مقدمة
كلوريد الكالسيوم (CaCl₂) هو واحد من أكثر الإضافات الخرسانية استخداما، خاصة في البناء في الطقس البارد. يسرع عملية التصلب ويمنع التجمد ويعزز تطور القوة المبكر. ومع ذلك، فإن الاستخدام غير السليم قد يؤدي إلى مخاطر هيكلية، بما في ذلك التآكل ومشاكل في المتانة.
يستكشف هذا الدليل الشامل:
- ال الآلية الكيميائية وراء تأثيرات كلوريد الكالسيوم المتسارعة
- الجرعة المثلى لدرجات حرارة مختلفة وتصاميم خلطات مختلفة
- المخاطر الحرجة (التآكل، تفاعل القلوية-السيليكا) واستراتيجيات التخفيف
- معايير الصناعة (ASTM, JGJ/T) للتطبيق الآمن
1. كيف يعمل كلوريد الكالسيوم: العلم وراء التسارع
1.1 تفاعل الترطيب وتأثير درجة الحرارة
يعتمد تصلب الخرسانة على ترطيب جزيئات الأسمنت (C₃S، C₂S). يعمل كلوريد الكالسيوم ك... محفز ، تسريع هذه العملية من خلال:
- رفع تركيز الأيونات في الخلطة تعزز ذوبان السيليكاتات بشكل أسرع.
- توليد حرارة التفاعلات الطاردة للحرارة أمر بالغ الأهمية في الطقس البارد.
A منحنى الزمن-درجة الحرارة (الشكل 1) يظهر أنه مع 2٪ CaCl₂، تصل الخرسانة إلى 50٪ من القوة أسرع بنسبة 20–30٪ من الخلطات غير المعالجة.
الشكل 1: تطور القوة مع أو بدون CaCl₂
(بيانات افتراضية: 2٪ CaCl₂ يقلل وقت الضبط بنسبة 40٪ عند 5°C.)
1.2 التأثير على البنية المجهرية
بينما يسرع CaCl₂ القوة المبكرة، فإن الاستخدام المفرط (أكثر من 2٪ حسب وزن الأسمنت) يمكن أن يكون:
- أكثر المساميه بسبب الاستهلاك السريع للمياه.
- سبب تشققات الانكماش إذا كان الجفاف يحدث قبل الترطيب الكامل.
2. التركيبات الهندسية: الجرعة، التوافق وأفضل الممارسات
2.1 الجرعة الموصى بها للطقس البارد (-10°C إلى 5°C)
تعتمد الجرعة المثلى من CaCl₂ على درجة الحرارة المحيطة:
| نطاق درجات الحرارة | CaCl₂ (نسبة من وزن الأسمنت) | مكاسب القوة المتوقع |
|---|---|---|
| من 5°C إلى 10°C | 1–1.5% | 30–40٪ خلال 24 ساعة |
| -5°C إلى 5°C | 1.5–2% | 50–60٪ عند 48 ساعة |
| أقل من -5°م | 2% + عوامل مضادة للتجمد (مثل النتريتات) | يمنع التجمد، لكنه يتطلب عزلا. |
ملاحظه: الجرعات التي تزيد عن 2٪ هي غير موصى به بسبب مخاطر التآكل.
2.2 التآزر مع المسرعات (غير الكلوريد مقابل القائم على الكلوريد)
غالبا ما يدمج كلوريد الكالسيوم مع:
- ثلاثي إيثانولامين (TEA): يعزز القوة المبكرة دون زيادة خطر التآكل.
- نتريت الكالسيوم: يوفر حماية من التجمد مع تثبيط الصدأ.
تجنب الخلط مع:
- المسرعات القائمة على الكبريتات (مثل ثيوسيانات الصوديوم) → يمكن أن يسبب تأخر تكوين الإترينجيت (DEF) .
3. المخاطر الحرجة واستراتيجيات التخفيف
3.1 تآكل فولاذ التعزيز
تقوم الكلوريدات بإزالة التوازن عن طبقة أكسيد التسليح الواقية، مما يؤدي إلى التآكل الكهروكيميائي .
طرق الوقاية:
- حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي أو تعزيز الفولاذ المقاوم للصدأ.
- الحماية الكاثودية (الأنودات التضحية أو التيار المضغوط).
- مثبطات التآكل (مثلا، نيتريت الكالسيوم بنسبة 10–15٪ حسب وزن الأسمنت).
3.2 لماذا تحظر الخرسانة المسبقة الإجهاد CaCl₂
الخرسانة مسبقة الإجهاد هي عرضة جدا إلى تشقق التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد (SCC). ASTM A416 يحظر CaCl₂ في:
- العوارض المشدودة لاحقا
- عربات النوم المجهزة مسبقا
3.3 مخاطر تفاعل القلوية-السيليكا (ASR)
يمكن أن يؤدي CaCl₂ إلى تفاقم ASR في التجمعات التفاعلية. تشمل التدابير التخفيفية:
- استخدام الأسمنت منخفض القلوية (<0.6٪ مكافئ Na₂O).
- اضافه بوزولانز (رماد طيران، خبث) لتقليل النفاذية.
4. الامتثال لمعايير الصناعة
4.1 ASTM D98 مقابل JGJ/T 104: الفروقات الرئيسية
| البارامتر | ASTM D98 (الولايات المتحدة) | JGJ/T 104 ( China ) |
|---|---|---|
| أقصى محتوى للكلوريد | 1٪ للخرسانة المسلحة | 0.1٪ للبيئات الرطبة |
| طريقة الاختبار | معايرة الجهد القياسي | التحليل الحجمي |
| الحظر المجهد مسبقا | الحظر المطلق | تقييم حالة بحالة |
نصيحة عملية: بالنسبة للبيئات البحرية، EN 206 (الاتحاد الأوروبي) يحدد الكلوريدات إلى 0.4% للخرسانة المسلحة.
استنتاج
يبقى كلوريد الكالسيوم المسرع الاقتصادي بالنسبة للخرسانة في الطقس البارد، لكن مخاطرها تتطلب الالتزام الصارم ب:
✔ حدود الجرعات (1–2٪ بالوزن)
✔ الوقاية من التآكل (مثبطات، طلاءات)
✔ توافق المواد (تجنب الكبريتات، التطبيقات المسبقة الإجهاد)
بالنسبة للمشاريع الحرجة، فكر في ذلك بدائل غير كلوريد (مثل فورمات الكالسيوم).