Oorsake van verswakking van reservoirs
Last update: April 2, 2012 03:23:44 PM
P.F. SCHULTZ (Pr. Ing.)
'n Ondersoek deur die Nasionale Bounavorsingsinstituut van die WNNR na verswakte reservoirs en drinkbakke in Noordwes-Kaapland en elders het getoon dat die verswakking veroorsaak word deur 'n kombinasie van faktore.
Die basiese redes vir verswakking is eerstens die hoë soutinhoud van die brakwater wat soutuitbloeiing (verswakking deur sout- kristallisasie), sulfaataanval op sement en korrosie van staal veroorsaak, en tweedens onbevredigende konstruksiepraktyke wat die gebruik van swak materiale asook aggregaat insluit.
Die hoeveelheid soute in die water varieer heelwat, maar neig in 'n paar gevalle tot so hoog as een derde van die soutinhoud van seewater. Oor die algemeen bestaan die soute in watermonsters uit natriumsulfaat en natriumchloried. Die relatief hoë sulfaatinhoud van die water vereis voorsorgmaatreels teen sulfaataanval op sement. Sowel die chloriedes as die sulfate sal korrosie (roes) van yster bevorder. Verder kan die hoë soutinhoud verswakking deur kristallisasie van die soute veroorsaak.
Die hoë konsentrasies van die totale soute, waarvan die sulfaat- en chloriedinhoud hoog kan wees in grondwaters, word veral in die meer ariede gebiede van ons land aangetref. Dit kom taamlik algemeen voor in die distrikte van Kenhardt, Prieska, Carnarvon, Beaufort-Wes, Murraysburg, Graaff-Reinet en Gordonia. Dit wil voorkom of hierdie probleem nie in dieselfde mate in die distrikte van Hanover, Middelburg (Kaap), Cradock en Steynsburg voorkom nie.
Faktore wat tot die verswakking van die strukture kan bydra, is die volgende:
Hoë soutinhoud van die water
Die hoë soutinhoud van die water kan op verskillende maniere tot die verswakking van strukture bydra.
Uitbloeiing van soute
Die uitbloei (of kristallisasie) van soute is 'n belangrike faktor in die verswakkingsproses van die strukture. Die hoë persentasie opgeloste soute in die water, tesame met die porositeit van die strukture, is die oorsaak van uitbloeiing van soute wat by verswakte strukture waargeneem is. Hierdie uitbloeiing van soute word veroorsaak deur die deurdringing van water deur die porieë en krake in die strukture. Waar die water verdamp, kristalliseer die soute dan uit. Waar hierdie kristallisasie op die oppervlak van strukture plaasvind, is die resultate slegs onooglik en nie nadelig vir die struktuur nie.
Dit is algemeen bekend dat indien beton, mortel of pleister water deurlaat, selfs indien die water nie brak is nie, daar wit vlekke voorkom waar die water op die oppervlak verdamp. Dit word dikwels gesien waar water deur 'n bars of konstruksievoeg sypel. By hierdie plekke kan daar 'n redelike dik en soms harde aanpaksel vorm. Hierdie aanpaksel bestaan gewoonlik uit kalsiumkarbonaat en word veroorsaak deurdat die water kalsiumhidroksied uit die sement loog, na die oppervlak voer waar die kalsiumhidroksied met koolsuurgas in die lug reageer om kalsiumkarbonaat te vorm. Dit kan ook gebeur dat water kalsiumkarbonaat uitloog en op die oppervlak van die struktuur deponeer.
Dit is dus duidelik dat die wit uitslag op baie van die reservoirs nie, noodwendig aan die kristallisasie van soute uit brakwater toegeskryf moet word nie.
Hierdie verskynsel van wit vlekke, kolle en strepe kom ook algemeen op reservoirs in alle dele van die land voor indien die strukture nie waterdig is nie. Indien die water egter brak is, sal baie meer soute versamel waar die water verdamp nadat dit deur die beton of sand-sementstene beweeg het.
As harde water, dit wil sê water wat baie karbonate of bikarbonate bevat, deur sementprodukte beweeg, sal daar nie veel kalk opgelos word nie. Indien die water egter baie alkalichloried en sulfaat bevat, kan die oplosbaarheid van kalk verhoog word. Baie soute sal dan op die oppervlak kristalliseer as die water deur die sementprodukte beweeg, want dan sal kalsiumsoute sowel as ander soute daar kristalliseer.
Hierdie verskyning (in die Noordwes-Kaap hoër as normaal omdat die water brak is) van soute op die oppervlakke van die reservoirs skep die indruk dat die reservoirs baie sterk aangetas is of aangetas word. In werklikheid is die toestand van baie van die reservoirs nie so sleg as wat dit wil voorkom nie. Bloot die aanwesigheid van wit vlekke, kolle en strepe moet nie sonder meer as 'n mate van die graad van verslegting beskou word nie. Dit dui egter daarop dat water deur die walle of mure beweeg en dit kan 'n aanduiding wees van 'n onbevredigende konstruksie in die eerste instansie en/ of die gebruik van onbevredigende materiale. In baie gevalle kan die barste, krake en ontbinding egter duidelik gesien word en lyk dit of baie van die swakhede reeds kort na konstruksie aanwesig was en deur die brak water vererger is.
Indien die kristallisasie egter binne die materiale, in krake en barste, agter pleistering, in die pleistering of onder die oppervlak van materiaal plaasvind, word die materiaal beskadig. Dit kraak en bars, krake en barste word groter, die pleistering verbrokkel of word afgedruk, of die buitenste laag van die materiaal word afgestoot. Hierdie proses van kristallisasie van soute is onafgebroke en gaan voort solank water soute na 'n gegewe plek dra en die water daar verdamp. Die kragte wat deur die kristallisasie, herkristallisasie, akkumulasie, dehidrasie en herhidrasie van soute veroorsaak word. kan volledige verbrokkeling en disintegrasie van poreuse materiale veroorsaak. Waar die meeste water deurlek en die verdamping die vinnigste is, kan die meeste soutkristallisasie plaasvind en dus ook die meeste skade. In die geval van 'n ondigte reservoir wat gevul is met brak water, is die toestande dus ideaal vir skade deur die uitbloeiing van soute. Uitbloeiing van soute veroorsaak dus nie net 'n aanval op 'n sement wat kwesbaar vir sulfaataanvalle is nie, maar veroorsaak aanvalle op aIle boumateriale wat poreus is. Die kristallisasie van soute en skade daardeur veroorsaak, is dus 'n funksie van die porositeit en sterkte van die materiaal, van die hoeveelheid soute wat in die water opgelos is, sowel as die hoeveelheid water wat deur die materiaal of struktuur beweeg, die spoed van hierdie beweging en die posisie waar die verdamping plaasvind.
Aangesien die soute wat op reservoirmure uitkristalliseer onder meer afkomstig is van die water wat deur die poreuse mure sypel, kan verwag word dat daar 'n ooreenkoms moet wees tussen die chemiese samestellings van die soute in die water en die soute op die reservoirmure. Hierdie ooreenkoms is oor die algemeen bevestig. Afwykings kan verklaar word deur uitloging van kalsiumhidroksied uit sementstene en mortel. Hierdie kalsiumhidroksied verbind met koolsuurgas in die; lug en kalsiumkarbonaat slaan in die soutmengsel neer. Daar is bevind dat 'n soutmonster wat heelwat kalsiumkarbonaat bevat afkomstig is van 'n reservoir wat met sementstene gebou is en dat soutmonsters met feitlik geen karbonaat afkomstig is van 'n reservoir wat met bakstene gebou is. 'n Hoeveelheid karbonaat in die soute kan natuurlik ook afkomstig wees van die water.
Gekonsentreerde brak water kan in 'n byna leë reservoir swaar soutkristallisasieskade veroorsaak, ook aan die binnekant van die muur.
Die sulfaatinhoud van die water verskil van plek tot plek, maar was hoog genoeg in die watermonsters wat getoets is om in baie gevalle ernstige sulfaataanvalle by sement te veroorsaak. Sulfaataanval veroorsaak uitsetting van sementprodukte as gevolg van die formasie van kalsiumsulfoaluminate in die sement. Hierdie produk het 'n groter vaste volume as die reaktante waaruit dit gevorm word en veroorsaak dus volumevermeerdering en spanning in die sementproduk waarin dit vorm.
Sulfaataanval op die oppervlak van waterdigte sementhoudende materiaal, sou slegs disintegrasie van die oppervlak veroorsaak. lndien water met 'n hoë sulfaatinhoud egter beton of mortel binnedring, bring die uitsetting diep in die materiaal algehele disintegrasie mee wat gekenmerk word deur uitswelling, uitmekaarstoting en opligting van die aangetaste materiaal. Sementhoudende materiaal wat dig is, word dus minder aangeval deur sulfate.
Korrosie of roes van yster wat aan suurstof blootgestel is, word vererger deur die teenwoordigheid van chloriede en sulfate. Die korrosie van sink en draad word dus vererger deur die hoë konsentrasies van hierdie stowwe in die meeste waters van die Noordwes-Kaap. Gegalvaniseerde staalstrukture en draadversterkings roes deur en bruin vlekke vertoon soms op die oppervlak van beton of mortel waarin yster roes. Wanneer metale roes, vind daar 'n vermeerdering in volume van vaste materiaal plaas en dit veroorsaak spannings wat krake kan veroorsaak in die materiaal wat die metaal omhul. Soms word die omhulsel of bedekking afgedruk en sodoende word die struktuur beskadig en kan porositeit ook verhoog word.
Die gebruik om die binnekant van 'n reservoir (veral indien dit van gegalvaniseerde staal gemaak is) met 'n waterige mengsel van sement en tafelsout uit te verf, is 'n baie swak praktyk en behoort in geen omstandighede gedoen te word nie, aangesien die chloried in tafelsout korrosie bevorder.