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