Тұздың кеуекті материалдың бетіне көшуі – эффлоресценция. Суда еріген тұздың бетке шығып, жабын түзеу процесі. Біріншілік және екіншілік эффлоресценция түрлері.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тұздың саңылаулы материалдың бетіне көшігі
Migration of a salt to the surface of a porous material
Химияда, эффлоресценция (француз тілінде "гүлдей беру" дегенді білдіреді) – тұздың саңылаулы материалдың бетіне көшігі, онда ол қабықша түзеді. Негізгі процесс ішкі тұздың суда немесе кейде басқа еріткіште ерітілуін қамтиды. Су, тұзды ерітіндіде ерітіп алып, бетке қарай жылжып, буланып кетеді де, тұздың қабатын қалдырады. "Біріншілік эффлоресценция" деп аталатынында, су – бұл сырттан келген фактор, ал тұз ішінде болған, кері процесс, яғни тұз бастапқыда сыртта болып, кейін ерітінді түрінде ішке тасымалданатын жағдай "екіншілік эффлоресценция" деп аталады. Эффлоресценция табиғи және құрылыс орталарында кездеседі. Көлденеңді құрылыс материалдарында бұл тек сыртқы косметикалық мәселе (біріншілік эффлоресценциядан туындаған дақтар) ғана болуы мүмкін, бірақ кейде ішкі құрылымдық әлсіздікті де (компоненттік материалдардың көшігі/бұзылуы) көрсетеді. Эффлоресценция кеуекті материалдардың тесіктерін бітеп тастауы мүмкін, нәтижесінде ішкі су қысымынан олардың жойылуына әкеледі, мысалы, кірпіштің қабыршақтануы сияқты.
In chemistry, efflorescence (which means "to flower out" in French) is the migration of a salt to the surface of a porous material, where it forms a coating. The essential process involves the dissolving of an internally held salt in water, or occasionally in another solvent. The water, with the salt now held in solution, migrates to the surface, then evaporates, leaving a coating of the salt. In what has been described as "primary efflorescence", the water is the invader and the salt was already present internally, and a reverse process, where the salt is originally present externally and is then carried inside in solution, is referred to as "secondary efflorescence". Efflorescences can occur in natural and built environments. On porous construction materials it may present a cosmetic outer problem only (primary efflorescence causing staining), but can sometimes indicate internal structural weakness (migration/degradation of component materials). Efflorescence may clog the pores of porous materials, resulting in the destruction of those materials by internal water pressure, as seen in the spalling of brick.
Мысалдар
5 молярлық концентрациядағы NaCl сулы тамшысы 45% салыстырмалы ылғалдылықта (298 К) біртекті нуклеация механизмі арқылы NaCl текшесін түзу үшін өздігінен кристалданады. Алғашқы су газ фазасына бөлінеді. Гипс (CaSO4.2H2O) – гидратталған қатты зат, ол жеткілікті құрғақ ортада суын газ фазасына беріп, ангидрит (CaSO4) түзеді. Мыс (II) сульфаты (көк тас) (CuSO4.5H2O) – көк түсті кристалды қатты дене, ол ауаға ұшырағанда, бетінен кристалдану суын баяу жоғалтып, сусыз мыс (II) сульфатының ақ қабатын қалыптастырады. Натрий карбонаты декагидраты (Na2CO3.10H2O) ауаға ұшырағанда суды жоғалтады.
A 5 molar concentration aqueous droplet of NaCl will spontaneously crystallize at 45% relative humidity (298 K) to form an NaCl cube by the mechanism of homogeneous nucleation. The original water is released to the gas phase. Gypsum (CaSO4.2H2O) is a hydrate solid that, in a sufficiently dry environment, will give up its water to the gas phase and form anhydrite (CaSO4). Copper(II) sulfate (bluestone) (CuSO4.5H2O) is a blue crystalline solid that when exposed to air, slowly loses water of crystallization from its surface to form a white layer of anhydrous copper(II) sulfate. Sodium carbonate decahydrate (Na2CO3.10H2O) will lose water when exposed to air.
Негізгі гүлдену
Бастапқы гүлдену цемент өнімінің бастапқы қатаю кезінде пайда болатындықтан осылай аталады. Бұл көбінесе қабырғалық конструкцияларда, әсіресе кірпіште, сондай-ақ кейбір өртке төзімді аралықтарда кездеседі. Қабырға немесе басқа конструкция арқылы қозғалатын су, немесе цемент тасы қалыптасқан кезде гидратацияның жылуынан шығарылатын су, цемент тасының құрамына қалыпты түрде байланыспаған тұздарды бетке әкеледі. Су буланып кеткен кезде тұз қалды, ол ақ, жұмсақ шөгінді түзеді, оны әдетте щеткамен жоюға болады. Нәтижесінде пайда болған ақ шөгінділер осы жағдайда "гүлдену" деп аталады. Осы контексте гүлденуді кейде "тұзды шөгінді" деп те атайды. Бастапқы гүлдену цемент тасының құрамына қалыпты түрде кірмейтін тұздарды шығаратындықтан, бұл құрылымдық емес, эстетикалық мәселе болып табылады. Бастапқы гүлденуді бақылау үшін сұйық май қышқылдары қоспаларын (мысалы, олеин және линол қышқылы) қамтитын қосылыстар жиі қолданылады. Майлы сұйық қоспаны ерте сатыда, қоспа суын салмас бұрын, құм бөлшектеріне жағу арқылы қоспаға енгізеді, осылайша майлы қоспа бетон қоспасының барлық бөлігіне біркелкі таралады.
Primary efflorescence is named such, as it typically occurs during the initial cure of a cementitious product. It often occurs on masonry construction, particularly brick, as well as some firestop mortars, when water moving through a wall or other structure, or water being driven out as a result of the heat of hydration as cement stone is being formed, brings salts to the surface that are not commonly bound as part of the cement stone. As the water evaporates, it leaves the salt behind, which forms a white, fluffy deposit, that can normally be brushed off. The resulting white deposits are referred to as "efflorescence" in this instance. In this context efflorescence is sometimes referred to as "saltpetering." Since primary efflorescence brings out salts that are not ordinarily part of the cement stone, it is not a structural, but, rather, an aesthetic concern. For controlling primary efflorescence, formulations containing liquid fatty acid mixtures (e. g., oleic acid and linoleic acid) have commonly been used. The oily liquid admixture is introduced into the batch mix at an early stage by coating onto the sand particles prior to the introduction of any mix water, so that the oily admixture is distributed uniformly throughout the concrete batch mix.
Екіншілік гүлдену
Екіншілік гүлдену цемент тасының немесе оны құрайтын гидратация өнімдерінің қалыптасуының нәтижесінде пайда болмайтындықтан осылай аталады. Керісінше, ол көбінесе хлоридтер сияқты бетонға зиян келтіретін заттардың сыртқы әсерінен туындайды. Екіншілік гүлденудің кең таралған мысалы – темірбетоннан жасалған көпірлер және тұрақтар. Қыс мезгілінде жолға себілетін тұздың әсерінен тұзды ерітінділер пайда болады. Бұл ерітінді бетонға сіңіп, негізгі құрылымдық маңызы бар цемент тасын еріте бастайды. Кейбір жағдайларда еріген цемент тасының нәтижесінде бетон конструкцияларының жарықтарынан виртуалды сталактиттер пайда болуы мүмкін. Егер бұл процесс жүзеге асқан жағдайда бетон элементінің құрылымдық тұрақтылығына қауіп төнеді. Бұл көлік инфрақұрылымын және ғимараттарды күтіп ұстау бойынша жиі кездесетін мәселе. Екіншілік гүлдену – бетонның остеопорозына ұқсас. Екіншілік гүлденуді бақылау үшін, сулы кальций стеараты дисперсиясын (CSD) қамтитын қоспалар, әдетте, араластыру процесінің соңғы кезеңінде, қоспа суымен бірге қосылады. Типик араластыру процесінде алдымен құм араластырғышқа салынады, содан кейін майға негізделген алғашқы гүлденуге қарсы қоспа құмды жабу үшін үнемі араластырылып қосылады. Содан кейін ірі іріңдер, бояғыштар және цемент қосылады, одан кейін су салынады. Егер CSD қолданылса, ол әдетте осы кезеңде немесе қоспа суы қосылғаннан кейін енгізіледі. CSD – бұл сулы дисперсия, онда кальций стеаратының ұсақ қатты бөлшектері суда біркелкі таратылған. Саудада қолжетімді CSD-нің орташа бөлшек мөлшері шамамен 1-10 микрометрді құрайды. Қоспадағы CSD-нің біркелкі таралуы нәтижесінде алынған бетон қабырғалық блоктары су өткізбейтін болуы мүмкін, себебі CSD бөлшектері судың капиллярлық қозғалысына кедергі келтіретін блоктардың тесіктерінде жақсы таралады.
Secondary efflorescence is named such as it does not occur as a result of the forming of the cement stone or its accompanying hydration products. Rather, it is usually due to the external influence of concrete poisons, such as chlorides. A very common example of where secondary efflorescence occurs is steel reinforced concrete bridges as well as parking garages. Saline solutions are formed due to the presence of road salt in the winter. This saline solution is absorbed into the concrete, where it can begin to dissolve cement stone, which is of primary structural importance. Virtual stalactites can be formed in some cases as a result of dissolved cement stone, hanging off cracks in concrete structures. Where this process has taken hold, the structural integrity of a concrete element is at risk. This is a common traffic infrastructure and building maintenance concern. Secondary efflorescence is akin to osteoporosis of the concrete. For controlling secondary efflorescence, admixtures containing aqueous based calcium stearate dispersion (CSD) are often added at a later stage of the batching process with the mix water. In a typical batching process, sand is first charged into the mixer, then the oil based primary anti efflorescence admixture is added with constant mixing to allow the oil to coat the sand. Then coarse aggregates, colorants, and cement are added, followed by water. If CSD is used, it is then introduced usually at this point during or after the addition of the mix water. CSD is an aqueous dispersion wherein fine solid particles of calcium stearate are suspended in the water uniformly. Commercially available CSD has an average particle size of about 1 to 10 micrometres. The uniform distribution of CSD in the mix may render the resulting concrete masonry unit water repellent, as CSD particles are well distributed in the pores of the unit to interfere with the capillary movement of water.
Гүлденуден қорғау
Цемент материалдарында (бірінші және екінші) гүлденудің толық және тұрақты түрде алдын алудың жалғыз жолы – бетондағы тұз негізіндегі қоспалармен химиялық реакцияға түсетін және сутегі (H) бар кезде байланысатын арнайы қоспаларды қолдану. Бұл арнайы қоспалардағы химиялық реакция наномолекулалық деңгейде натрий хлоридін қосып, оны натрий емес химиялық заттарға және басқа да зиянсыз заттарға айналдырады, олар судан шықпайды немесе бетке көшпейді. Нанотехнологияның арқасында олар тіпті цемент бөлшектерінен 100 мың есе кішірек болады. Осылайша олардың молекулалары цемент минералдары мен құм бөлшектерінен өтіп, ақырында цемент пен құмның бір бөлігіне айналады. Олар сутегінің болуын қажет ететіндіктен, бетон кепкенде реакция тоқтайды және бетон ылғалға ұшырағанда қайта басталады. Сонымен қатар, кірпіш, плитка және бетон сияқты кеуекті құрылыс материалдарын гүлденуден қорғау үшін материалды импрегнирлейтін, су өткізбейтін жабынмен өңдеуге болады. Бұл жабын суды тебіп, материалға жеткілікті терең сіңіп, су мен еріген тұздарды беттен алыс ұстайды. Дегенмен, мұздау қаупі бар климатта мұндай жабын мұздау-еру циклдерінен зақымдануға әкелуі мүмкін. Ол гүлденуден қорғайды, бірақ проблеманы толығымен шеше алмайды. Гүлденуді көбінесе бетоннан фосфор қышқылын қолдану арқылы жоюға болады. Қолданғаннан кейін қышқылдың ерітіндісі жұмсақ сұйық жуғышпен бейтараптандырылады, содан кейін сумен жақсылап шайылады. Бірақ, егер судың ену көзіне назар аудармаса, гүлдену қайта пайда болуы мүмкін. Арматураны қорғаудың жалпы шараларына эпоксидті қаптаманы қолдану және аздап электр зарядын беру жатады, бұл екеуі де тот басудың алдын алады. Сондай-ақ, тот баспайтын болаттан жасалған арматураны қолдануға болады. Цементтің кейбір түрлері хлоридтерге басқаларына қарағанда нашар төзімді. Сондықтан цементтің таңдалуы бетонның хлоридтерге реакциясына үлкен әсер етеді. Бүгінгі су өткізбейтін жабындар будың өтуіне мүмкіндік беретін кедергі жасайды; сұйық су, әсіресе желмен соққан жаңбыр, кірпіш пен қабырғаларға енбейді. Ғимараттың ішіндегі немесе төселген плиткалардың астындағы су буы шыға алады. Бұл кірпіштің ішінде тұтқындалған судан және суық ауа райында тоңудан туындайтын гүлденуді, қабыршақтануды және қабыршақтануды азайтады. Бұрынғы жылдары су өткізбейтін жабындар қабырғадағы ылғалды тұтқындап, мәселенің шешілуіне көмектеспеді. Төрт маусымдық климатта конденсация оның басқа аймақтардағы әріптестеріне қарағанда қиын болды.
The only way to completely and permanently prevent (both primary and secondary) efflorescence in cementitious materials is by using special admixtures that chemically react with and bind the salt based impurities in the concrete when hydrogen (H) is present. The chemical reaction in these special additives fuses the sodium chloride on a nanomolecular level, converting it into non sodium chemicals and other harmless matter that will not leach out or migrate to the surface. In fact, the nanotechnology in these additives can be up to 100,000 times smaller than even the smallest cement particles, allowing their molecules to literally pass through cement minerals or sand particles and ultimately become part of the cement or sand with which they react. And since they require the presence of hydrogen they stop reacting as the concrete dries out and begin reacting again when the concrete is exposed to moisture. It is also possible to protect porous building materials such as brick, tiles, and concrete against efflorescence by treating the material with an impregnating, hydro phobic sealer. This is a sealer that repels water and will penetrate deeply enough into the material to keep water and dissolved salts well away from the surface. However, in climates where freezing is a concern, such a sealer may lead to damage from freeze/thaw cycles. And while it will help to protect against efflorescence, it cannot permanently prevent the problem. Efflorescence can often be removed from concrete using phosphoric acid. After application the acid dilution is neutralised with mild diluted detergent, and then well rinsed with water. However, if the source of the water penetration is not addressed efflorescence may reappear. Common rebar protective measures include the use of epoxy coating as well as the use of a slight electrical charge, both of which prevent rusting. One may also use stainless steel rebar. Certain cement types are less resistant to chlorides than others. The choice of cement, therefore, can have a large effect upon the concrete's reaction to chlorides. Today's water repellents help create a vapor permeable barrier; liquid water, especially from wind driven rains, will stay out of the brick and masonry. Water vapor from the interior of the building, or from the underside of pavers can escape. This will reduce efflorescence, spalling and scaling that can occur from water being trapped inside the brick substrate and freezing during cold weather. Years ago, the water repellents trapped moisture in the masonry wall creating more problems than they solved. Condensation in areas that experienced the four seasons were much more problematic than their counterparts.