Sulfaattikorroosio
Pääosa maaperässä sijaitsevissa betonirakenteissa todettavista vaurioista aiheutuu sulfaattirasituksesta. Tämä on seurausta lähinnä siitä, että sulfaatteja esiintyy maaperässä ja pohjavedessä yleisesti, monesti suurinakin pitoisuuksina.
Sulfaatti reagoi betonin kalsiumyhdisteiden kanssa. Betoni sisältää myös alumiiniyhdisteitä, jotka osallistuvat sulfaatin ja kalsiumhydroksidin reaktion ja tuloksena on voimakkaasti paisuva yhdiste ettringiittiä. Ettringiitti kalsium alumiinin ja sulfaatin välinen reaktiotuote, joka sisältää runsaasti sitoutunutta vettä Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O. Sen kiteytymiseen liittyvä merkittävä paisuminen kovettuneessa betonissa voi vaurioittaa betonimateriaalia nopeastikin.
Kipsin reagoidessa ainoastaan kalsiumyhdisteiden kanssa reaktio tuote on kipsi. Kiteytyvä kipsi sisältää kaksi molekyyliä kidevettä, mistä seuraava tilavuudenkasvu rikkoo materiaalin rakenteen ja lopulta johtaa sen merkittävään vaurioitumiseen. Edellä esitettyjen paisumisrektioiden lisäksi vaurioituminen on seurausta sementtikiven rakenteen heikkenemisestä lujuuden ja tiiviyden kannalta tärkeän kalsiumsilikaattihydraatin (C-S-H) sisältämä kalsiumin reagoidessa sulfaatin kanssa. Tuloksena ovat samat reaktiotuotteet ettringiitti ja kipsi kuin edellä ja samalla C-S-H menettää rakenteensa ja lujuutensa.
Kovettunut betonin altistuu sulfaattirasitukselle maaperän sulfaatin lisäksi esimerkiksi viemäreissä. Niissä vesipinnan alapuolella anaerobinen bakteerikasvu tuottaa sulfideja. Nestepinnan yläpuolella nämä hapettuvat edelleen aerobisten bakteerien toiminnan seurauksena sulfaateiksi, jolloin sulfaattikorroosio käynnistyy. Viemäristön tuuletus poistaa osan aggressiivisista aineista kaasumaisena, mikä edistää viemäristön säilyvyyttä. Myös laitokset, joissa käsitellään jätteitä ja elintarvikkeita altistuvat ja esimerkiksi savupiiput altistuvat sulfaattikorroosiolle.
Betoninormeissa alimman ympäristörasitusluokan, XA1, rajoiksi (mg/l) sulfaatille on asetettu 200 ≤ SO4 ≤ 600. Vastaavat rajat ylimmälle rasitusluokalle, XA3; ovat 3000 < Mg ≤ 6000.
Sulfaatille altistyvien betonirakenteissa käytetään sulfaatinkestävää sementtiä (SR-sementtiä), jonka alumiinipitoisuus on alhaisempi ja rautapitoisuus korkeampi kuin normaalin portlandsementin, mikä vähentää ettringiitin muodostumista. Toinen tapa on käyttää masuunikuonasementtiä, joka sisältää vähintään 70% jauhettua masuunikuonaa. Jauhettu masuunikuona sisältää runsaasti alumiinia, mutta se on muodossa, joka ei reagoi tuottaen ettringiittiä. Myös ns. pozzolaanit vähentävät ettrigiitin muodostumista.
Pozzolaaneilla tarkoitetaan aineita, jotka reagoivat kuluttaen betonin kalsiumhydroksidia. Masuunikuona on lievä pozzolaani ja amorffinen pii kuten silikajauhe (silica fume) on voimaks pozzolaani. Pozzolaanien yhteydessä syitä parantuneeseen sulfaatinkestävyyteen ovat pienentynyt kalsiumhydroksidin pitoisuus ja tiivistynyt huokosrakenne. Tiivis huokosrakenne rajoittaa sulfaatin tunkeutumista betoniin, mikä parantaa säilyvyyttä.
Sekä sementtiin sekoitettu kipsi että sen reaktiotuotteena muodostuva ettringiitti kuuluvat olennaisena osana sementin varhaisvaiheen reaktioihin. Tällöin betoni ei ole vielä kovettunut, joten paisuvat reaktiotuotteet eivät riko betonin rakennetta.
Jos vauriokohta altistuu nestevirtaukselle, muodostuneet tuotteet liukenevat siihen ja poistuvat varsinaisesta vaurioituneesta kohdasta.
Sulfaattikorroosiosta aiheutuneen vaurion ja se laajuuden toteamiseen käytetään tapauksesta riippuen kemialliseen analytiikkaan ja mikroskopiaan perustuvia menetelmiä sekä lujuusmäärityksiä.
Katso myös
Betonin ja rakennusmateriaalien kemiallinen analytiikka
