حمله فیزیکی نمک یک سازوکار خرابی ناشی از تبلور1 نمک‌ها در منافذ نزدیک سطوح تبخیری بتن است. با توجه به اینکه واکنش‌های شیمیایی بین بتن و نمک متبلور به طور قابل توجهی وارد این سازوکار نمی‌گردند، چنین سازوکاری حمله فیزیکی نمک نامیده می‌شود.
این نوع خرابی، از فروریختن ریزدانه‌های سطحی و پوسته شدن سطح که عمدتا جنبه ظاهری دارد، تا از هم پاشیدگی پیشرونده شدید میتواند متغیر باشد. رایج ترین نمک‌های مرتبط با حمله فیزیکی نمک به ترتیب کاهش اثر تهاجمی عبارتند از سدیم سولفات، سدیم کربنات و سدیم کلراید.
پیشینه تحقیقات
حمله فیزیکی نمک با نام‌های دیگری مانند “تبلور نمک، خرابی ناشی از هیدراته شدن نمک، نمگیری نمک و هوازدگی نمکی” نیز شناخه می‌شود. نخستین تحقیقات در زمینه حمله فیزیکی نمک به بتن در اوایل دهه ۱۹۹۰ آغاز شد و با پیشرفت نظری در سال 1999 مورد توجه قرار گرفت. مطالعات پیشین عموماً بر حمله شیمیایی سولفات به بتن متمرکز بودند در حالی که حمله فیزیکی نمک سولفات اغلب نادیده یا به اشتباه شناسایی می‌شد. حمله فیزیکی نمک همچنین به عنوان یک سازوکار خرابی برای سنگ و آجر بنایی و همچنین سایر مواد متخلخل رخ می‌دهد.
وقوع
در حال حاضر، حمله فیزیکی نمک به بتن در مکان‌های مختلف در سراسر جهان و به طور معمول در محیط‌های خشک که نمک‌ها در منافذ ریز سطحی به دلیل تبخیر در نزدیکی سطوح عناصر بتنی متبلور می‌شوند، مشاهده شده است. این فرآیند به حضور نمک‌های محلول در آب ناشی از آب دریا، آبهای زیرزمینی خاک و سایر منابع نیاز دارد. در محیط های طبیعی این حمله عمدتاً در مناطق خشک، همانند جنوب غربی ایالات متحده؛ بخشهایی از جنوب اروپا؛ مناطق ساحلی استرالیا؛ و در اکثر نقاط خاورمیانه، به ویژه در نواحی خلیج فارس رخ می دهد.
مثال‌های از حمله فیزیکی نمک به سال ۱۹۱۳ بر می‌گردد، هنگامی که در سال 1968 Hansen آسیب دیواره‌های لوله‌های ملاتی را توسط نیروی مکانیکی اعمال شده توسط تبلور نمک گزارش نمود. یا در سال 982، Reading نمونه هایی از عناصر سازه‌ای را در سد مونتانا نشان داد که تنها با فعالیت فیزیکی سدیم سولفات مورد حمله قرار گرفتند.
سازوکار
فشار تبلور ناشی از رشد بلورها، علت اصلی حمله فیزیکی نمک است. به عنوان یک قاعده کلی فشارهای تبلور با کاهش اندازه منافذ داخل بتن افزایش می‌یابد. این فشارها بر دیواره‌های منافذ تنش وارد می‌کنند که در نهایت هنگامی که فشارها از مقاومت کششی خمیر سیمان اطراف فراتر رود، موجب ایجاد ریز ترک می‌گردد.
تبلور نمک در سطوح تبخیری اتفاق می‌افتد؛ چرا که نمک‌ها با تبخیر غلیظ‌تر شده محلول فوق اشباع می‌گردد و نمک‌ها رسوب می‌نمایند. هنگامی که نمک‌ها متبلور می‌شوند رشد پیدا می‌نمایند و فشار ایجاد می‌کنند. چرخه‌‌های انحلال و تبلور مجدد نیز سبب ایجاد آسیب می‌شود.
برای مثال سدیم کلراید جاذب رطوبت می‌باشد؛ در رطوبت نسبی بیشتر از ۷۵ درصد (محدوده دمایی ۰ تا ۳۰ درجه سلسیوس)، زمانی که بلورها در آب حل شوند در رطوبت نسبی کمتر دوباره متبلور می‌شوند. اگر جبهه های تبخیر در زیر سطوح نمایان ایجاد شوند، رسوب و رشد بلوری در شبکه منافذ بتنی در فرآیندی به نام سفید کزنی درونی اتفاق می افتد. هنگامی که سفید کزنی درونی به جای سفید کزنی رخ دهد میتواند منجر به آسیب شود؛ زیرا فشار در منافذ ریز ایجاد گشته که میتواند موجب ریز ترک خوردگی گردد.
آزمایش
در حال حاضر هیچ آزمایش استانداردی برای تعیین مقاومت بالقوه مخلوط بتن در برابر حمله فیزیکی نمک وجود ندارد. روش‌های آزمایشی مختلفی برای شبیه سازی حمله فیزیکی نمک گزارش شده‌اند که به روش‌های غوطه‌وری کامل، تر و خشک شدن و نیمه غوطه ور شدن طبقه‌بندی می‌شوند؛ قابل توجه است که برای شیوه‌های تسریع شده از سدیم سولفات به دلیل خاصیت مهاجم بودن این ماده، استفاده می‌گردد.
بررسی ظاهری یکی از روش‌های رایج برای ارزیابی حمله فیزیکی نمک به بتن است. رتبه‌بندی ظاهری را می‌توان بر اساس مقیاسی عددی و روایت توصیفی انجام داد. این روش زمانی مفید است که تفاوت قابل توجهی در میزان آسیب دیدگی بین آزمونه‌ها رخ می‌دهد. این رتبه‌بندی در 6 سطح صورت می‌گیرد.
- فاقد خرابی: بدون از دست رفتن مقدار قابل مشاهده خمیر.
- خرابی کم: کم از دست دادن مقدار قابل مشاهده خمیر.
- خرابی متوسط: متوسط: نمایان شدن ریزدانه‌ها.
- خرابی شدید: شدید نمایان شدن درشتدانه‌ها.
- خرابی بسیار شدید: بسیار شدید جداشدن خمیر از اطراف سنگدانه.
- خرابی خرد شدن: خرد شدن در درجه اول مربوط به نمونه‌های مغزه آزمایشگاهی است اما به طور کلی با بتن اجرا شده در محل ارتباط ندارد.
عوامل کلیدی
به طور کلی عوامل بسیاری در این زمینه دخیل هستند که به آنها اشاره‌ای مختصر در این بخش خواهیم کرد.
- درجه فوق اشباع بودن محلول
- توزیع نمک در منافذ (نزدیک بودن جبهه تبخیر به سطح)
- اندازه و توزیع اندازه منافذ،
- جذب موئینه و مقاومت کششی بتن
- درجه فوق اشباع بودن محلول
- نشان داده شده است که نسبت w/cm کمتر برای بهبود دوام بتن در برابر حمله فیزیکی نمک مفید است.
- گزارش شده است که صرف نظر از نوع خمیر یا شرایط رویارویی کاهش w/cm به مقدار ۰/۴۵ یا مقادیر کمتر از آن باعث به حداقل رسیدن یا حذف پوسته شدن سطح بتن ناشی از حمله فیزیکی نمک می گردد.
البته گزارش‌های مختلفی از محققان مختلف گزارش شده است که گاها در نتایج تنوع دیده می‌شود. وجود این تنوع به دلایل مختلفی مانند درجه بلوغ بتن، شرایط عمل‌آوری و … بستگی دارد.
محافظت
روش پوشش دهی در بسیاری از نقاط جهان برای محافظت از دیوارهای بتنی، بنایی و آجری در برابر حمله فیزیکی نمک رایج بوده است. اندود یا ملات قربانی شونده، گچ و رنگ‌ها نفوذ پذیری بیشتری نسبت به بتن دارند و مسیر آسان‌تری را برای تبخیر و به دنبال آن، تبلور نمک فراهم می‌کند و در نتیجه آسیب وارده به بتن را کاهش می‌دهند. با این حال، از آنجایی که پوشش‌ها به تدریج و با گذر زمان از بین می‌روند، به نگهداری منظم، لکه‌گیری و در نهایت جایگزینی نیاز دارند. مواد و پوشش‌ها برای حفاظت و ترمیم آسیب‌های وارده به بتن، ناشی از حمله فیزیکی نمک به طور گسترده در ادبیات فنی مطرح نشده‌اند. این موارد معمولاً بصورت کلی و بدون اطلاعات خاص در مورد اجزای اصلی یا نام تجاریشان معرفی می‌شوند.
جمع بندی
حمله فیزیکی نمک یکی از مهم‌ترین سازوکارهای خرابی غیرشیمیایی در بتن و سایر مصالح متخلخل به شمار می‌رود که عمدتاً ناشی از فشار ناشی از تبلور نمک‌ها در منافذ سطحی است. این پدیده به ویژه در مناطق خشک و شور، با نرخ تبخیر بالا، بیشترین تاثیر را دارد و میتواند منجر به خرابی‌های ظاهری تا تخریب‌های عمیق ساختاری گردد. عوامل متعددی همچون درجه فوق اشباع محلول، اندازه منافذ، نسبت آب به سیمان و شرایط محیطی در شدت و گسترش این نوع خرابی مؤثرند. اگرچه هنوز استاندارد مشخصی برای ارزیابی مقاومت بتن در برابر این حمله تعریف نشده است، اما استفاده از پوشش‌های قربانی‌شونده و طراحی دقیق مخلوط بتن میتواند در کاهش اثرات آن مؤثر واقع شود. در نهایت، با توجه به پیچیدگی سازوکار و تنوع شرایط، ضرورت تحقیقات بیشتر برای ارائه راهکارهای دقیق‌تر و پایدارتر در برابر حمله فیزیکی نمک احساس می‌شود.