Ettringit okozta szulfátkorrózió mésszel kezelt talajban

A csatolt anyagban Little et al, (2005) kísérletet tettek mésszel kezelt talajok ettringit képződéssel járó szulfátkorróziója termodinamikai modellezésére, azzal a szándékkal, hogy geokémiailag előrejelezhetővé és kontrollálhatóvá tegyék ezt a talajt károsító és roncsoló folyamatot.

Mész, mészhidrát, kalcium tartalmú cement vagy puzzolán stabilizáló anyag adagolása szulfáttartalmú agyagos talajba, ettringit, esetleg traumazit képződéshez vezethet, roncsolva és károsítva a talaj szerkezetét (Little et al, 2005).

Ettringit

Az ettringit a szulfátok, szelenátok, kromátok stb. ásványcsoport ettringit ásványcsoportjába tartozik. Az ásványcsoport általános képlete: (Ca₆(X(OH)₆)₂(Y)₃*26H₂O), ahol az X egy három vegyértékű fém, például Al^3+, Fe³⁺ vagy Cr³⁺ és az Y egy oxi-anion, mint például SO₄^2-, CO3^2-, SeO₄^2-, vagy CrO₄^2- (Barnet, Adam et al, 2001, Jacobson et al, 2003). Az ásványcsoporton belül más ionok is helyettesíthetők, mint például a B(OH)^4- és AsO₄³, de ez általában nem jellemző felszíni környezetben. Az ettringit víztartalmú mész-aluminium-szulfát, (Ca₆(Al(OH)₆)₂(SO₄)₃*26H₂O). Erősen lúgos és szulfát-aktív környezetben, Ca, SO4^2- és Al jelenlétében csapódik ki. Az ettringit kis, rostos kristályokat alkot. Az ettringit képződhet betonban és talajban is, mindkét esetben térfogat- növekedéssel jár és káros duzzadást, szulfátkorróziót okoz (Riesz, 1989). Az ettringit a taumazittal elegykristályt alkot.

Taumazit

A taumazit (Ca₃(Si(OH)₆)(CO₃)(SO₄)*12H₂O), természetben is előforduló ásvány, az ettringit ásványcsoport sziliciumtartalmú eleme, amely szilárd oldatot képez az ettringittel (Barnett et al, 2001).  A taumazit képződésének feltétele általában az ettringit megléte. A taumazit 15 Celsius fok alatti hőmérsékleten, SiO₂ és karbonát ionok jelenlétébe képződik (Jalad et al, 2003; Crammond et al, 2002; Barnett et al, 2001). A taumazitképződés az elsődleges ettringit képződéshez hasonlóan, a szabad szemmel nem látható mikropórusokat és repedéseket tölti ki. Egyrészt duzzadást és repedezést okoz a talajban, másrészt a cementben csökkenti a szilárdsághordozó C-S-H vegyületek kötőerejét (Lévai és Laczkó, 2006). A taumazit természetes ásványként Magyarországon is előfordul, egyik legutóbbi erre utaló publikáció a mészkőbányájáról ismert devon kori polgárdi Szár-hegy szilikátos ásványai között, mintegy 2 mm-es, hatszögletű, hasáb alakú kristályokként azonosítja (Fehér és Sajó, 2003). Előfordul azonban bazaltbányákban is, például Veszprém megyében a Haláp-hegyi és Sarvaly-hegyi kőfejtőben. Ennél jóval fejlettebb példányait többek között a miskolci Herman Ottó, valamint a veszprémi Bakony Múzeumban is őrzik (Herman Ottó Múzeum ásványtára).

Ettringit képződés termodinamikai modellezése mésszel kezelt talajban 

Az ettringitnek jelentős szerepe van a cement és a megszilárdult beton, a geotechnikai elemekkel stabilizált talaj, valamint a mésszel kezelt szulfáttartalmú talaj szulfátkorróziójában (Jalad et al, 2003; Waren et al, 1994; Crammond et al, 2002).

Az ettringit okozta károsodást a talajban több tényező befolyásolja, mint például az ettringit képződését elősegítő termodinamikai feltételek a talajban, az ettringit képződését sztochiometrikusan limitáló reagensek mennyisége a talajban, a víz, a szulfát és más, az ettringit nukleációját folyamatosan elősegítő ionok mozgása a talajban, a puzzolán vagy cementtartalmú mátrix szilárdsága és az ettringit kristályok térbeli elhelyezkedése a talajmátrixban. Mivel a mésszel kezelt talaj oldott szulfáttartalma jelentősen befolyásolja az ettringit képződését, Little et al, (2005) egy termodinamikai geokémiai modell segítségével meghatározták egy adott talajra azt a maximum, megengedhető oldható szulfáttartalmat, mely alatt az ettringit képződés nem károsítja a talaj szerkezetét. A termodinamikai modell alapja a szulfáttartalmú agyagos talaj és a mésztartalmú adalékanyag keverése során létrejött talaj+adalék stabilitási- vagy fázisdiagram.. A diagramról leolvasható az a terület-specifikus szulfát koncentráció határ, mely fölött jelentős mennyiségű talajt károsító duzzadó ásvány (ettringit) képződhet. A modell különösen érzékeny a kémiai összetételre és az ion aktivitásra és lehetőséget teremt különböző adalékanyagok ettringit képződést korlátozó hatásának vizsgálatára vagy a reakció eltolására. Rég bevált gyakorlat a puzzolán-tulajdonságú anyagok, mint például az erőművi pernye, granulált acélműi salak vagy egyéb oldható szilíciumdioxid-tartalmú adalékanyag használata, mésszel stabilizált talaj szulfát-reakciójának mérséklésére (Little et al, 2005), melynek eredményeként az oldható kovasav eltolja a reakciót az ettringit képződés irányából, más, nem duzzadó ásvány képződése felé. Tehát ez a stabilitási modell értékes eszköze lehet egy adott adalékanyag, valamint az adagolási arány felmérésében is.