóbbi erre utaló publikáció a mészkőbányájáról ismert devon kori polgárdi Szár-hegy szilikátos ásványai között, mintegy 2 mm-es, hatszögletű, hasáb alakú kristályokként azonosítja (Fehér és Sajó, 2003). Előfordul azonban bazaltbányákban is, például Veszprém megyében a Haláp-hegyi és Sarvaly-hegyi kőfejtőben. Ennél jóval fejlettebb példányait többek között a miskolci Herman Ottó, valamint a veszprémi Bakony Múzeumban is őrzik (Herman Ottó Múzeum ásványtára).

Ettringit képződés termodinamikai modellezése mésszel kezelt talajban 

Az ettringitnek jelentős szerepe van a cement és a megszilárdult beton, a geotechnikai elemekkel stabilizált talaj, valamint a mésszel kezelt szulfáttartalmú talaj szulfátkorróziójában (Jalad et al, 2003; Waren et al, 1994; Crammond et al, 2002).

Az ettringit okozta károsodást a talajban több tényező befolyásolja, mint például az ettringit képződését elősegítő termodinamikai feltételek a talajban, az ettringit képződését sztochiometrikusan limitáló reagensek mennyisége a talajban, a víz, a szulfát és más, az ettringit nukleációját folyamatosan elősegítő ionok mozgása a talajban, a puzzolán vagy cementtartalmú mátrix szilárdsága és az ettringit kristályok térbeli elhelyezkedése a talajmátrixban. Mivel a mésszel kezelt talaj oldott szulfáttartalma jelentősen befolyásolja az ettringit képződését, Little et al, (2005) egy termodinamikai geokémiai modell segítségével meghatározták egy adott talajra azt a maximum, megengedhető oldható szulfáttartalmat, mely alatt az ettringit képződés nem károsítja a talaj szerkezetét. A termodinamikai modell alapja a szulfáttartalmú agyagos talaj és a mésztartalmú adalékanyag keverése során létrejött talaj+adalék stabilitási- vagy fázisdiagram.. A diagramról leolvasható az a terület-specifikus szulfát koncentráció határ, mely fölött jelentős mennyiségű talajt károsító duzzadó ásvány (ettringit) képződhet. A modell különösen érzékeny a kémiai összetételre és az ion aktivitásra és lehetőséget teremt különböző adalékanyagok ettringit képződést korlátozó hatásának vizsgálatára vagy a reakció eltolására. Rég bevált gyakorlat a puzzolán-tulajdonságú anyagok, mint például az erőművi pernye, granulált acélműi salak vagy egyéb oldható szilíciumdioxid-tartalmú adalékanyag használata, mésszel stabilizált talaj szulfát-reakciójának mérséklésére (Little et al, 2005), melynek eredményeként az oldható kovasav eltolja a reakciót az ettringit képződés irányából, más, nem duzzadó ásvány képződése felé. Tehát ez a stabilitási modell értékes eszköze lehet egy adott adalékanyag, valamint az adagolási arány felmérésében is.

Forrás: 

Barnett, S.J., Adam C.D. and Jackson A.R.W. (2001) An XRPD profile fitting investigation of the solid solution between ettringite, Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O, and carbonate ettringite, Ca6Al2(CO3)3(OH)12·26H2O. Cem. Concr. Res., 31: p. 13-17.

Barnett, S.J., Macphee, D.E., and Crammond, N.J. (2001) Solid solutions between thaumasite and ettringite and their role in sulfate attack. Concrete Sci. Eng., 3: p. 209-215.

Crammond, N.J. (2002) The occurrence of thaumasite in modern construction--A review. Cem. Concr. Compos. 24: p. 393-402.

Fehér B., Sajó I. (2003) Topographia Mineralogica Hungariae. 8. k. 87. old.

Herman Ottó Múzeum ásványtára. www.mineral.hermuz.hu/fajok_9.htm

Jacobson, S.D., J.R. Smyth, and R.J. Swope (2003) Thermal expansion of hydrated six-coordinated silicon in thaumasite, Ca3Si(OH)6(CO3)(SO4)·12H2O. Phys. Chem. Minerals, 30: p. 321-329.

Jallad, K.N., M. Santhanam and M.D. Cohen (2003) Stability and reactivity of thaumasite at different pH levels. Cem. Concr. Res., 33(3): p. 433-437.

Little, D. N; Herbert, B. and Kunagalli, S. N. (2005) Ettringite Formation in Lime-Treated Soils: Establishing Thermodynamic Foundations for Engineering Practice (2005) Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington D.C. Paper No. 05-2239

Riesz Lajos (szerk.) (1989): Cement és mészgyártási kézikönyv, Épitésügyi Tájékoztatási Központ, Budapest

Révay Miklós, Laczkó László (2006): A taumazit-szulfátkorrózió. Monográfia és a szakirodalom kritikai elemzése) Építôanyag 58. évf. 2. szám, 47—53

Warren, C.J., and E.J. Reardon (1994) The solubility of ettringite at 25°C. Cem. Concr. Res., 24: p. 1515-1524.