c 0: nồng độ ủa hất tạ ix =0 D: hệ số khuếh tỏn.
1.4.2.Dạng tồn tại của ion clo trong bờ tụng
Ion clo thõm nhập vào trong bờ tụng theo hai con đường hoặc là từ những thành phần cơ sở trong quỏ trỡnh hỡnh thành bờ tụng, hoặc là từ mụi trường nơi đặt cụng trỡnh ở đú cú bụi nước biển hoặc cú muối tan. Ion clo tồn tại trong bờ tụng dưới hai dạng là ion clo liờn kết và ion clo tự do trong nước lỗ hổng.
Ion clo liờn kết trong bờ tụng tồn tại dưới hai dạng chớnh: được hấp phụ vật lý trờn thành rắn của những lỗ hổng trong bờ tụng hoặc cố định hoỏ học bởi phản ứng với một vài thành phần của xi măng. Cỏc hợp chất được tạo thành thường là monocloroaluminat hydrat hoặc là muối Friedel (C3A.CaCl2.10H2O) và muối tricloroaluminat (C3A.3CaCl2.30H2O). Trong điều kiện thường, với nồng độ ion clo trong bờ tụng, người ta thường chỉ tỡm thấy muối Friedel.
Ion clo khụng bị cố định hoỏ học hoặc hấp phụ vật lý cú thể di chuyển một mức độ nào đú trong bờ tụng bởi cỏc mao quản dưới ảnh hưởng của sự thay đổi độ ẩm luõn phiờn liờn tiếp, xen kẻ từ khụ sang ẩm. Nồng độ ion clo tự do cú thể đạt tới ngưỡng làm mất tớnh thụ động của thộp.
Hỡnh 1.8. Sự thay đổi nồng độ Cl tự do theo lượng C3A cú trong xi măng [14]
Clo được chiết từ dung dịch lỗ hổng của vữa được thờm 0,4% NaCl (đường 1); và thờm 0,4%Cl + 1,5%SO24 dưới dạng muối NaCl + Na2SO4 (đường 2). Nồng độ ion clo tự do giảm khi phần trăm aluminat trong xi măng tăng lờn. Nhưng sự cú mặt của ion sunfat lại làm cho nồng độ ion clo tăng lờn gấp bội.
Khả năng cố định ion clo của xi măng phụ thuộc vào bản chất của loại xi măng sử dụng và phụ thuộc chủ yếu vào lượng aluminat C3A cú trong clinke. Cũng như những thành phần khỏc của xi măng là aluminoferit C4AF cú thể tạo phức với ion clo tạo thành canxi cloroferit 3CaO.Fe2O3.CaCl2.10H2O [48]. Những ion khỏc cũng cú thể ảnh hưởng đến quỏ trỡnh cố định hoỏ học của ion clo. Vớ dụ như ion sunfat phản ứng với C3A tốt hơn ion clo hỡnh thành nờn sunfoaluminat và làm giảm khả năng cố định ion clo (hỡnh 1.8).
Những kết quả trờn chỉ ra rằng những xi măng Portland cú hàm lượng C3A lớn, bền trong mụi trường cú nồng độ clorua lớn, nhưng khụng phải trong mụi trường nước biển vỡ trong nước biển cũn cú ion sunfat 2
4
SO [75]. Hơn nữa, quỏ trỡnh thấm của ion clo tự do cũn phụ thuộc vào cấu trỳc lỗ của bờ tụng, tỷ lệ phần trăm ion clo tự do tăng theo tỷ lệ Nước/Xi măng và tăng theo hàm lượng muối trong mụi trường [28].
Nồng độ ion clo cũn phụ thuộc vào cỏc ion khỏc cú mặt trong nước lỗ hổng; chẳng hạn, với một nồng độ tổng cộng ion clo đó cho, nồng độ ion hydroxyl (OH) càng cao nồng độ ion clo tự do càng lớn [87]. Vỡ vậy, tỷ số Cl/OH được cho là cú ảnh hưởng đến tiến trỡnh ăn mũn. Người ta cũng thấy rằng, đối với một lượng ion clo đó cho trong hỗn hợp, lượng ion clo tự do ứng với NaCl lớn hơn nhiều so với CaCl2 [21].
Như trờn đó núi khả năng cố định ion clo được xỏc định bởi nồng độ của C3A, C4AF. Lượng của những thành phần này giảm khi cú mặt của tro bay và xỉ, vỡ muối aluminat xuất phỏt từ clinke. Khi lượng cloroaluminat được hỡnh thành giảm thỡ lượng ion clo tự do sẽ trở nờn lớn hơn đối với xi măng được trộn thờm phụ gia khoỏng. Thế nhưng lượng clorua liờn kết trong xi măng chứa xỉ hoặc tro bay lại cao hơn so với xi măng portland. Khả năng cố định clorua lớn này cú được là do sự hấp phụ của ion clo trờn thành lỗ của xi măng đó hydrat hoỏ. Ngược lại, trong bờ tụng cú chứa silica fume thỡ lượng clorua liờn kết và cả lượng clorua tự do lại ớt hơn. Sự giảm khả năng cố định ion clo cũn do sự tăng độ tan của muối cloroaluminat gõy ra bởi sự giảm độ pH của dung dịch nước lỗ hổng khi cú mặt oxit silic hoạt tớnh, nú cũng cú thể là do khả năng kết hợp của CSH. Khả năng liờn kết phụ thuộc vào tỷ lệ C/S và H/S của pha silicat hydrat hoỏ. Việc chỉ sử dụng phụ gia siờu dẻo trờn cơ sở polime, mặc dự tạo nờn bờ tụng cú độ bền cao hơn, cú thể làm tăng nồng độ ion Cl trong nước lỗ hổng [42].
Ion clo cũng cú thể liờn kết lỏng lẻo hơn với gel CSH. Người ta thấy rằng ion clo đưa vào dưới dạng CaCl2 cú thể tồn tại ở cỏc trạng thỏi bị hấp phụ trờn bề mặt, trong khụng gian giữa cỏc lớp hay liờn kết trong mạng lưới của CSH. Người ta cũng thấy rằng đa số ion clo là được hấp phụ trờn bề mặt của C3S hydrat hoỏ [30]. Theo Lambert và cộng sự khụng phỏt hiện sự liờn kết của hydrat canxi silicat đối với ion clo được cung cấp bởi NaCl [53].
Cỏc mụ hỡnh của Feldman và Taylor đối với dạng CSH khụng cú tứ diện trong mạch silicat, nú được thay thế bằng cỏc bằng cỏc nhúm hydroxyl. Đõy là cỏc vị trớ tiềm tàng cho sự tạo thành phức oxyclorua. Tại cỏc giỏ trị tỷ lệ C/S thấp sẽ cú ớt vị trớ OH hơn cho sự tạo phức clorua vỡ mức độ polime hoỏ là cao hơn. Sự khuếch tỏn của ion clo trong hợp chất với cation hoỏ trị hai (vớ dụ CaCl2) xảy ra nhanh hơn so với sự khuếch tỏn của ion clo trong hợp chất của nú với cation hoỏ trị một (vớ dụ NaCl). Vỡ lượng muối cloroaluminat hỡnh thành từ CaCl2 lớn hơn so với từ NaCl làm cho lượng ion clo tự do trở nờn khụng nhiều hơn.
Thực ra là sự cố định ion clo đó làm thay đổi hỡnh thỏi của sợi CSH và làm giảm bớt kớch thước của cỏc lỗ nhỏ nhất. Canxi clorua tạo nờn một cấu trỳc mở ở cấp độ mao quản hơn là NaCl, điều đú làm cho quỏ trỡnh khuếch tỏn trở nờn dễ dàng.