мини|Сламен сталактит од калтемит што расте од бетонскиот таван на скриен паркинг мини|Калтемитски сламени сталактити, најдесниот пример што покажува свиткување поради насоката на воздушните струи за време на неговото формирање
Калтемит — секундарно наоѓалиште, добиено од бетон, вар, малтер или друг варовнички материјал надвор од средината на пештера.Smith, G.K. (2016). "Calcite straw stalactites growing from concrete structures", Cave and Karst Science 43(1), 4–10. http://bcra.org.uk/pub/candks/index.html?j=127Smith, G K., (2015). "Calcite Straw Stalactites Growing From Concrete Structures". Proceedings of the 30th 'Australian Speleological Federation' conference, Exmouth, Western Australia, edited by Moulds, T. pp 93 -108 Калтемитите растат на или под вештачки создадени конструкции и ги имитираат облиците и формите на пештерските спелеотеми, како што се сталактити, сталагмити, проточен камен итнHill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.]
Терминот калтемит потекнува од латинскиот calx (генитив calcis) „вар“ + латински < грчки théma „наслаг“, со значење „нешто што е положено“, и латинскиот суфикс –ita < грчки -itēs кој се користи за означување минерал или карпа. Терминот „спелеотем“,Moore, G. W. (1952). "Speleothems – a new cave term". National Speleological Society News, Vol.10(6), p.2. според својата дефиниција (spēlaion „пештера“ + théma „наслаг“ на старогрчки) може да се користи само за секундарни наслаги во пештера и не ги опфаќа секундарните наслаги надвор од пештерската средина.
Потекло и состав Разградувањето на бетонот се наоѓа во фокусот на многу студии, а најочигледниот знак е исцедок богат со калциум кој се исцедува од бетонска конструкција. Macleod, G, Hall, A J and Fallick, A E, (1990). "An applied mineralogical investigation of concrete degradation in a major concrete road bridge". Mineralogical Magazine, Vol.54, 637–644Lees, T P, (1992). "Deterioration Mechanisms". 10–36 [Chapter 2] in Mays, G C (Ed.), Durability of Concrete Structures Investigation, repair, protection. [E & FN Spon Press.] Print Ekström, T, (2001). "Leaching of concrete: Experiments and modelling". (Report TVBM-3090). Lund Institute of Technology Division of Building Materials. https://portal.research.lu.se/ws/files/4827018/1766469.pdf.
Калтемитските сталактити можат да се формираат на бетонски конструкции и „вештачки пештери“ обложени со бетон (на пр. рудници и тунели) значително побрзо од оние во варовнички, мермерни или доломитски пештери.Sefton, M, (1988). "Manmade" speleothems. South African Speleological Association Bulletin, Vol.28, 5–7. Ова е поради тоа што поголемиот дел од калтемитите се создаваат со хемиски реакции кои се различни од нормалната хемија на „спелеотемите“.
Калтемитите обично се резултат на хипералкален раствор (pH 9–14) кој продира низ варовничка вештачка структура сè додека не дојде во допир со атмосферата на долната страна од структурата, каде што јаглерод диоксидот (CO2) од околниот воздух ги олеснува реакциите за таложење на калциум карбонат како секундарно таложење. CO2 е реагенс (дифузира во растворот), за разлика од хемијата на спелеотемите каде што CO2 е производот (дегазиран од растворот). Hill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.] Најверојатно е дека поголемиот дел од калциум карбонатот (CaCO3) создава калтемити во облици кои, имитирајќи ги спелеотемите, се таложат од растворот како калцит, за разлика од другите, помалку стабилни, полиморфи на арагонит и ватерит.
мини|Калтемитски течен камен обоен во портокалова боја од железен оксид (од 'рѓосана челична арматура) нанесен заедно со калциум карбонат ( CaCO3). десно|мини|Калтемитски течен камен на надворешната страна од бетонскиот резервоар за вода
Калтемитите генерално се составени од калциум карбонат (CaCO3) кој е претежно обоен во бело, но може да биде обоен во црвена, портокалова или жолта боја поради железен оксид (од 'рѓосување на арматурата) кој се пренесува од исцедокот и се таложи заедно со CaCO3.White W.B., (1997), "Color of Speleothems", Cave Minerals of the World, (2nd Edition) Hill C. and Forti P. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.] 239–244 Бакарниот оксид од бакарните цевки може да предизвика калтемитите да бидат обоени во зелена или сина боја. Калтемитите може да содржат и минерали како што е гипс.
Дефиницијата за калтемит, исто така, вклучува вторични наслаги кои можат да се појават во вештачки рудници и тунели без бетонска облога, каде што вторичните наслаги се добиени од варовник, доломит или друга варовничка природна карпа во која е издлабена шуплината. Во овој случај, хемијата е иста како онаа што создава спелеотеми во природните варовнички пештери (равенки од 5 до 8) подолу. Се претпоставува дека таложењето на калтемитски формации е еден пример за природен процес кој претходно не се случил пред човечката модификација на површината на Земјата и затоа претставува уникатен процес на антропоценот. .
Хемија и pH Начинот на кој се формираат сталактитите се должи на различна хемија од оние што се формираат природно во варовничките пештери и е резултат на присуството на калциум оксид (CaO) во цементот. Бетонот е направен од агрегат, песок и цемент. Кога во смесата се додава вода, калциум оксидот во цементот реагира со вода за да формира калциум хидроксид (Ca(OH)2), кој под соодветни услови може дополнително да дисоцира за да формира калциум (Ca2+) и хидроксид (OH−) јони [ ]. Сите од следниве хемиски реакции се реверзибилни и неколку може да се појават истовремено на одредена местоположба во бетонската структура, под влијание на pH вредноста на растворот на исцедок. Maekawa, K, Ishida, T and Kishi, T, (2009). Multi-Scale Modeling of Structural Concrete. [Oxford, UK: Taylor and Francis.] 225–235.
Хемиската формула е:
Калциум хидроксидот лесно ќе реагира со кој било слободен CO2 за да формира калциум карбонат (CaCO3) [ ].Ho, D W S and Lewis, R K, (1987). "Carbonation of concrete and its prediction". Cement and Concrete Research, Vol.17, 489–504. Растворот е типично pH 9 – 10,3, но ова ќе зависи од тоа кои други хемиски реакции се случуваат во исто време во бетонот.
Оваа реакција се случува кај бетонот додека тој се стврднува, со што се таложи CaCO3 во смесата, сè додека не се потроши целиот достапен CO2 во смесата. Дополнителниот CO2 од атмосферата ќе продолжи да реагира, обично продирајќи само неколку милиметри од површината на бетонот..Borrows, P, (2006a). Chemistry Outdoors. School Science Review – Outdoor Science, Vol.87(320), 24–25. [Hartfield, Herts, UK: Association of Science Education.] Бидејќи атмосферскиот CO2 не може да навлезе многу длабоко во бетонот, останува слободен Ca(OH)2 во стврднатата (тврда) бетонска структура.
Секој надворешен извор на вода (на пр. дожд или протекување) што може да навлезе во микропукнатините и воздушните празнини во стврднатиот бетон лесно ќе го однесе слободниот Ca(OH)2 во растворот на долната страна од конструкцијата. Кога растворот на Ca(OH)2 ќе дојде во допир со атмосферата, CO2 дифундира во капките раствор и со текот на времето реакцијата [ ] таложи калциум карбонат за да создаде сталактити во облик на слама слични на оние во пештерите.
Тука хемијата станува малку комплицирана, поради присуството на растворливи калиум и натриум хидроксиди во новиот бетон, што поддржува повисока алкалност на растворот од околу pH 13,2 – 13,4, доминантниот вид јаглерод е CO32− и исцедокот се заситува со Ca2+.Liu, Z and He, D, (1998). Special speleothems in cement-grouting tunnels and their implications of the atmospheric CO2 sink. Environmental Geology, Vol.35(4), 258–262 Следните хемиски формули [равенки и ] најверојатно ќе се појават, а [] е одговорна за таложење на CaCO3 за создавање сталактити под бетонските конструкции.Ishida, T and Maekawa, K, (2000). "Modeling of pH profile in pore water based on mass transport and chemical equilibrium theory". Translation from Proceedings of Japan Society of Civil Engineers (JSCE), No.648/Vol.47.Newton, K, Fairchild, I and Gunn, J, (2015). "Rates of calcite precipitation from hyperalkaline waters, Poole's Cavern, Derbyshire". Cave and Karst Science. Vol.42(3), 116–124, and "Corrigenda" Vol.43(1), 48
Бидејќи растворливите калиумови и натриумови хидроксиди се исцедуваат од бетонот по патеката на протекување, pH вредноста на растворот ќе падне на pH ≤12,5. Под pH од околу 10,3, доминантната хемиска реакција ќе стане []. pH вредноста на растворот на исцедок влијае на тоа кои доминантни карбонатни видови (јони) се присутни,Pourbaix, M, (1974). "Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions". 2nd English edition. [Houston, TX: National Association of Corrosion Engineers.] така што во секое време може да се појават една или повеќе различни хемиски реакции во рамките на бетонската структура.
Во многу стари варовни, малтерски или бетонски конструкции, можеби стари десетици или стотици години, калциум хидроксидот (Ca(OH)2) можеби е исплакнат од сите патеки на протекување на растворот и pH вредноста може да падне под pH 9. Ова би можело да овозможи сличен процес на оној што создава спелеотеми во варовничките пештери [равенки до ]. Оттука, подземните води богати со CO2 или дождовницата би формирале јаглеродна киселина ( H2CO3) (≈pH 7,5 – 8,5)Hartland, A, Fairchild, I J, Lead, J R, Dominguez-Villar, D, Baker, A, Gunn, J, Baalousha, M and Ju-Nam, Y, (2010). "The dripwaters and speleothems of Poole's Cavern: a review of recent and ongoing research", Cave and Karst Science, Vol.36(2), 37–46. и би исплакнале Ca2+ од структурата додека растворот продира низ старите пукнатини []. Ова е поверојатно да се случи во тенкослоен бетон, како оној што се прска во тунели за возила или железници за стабилизирање на лабав материјал..Hagelia, P, (2011). "Deterioration Mechanisms and Durability of Sprayed Concrete for Rock Support in Tunnels". Doctoral thesis presented at Technische Universiteit Delft, Netherlands. Доколку [] го таложи CaCO3 за да создаде калтемити, нивниот раст ќе биде со многу побавно темпо отколку [Равенките и ], бидејќи слабо алкалниот исцедок има помал капацитет на носивост на Ca2+ во споредба со хипералкалниот раствор. CO2 се дегазира од растворот додека CaCO3 се таложи за да се создадат калтемитските сталактити. Зголемениот парцијален притисок на CO2 (PCO2) и пониската температура можат да ја зголемат концентрацијата на HCO3− во растворот и да резултираат со поголем капацитет на носивост на Ca2+ на исцедокот, но растворот сè уште нема да го достигне капацитетот на носивост на Ca2+ од [Равенките до ].
Реакциите [равенките до ] би можеле да се поедностават на она што е прикажано во [], Hill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.] , но присуството на јаглеродна киселина ( H2CO3) и други видови е изоставено. Хемиската формула [] обично се наведува како создавање „спелеотеми“ во варовнички пештери, но во овој случај слабата јаглеродна киселина го испушта калциум карбонатот (CaCO3) претходно таложен во стариот бетон и го дегазира CO2 за да создаде калтемити.
Доколку исцедокот најде нов пат низ микропукнатините во стариот бетон, ова би можело да обезбеди нов извор на калциум хидроксид (Ca(OH)2) кој може да ја промени доминантната реакција назад во []. Хемијата на деградација на бетонот е доста сложена и само хемијата поврзана со таложењето на калциум карбонат е разгледана во [Равенките до ]. Калциумот е исто така дел од други производи за хидратација во бетонот, како што се калциум алуминиум хидрати и калциум алуминиум железо хидрат. Хемикалијата [Равенките до ] е одговорна за создавање на поголемиот дел од калтемитските сталактити, сталагмити, течен камен итн., кои се наоѓаат на вештачки бетонски конструкции.