Đối với bê tơng và vữa xi măng thơng thƣờng thì sự ăn mịn chủ yếu là các dạng ăn mòn cacbonat, chloride, sunfate và sự hydrat hóa của xi măng. Đối với vật liệu geopolymer thì sự ăn mịn xảy ra ở các môi trƣờng nhƣ môi trƣờng muối (NaCl, Na2SO4,…) và acid (H2SO4, HCl,…). Q trình ăn mịn bê tơng và vữa diễn ra mạnh hay yếu, nhanh hay chậm cũng phụ thuộc vào đặc tính của loại vật liệu của bê tông và
vữa, chất phụ gia, nồng độ của các môi trƣờng ăn mịn, nhiệt dộ mơi trƣờng, tải trọng làm việc của cấu kiện.
2.3.2 Cơ chế của q trình ăn mịn
Sự tiếp xúc với môi trƣờng biển là một trong những yếu tố làm giảm độ bền của các cơng trình. Trung bình nƣớc biển chứa một lƣợng muối hịa tan (clorua và sufate) khoảng 3.5% theo khối lƣợng và độ pH khoảng 8.2 . Bê tơng hay vữa đều có thể bị hƣ hại dƣới tác động của q trình lý hóa khi nhƣ ăn mòn sunfate, ăn mòn clorua, phản ứng kiềm cốt liệu, sự kết tinh muối, vi sinh vật,…
Q trình ăn mịn đối với vật liệu Geopolymer thƣờng đƣợc xem xét ở các môi trƣờng nhƣ: Chất tẩy rửa tổng hợp (Aceton), môi trƣờng muối (NaCl, Na2SO4) hay môi trƣờng axit (HCl, H2SO4), v.v…
2.3.2.1 Ăn mòn clorua
Clorua có thể tồn tại trong vữa và bê tông thông qua nhiều cách khác nhau. Clorua có thể đƣợc đúc vào kết cấu thơng qua phụ gia CaCl2 (đã đƣợc ngừng sử dụng), hoặc các ion clorua tồn tại trong cát, nƣớc, cốt liệu một cách vơ tình hay cố ý. Tuy nhiên ngun nhân chính của hiện tƣợng ăn mịn do clorua trong hầu hết các cơng trình là do sự khuếch tán ion clorua từ môi trƣờng nhƣ : Kết cấu tiếp xúc trực tiếp với mơi trƣờng biển có nhiều muối hay việc sử dụng muối làm tan băng hoặc các hợp chất hóa học có clorua.
Tƣơng tự q trình cacbonat hóa, ion clorua xúc tác gây ra q trình ăn mịn nhƣng khác với quá trình cacbonat hóa là ion clorua xâm nhập qua lớp bê tông bảo vệ và tấn công trực tiếp vào bên trong ngay cả khi độ pH trong hỗn hợp vẫn ở mức cao (12-13). Có 4 cơ chế xâm nhập ion clorua qua lớp bảo vệ bê tông : sự hút mao dẫn, sự thẩm thấu do tập trung hàm lƣợng ion clorua cao trên bề mặt, thẩm thấu dƣới áp lực căng bề mặt và sự dịch chuyển do chênh lệch điện thế.
Liên quan đến khả năng liên kết ion clo trong cấu trúc bê tông hay vữa, ion clo tồn tại ở hai dạng là ion clo tự do và ion clo liên kết.
- Ion clo tự do là nhân tố xúc tác ăn mịn, có thể đƣợc đƣa vào trong bê tơng từ nguồn bên ngồi hoặc có sẵn trong cốt liệu hay q trình cacbonat hóa cũng có thể giải phóng ion clo liên kết thành ion clo tự do [21].
- Ion clo liên kết là do liên kết hóa học, chúng chủ yếu là canxi clorualuminat (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O – muối Friedelt) và canxi silicat hydrat (3CaO.2SiO3.3H2O) hấp thụ trên thành lỗ rỗng [21].
2.3.2.2 Ăn mòn sulfate
Ion sulfate là một trong những cation thƣờng gặp trong tự nhiên, khi hàm lƣợng SO42- trong nƣớc cao sẽ gây ra ăn mòn gây hƣ hại cho cơng trình và sức khỏe con ngƣời do tính chất tẩy rửa của sulfate. Do đó đối với nƣớc cấp, nồng độ sulfate đƣợc giới hạn ở mức 250 mg/l. Trong vấn đề nƣớc cấp cho công nghiệp và sinh hoạt chỉ tiêu SO42- cũng rất quan trọng do khả năng kết hợp với cacsi ion kim loại trong nƣớc hình thành các cặn bã trong các thiệt bị ống, thiết bị đun nƣớc, các thiết bị trao đổi nhiệt. Ngoài ra trong xử lý nƣớc thải, chỉ tiêu SO42- cũng đƣợc quan tâm về vấn đề mùi và ăn mịn đƣờng ống do q trình khử sulfate thành hydrogen sulfide trong điều kiện kị khí.
Sự ăn mòn sulfate thể hiện rõ trong các đƣờng ống nƣớc thải bằng bê tông nơi mà nƣớc thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lƣu lại trong ống dài và nồng độ sulfate cao. Nguyên nhân của sự ăn mòn đƣợc cho là do HsS và H2SO4 bởi quá trình khử sulfate thành H2S và từ H2S thành H2SO4. Vi khuẩn có khả năng oxy hóa H2S thành H2SO4 có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên và trong nƣớc thải, thêm vào đó do điều kiện hiếu khí ln tồn tại trong hệ thống cống dẫn đến sự hình thành H2SO4 và sau đó trở nên đậm đặc ăn mịn bê tơng.
Hình 2.10 Sự hình thành H2S và chuyển hóa thành H2SO4 gây ăn mòn trong ống cống Đối với xi măng Portland thơng thƣờng, ăn mịn trong môi trƣờng axit đƣợc biểu hiện rõ ràng bởi sự lắng đọng của một lớp màu trắng, chính là tinh thể thạch cao trên bề mặt tiếp xúc axit của mẫu.
Cơ chế của sự ăn mòn xi măng Geopolymer ở các nồng độ nhẹ của acid sulfuric (pH≈2): Đầu tiên của q trình ăn mịn là sự phản ứng trao đổi ion giữa các ion dƣơng của hệ liên kết aluminosilicate (nhƣ natri Na+ và canxi Ca2+) và ion H+ hay H3O+ từ dung dịch axit vào liên kết Si-O-Al polymer, tiếp tục cho dến khi xuất hiện sự mở rộng của vết nứt. Đến khi vết nứt đủ rộng thì các ion Sunfat sẽ khuếch tán vào các vết nứt và sẽ phản ứng với các ion Ca dẫn đến sự hình thành và lắng đọng của tinh thể thạch cao bên trong lớp ăn mòn. Các tinh thể thạch cao này phủ lên trên bề mặt vết nứt tạo ra một lớp bảo vệ, gây ức chế quá trình xuống cấp của vật liệu [3].
Ở nồng độ tƣơng đối thấp của axit sulfuric (pH≈3) và trong điều kiện hạn chế (≈90 ngày) thì cơ chế ăn mịn tƣơng tụ nhƣ với axit nitric, chỉ là sự bù đắp các ion dƣơng chứ khơng có lắng đọng thạch cao [3].
2.3.3 Tốc độ ăn mòn kim loại
Độ giảm khối lƣợng của mẫu/ đơn vị diện tích/ đơn vị thời gian (áp dụng cho trƣờng hợp ăn mòn đều) 0 1 m m m S.t S.t Trong đó: : tốc độ ăn mòn
m0: khối lƣợng ban đầu (g) hoặc (mg) m1: khối lƣợng lúc sau (g) hoặc (mg) S: diện tích bề mặt
t: thời gian (giờ) hoặc (ngày,đêm) hoặc năm
Đánh giá tốc độ ăn mòn theo tổn thất chiều sâu. .365 P d (cm/năm) Trong đó:
P: chiều dày bị ăn mòn (cm/năm)
: tốc độ ăn mòn (g/cm2/ngày) d: khối lƣợng riêng (g/cm3)
CHƢƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM NGHIỆM
3.1 Nguyên vật liệu
Sau khi tìm hiểu tổng quan và cơ sở lý thuyết về geopolymer và cơ chế ăn mịn đã đƣợc trình bày nhƣ ở trên, đắt đầu tiến hành các bƣớc chuẩn bị cho việc đúc mẫu và thí nghiệm mẫu. Để việc tiến hành phối trộn, đúc mẫu và tiến hành thí nghiệm đúng kỹ thuật, khoa học hợp lí, đảm bảo việc giữ vệ sinh chung cho phịng thí nghiệm và đặc biệt là để kết quả thu đƣợc là khách quan chính xác nhất, cần phải có kế hoạch cụ thể cho từng q trình tiến hành, giai đoạn thực hiện cho thí nghiệm. Nhằm đảm bảo kích thƣớc mẫu đúc ra sau khi tháo khn đạt đúng kích thƣớc đã lựa chọn thì việc lựa chọn vật liệu làm khuôn, cấu tạo khuôn đúc, cơ chế lắp ráp và tháo khuôn cũng rất quan trọng.
Nguyên vật liệu để chế tạo vữa geopolymer xốp gồm: tro bay, cát, dung dịch NaOH, dung dịch Na2SiO3 và hạt xốp EPS.
Các mơi trƣờng hóa chất để ngâm kiểm tra khả năng chịu ăn mòn của vật liệu gồm: NaCl, Na2SO4, H2SO4.
3.1.1 Hạt xốp Polystyrene EPS
Hạt xốp EPS (expanded polystyrene beads hay cịn gọi là hạt polystyrene phồng nở) có nhiều ƣu điểm: hạt khơng thấm nƣớc, không độc hại, nhẹ, dễ sản xuất với nhiều hình dạng và kích thƣớc khác nhau nên thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ vật liệu làm nhẹ trong vữa và bê tơng. Hạt có cơng thức cấu tạo là (CH[C6H5]-CH2)n. Sử dụng hạt EPS có đƣờng kính từ 1mm đến 2mm. Khối lƣợng thể tích của hạt là 21g/l .