硫酸盐腐蚀对混凝土耐久性的影响学习资料

（3）非饱和溶液中的数学模型 加拿大魁北克拉 瓦尔大学的Marchand（2002）在低浓度硫酸钠 溶液对混凝土耐久性的影响方面进行了理论分析， 并提出一个在非饱和溶液中的数学模型。此模型 既考虑了离子和流体的扩散，也考虑了固相的化 学平衡。运用这个数学模型可以分析不同水灰比、 不同类型水泥、不同硫酸盐浓度以及不同的潮湿 度对扩散性能的影响规律。结果表明：暴露在低 浓度的硫酸钠溶液中，混凝土的微观结构将发生 明显的改变。硫酸盐粒子在材料中的渗透不仅是 钙矾石和石膏生成的原因，而且也是氢氧化钙分 解，脱钙的原因。模拟数据进一步说明了水灰比 是控制混凝土耐久性的一个重要指标。
2、提高混凝土密实性
许多工程虽选择了合适的水泥品种，但由于密实 度不高，而遭受了严重的侵蚀。水泥水化需水量 仅为水泥质量的10～15%左右, 而实际需水量(由 于施工等因素的要求) 高达40～70% , 多余的水分 蒸发后形成连通的孔隙, 侵蚀介质就容易渗入水 泥石的内部, 从而加速了侵蚀。因此，在施工中 应合理设计混凝土的配合比，掺适当的外加剂及 改善施工方法等措施均能提高混凝土的密实度。 另外，还可在混凝土表面进行碳化处理，生成难 溶的碳酸钙外壳，使混凝土表面进一步密实，也 可以减少硫酸盐侵蚀。
3、碳硫硅钙石腐蚀
混凝土受此类腐蚀后没有明显的体积膨胀现 象，在腐蚀的混凝土的孔隙和裂缝中充满白 色烂泥状腐蚀产物，它们是碳硫硅钙石与钙 矾石、石膏以及碳酸钙等晶体的混合物。
4、碱金属硫酸盐结晶型
其作用机理为该反应析出带有结晶水的盐类，产 生极大的结晶压力，造成破碎和分裂混凝土的破 坏特别是当结构物的一部分浸入盐液中，另一部 分暴露在干燥空气中时，盐液在毛细管抽吸作用 下上升至液相线以上蒸发，然后，致使盐液浓缩， 则很容易引起混凝土强烈破坏。这种反应生成的 石膏晶体或钙矾石晶体会引起混凝土体积膨胀， 产生内应力。反应将CH转化成MH，降低了水泥 石系统的碱度，破坏了C-S-H水化产物稳定存在 的条件，使C-S-H等水化产物分解，造成混凝土 强度和粘结性的损失。其特点为严重的硫酸镁侵 蚀甚至将混凝土变成完全没有胶结性能的糊状物。 其微观结构通常是在混凝土表层形成双层结构，
二.侵蚀机理
硫酸盐侵蚀过程中钙矾石、石膏和钙硅石的产生 对混凝土产生膨胀破坏作用,这是引起混凝土腐 蚀破坏的主要原因。反应生成的盐类矿物可使硬 化水泥石中CH和C-S-H等组分溶出或分解，导致 水泥石强度和粘结性能损失。
1、钙矾石腐蚀（E盐破坏）
钙矾石（三硫型水化铝酸钙）是溶解度极小 的盐类矿物，它在矿物形态上是针状晶体， 在原水化铝酸钙的固相表面成刺猬状析出， 放射状向四方生长，互相挤压而产生极大的 内应力，致使混凝土结构物受到破坏。其破 坏特征是在表面出现几条较粗大的裂缝。
3、采用高压蒸汽养护
高压蒸汽养护是在高温高压环境下，使混合料中 的钙质成分与硅质成分等发生作用，生成水化产 物，获得一定强度和各种性能。采用高压蒸汽养 护能消除游离的Ca(OH)2，同时C2S（硅酸二钙） 和C3S（硅酸三钙）都形成晶体水化物，比常温 下形成的水化硅酸钙要稳定得多，而C3A（铝酸 三钙）则水化成稳定的立方晶系的C3AH6（六水 铝酸三钙）代替了活泼得多的六方晶系的 C4AH12（水化铝酸四钙），变成低活性状态， 改善了混凝土抗硫酸盐性能。
5、MgSO4溶蚀-结晶型
MgSO4侵蚀是对混凝土侵蚀破坏性最大的一种， 即使硅灰混凝土也难以抵抗MgSO4的侵蚀。其原 因主要是SO42-和Mg2+均为侵蚀源，二者互相叠 加，构成严重的复合侵蚀。
三、影响硫酸盐腐蚀的因素
四、防治措施
1、合理选择水泥品种
配制抗硫酸盐侵蚀的混凝土，应根据侵蚀环境的 特点，合理选择水泥品种。当采用火山灰质或粉 煤灰掺料与抗硫酸盐水泥联合使用时，配制的混 凝土对抗硫酸盐侵蚀有显著的效果。掺硅粉等超 细混合材的混凝土，其抗硫酸盐侵蚀能力也大大 提高。资料显示，硅灰能够填充水泥颗粒间的孔 隙同时与水化产物生成凝胶体。掺入适量硅灰， 可以显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击 及耐磨性能。
5、严把施工质量关
任何优良的材料都必须采取与之配套的施工技术 与工艺，严把施工质量关，许多工程质量事故往 往与施工的组织与控制密不可分。要确保混凝土 质量，必须坚持正确的施工工艺。
6、酸盐水泥中掺入耐腐蚀性外加 剂
比如MNC—SFF型耐腐蚀剂，主要是针对硫酸盐对 酸盐水泥腐蚀而研制的。抗硫酸盐极限浓度为 10000 mg/L，是新一代防腐蚀专用外加剂，在混 凝土中掺人本剂后，能大幅度降低混凝土的渗透 系数，提高混凝土的密实性和抗渗等级，阻止或 减缓了有害离子对混凝土的侵蚀，保证水泥水化 物的稳定性，达到提高混凝土自身防腐和耐久性 的目的。
硫酸盐腐蚀对混凝土耐久性的影 响
（盐碱ห้องสมุดไป่ตู้的混凝土）
（海水腐蚀的混凝土）
（某大坝水下混凝土的腐蚀）
一.硫酸盐侵蚀理论模型
（1）基于热动力学的硫酸盐 膨胀理论 加拿大渥太华 大学的Ping 和Beaudoin （1992）基于热动力学提出 了硫酸盐膨胀理论。该理论 认为钙矾石与水泥胶体之间 的结晶化压力是引起膨胀的
（出现水硬性的钙矾石）
当侵蚀溶液中SO42-的浓度1000mg/L 以下时，只 有钙矾石生成。当溶液中SO42-大于1000mg/L 时， 若水泥石的毛细孔为饱和石灰溶液所填充，不仅 会有钙矾石生成，而且还会有石膏结晶析出。在 SO42- 浓度相当大的变化范围内，石膏结晶侵蚀 只起从属作用，只有在SO42-浓度非常高时，石 膏结晶侵蚀才起主导作用。事实上，若混凝土处 于干湿交替状态，即使SO42- 的浓度不高，石膏 结晶侵蚀也往往起着主导作用，因为水分蒸发使 侵蚀溶液浓缩，从而导致石膏结晶的形成。
4、增设必要的保护层
当侵蚀作用较强上述措施不能奏效时,可在混凝土 表面加上耐腐蚀性强且不透水的保护层(如沥青、 塑料、玻璃等)，可防止硫酸盐等侵蚀介质进入混 凝土内部。沥青、塑料和石材等保护层由于本身 耐腐蚀性强且不易透水，可以阻止或减缓硫酸根 等侵蚀性介质对混凝土的腐蚀。但过大的保护层 厚度会使构件受力后产生的裂缝宽度过大，会影 响其使用性能同时造成经济上的浪费，我国在 《混凝土结构设计规范》中规定了保护层的厚度。