- การป้องกันการเกิดสนิมในคอนกรีตเสริมเหล็ก ด้วยระบบ Galvanic Anode for Cathodic Protection -

Addasubheading7

ปฏิกิริยาการเกิดคลอไรด์ (Chloride Attack) 

ปฏิกิริยาการเกิดคลอไรด์ (Chloride Attack) ในบริบทของคอนกรีต ไม่ใช่ปฏิกิริยาที่สร้างคลอไรด์ขึ้นมา แต่เป็นกระบวนการที่  คลอไรด์ไอออน  (Cl-)  ซึ่งมีอยู่ภายนอกแทรกซึมเข้าไปทำลายชั้นฟิล์มป้องกันสนิม (Passivation Layer) บนผิวเหล็กเสริม (Rebar) ทำให้เหล็กเกิดสนิม

กลไกการเกิด "คลอไรด์แอทแทค" (Chloride Attack)


กระบวนการนี้เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่อยู่ใกล้ทะเลหรือสัมผัสกับเกลือเสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควร โดยมีขั้นตอนหลัก ๆ ดังนี้:

 1.  การแทรกซึมของคลอไรด์

  • แหล่งที่มา:   คลอไรด์ส่วนใหญ่มักมาจากน้ำทะเล, เกลือที่ใช้ไล่น้ำแข็งบนถนน (ในประเทศเขตหนาว), หรือสารเคมีบางชนิด
  • การเดินทาง:   คลอไรด์ไอออนจะแทรกซึมผ่านรูพรุนของคอนกรีต โดยกระบวนการแพร่ (Diffusion) หรือการซึมซับ (Capillary Suction) เข้าไปหาเหล็กเสริมด้านใน
  • ระดับความเข้มข้น:   ความเร็วในการแทรกซึมขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและคุณภาพของคอนกรีต (อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ที่ต่ำจะต้านทานได้ดีกว่า)

2.  การทำลายชั้นฟิล์มป้องกันสนิม (Depassivation)

  • สภาวะปกติ: ในคอนกรีตที่แข็งแรงจะมีค่า pH สูง (ประมาณ 12.5 - 13.5) ทำให้เกิดชั้นฟิล์มออกไซด์บาง ๆ หุ้มผิวเหล็กไว้ (Passivation Layer)  ชั้นนี้จะป้องกันไม่ให้เหล็กเกิดสนิม
  • การทำลาย:  เมื่อความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนบริเวณผิวเหล็กเสริมถึง ค่าวิกฤต (Critical Chloride Threshold)  คลอไรด์จะเข้าทำปฏิกิริยาและทำลายชั้นฟิล์มป้องกันสนิมนี้ ทำให้เหล็กกลับเข้าสู่สภาวะ "Active" (พร้อมเกิดสนิม)

3.  การเกิดสนิมและการขยายตัวของคอนกรีต

  • เมื่อชั้นป้องกันถูกทำลาย เหล็กจะทำปฏิกิริยากับน้ำและออกซิเจนที่แทรกซึมเข้ามาเกิดเป็นสนิม (Rust) หรือเหล็กออกไซด์
  • ปริมาตรที่เพิ่มขึ้น:   สนิมมีปริมาตรมากกว่าเหล็กเดิมถึง 2 ถึง 6 เท่า ทำให้เกิดแรงดันภายใน (Internal Tensile Stress) 
  • การแตกร้าว: แรงดันนี้จะดันให้คอนกรีตที่หุ้มเหล็กไว้ (Concrete Cover) เกิดการแตกร้าว (Cracking) หลุดร่อน (Spalling) และทำให้กระบวนการกัดกร่อนเร็วขึ้นอย่างรุนแรง 

4.  ปฏิกริยาเคมีที่เกี่ยวข้อง

   

 1.    ปฏิกิริยาแอโนดิก (Anodic Reaction): เหล็กสลายตัว (ออกซิเดชัน) ปล่อยอิเล็กตรอน
                Fe = Fe2 + 2e-

2.     ปฏิกิริยาแคโทดิก (Cathodic Reaction):   ออกซิเจนและน้ำรับอิเล็กตรอน (รีดักชัน)
                  1/2 O2 +   H2O + 2e- = 2OH-

3.     ปฏิกิริยาของคลอไรด์:   คลอไรด์จะรวมตัวกับไอออนเหล็ก (Fe2+) ที่เกิดขึ้นในขั้นตอนที่ 1 กลายเป็นสารประกอบคลอไรด์เชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้ง่าย

        ทำให้เกิดสภาวะที่เป็นกรดเฉพาะที่ ซึ่งช่วยเร่งให้เหล็กสลายตัวเร็วขึ้น: 

                         

                  Fe2+ + 2Cl- = FeCl2 (ตามมาด้วยปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสที่ลดค่า pH เฉพาะที่)

ด้วยเหตุนี้ การป้องกันสนิมจากคลอไรด์จึงต้องใช้ระบบ Cathodic Protection เช่น GSC SuperAnode เพื่อป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปหักล้างปฏิกิริยาแอโนดิก ทำให้เหล็กกลับสู่สภาวะปลอดสนิมได้