混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素
盐渍土地区混凝土基础的腐蚀及防护技术分析
盐渍土地区混凝土基础的腐蚀及防护技术分析【摘要】盐渍土地区的混凝土基础在长期受盐蚀影响下容易发生腐蚀现象，影响基础的稳定性和使用寿命。
本文通过分析盐渍土地区混凝土基础的腐蚀机理，探讨了相关的防护技术。
在选择混凝土材料和设计配合比时，需考虑盐渍土环境的特点，以提高混凝土的抗盐蚀能力。
防护涂料的选择与施工方法也是重要的防护措施之一，可以有效延长基础的使用寿命。
本文还介绍了其他一些防护措施，如加固基础结构和改善排水系统等。
盐渍土地区混凝土基础腐蚀防护技术的重要性在文中得到了充分的体现，未来研究方向包括探索更加环保和持久的防护材料和技术，以应对日益严重的盐蚀问题。
【关键词】盐渍土地区、混凝土基础、腐蚀、防护技术、腐蚀机理、材料选择、配合比设计、防护涂料、施工方法、防护措施、重要性、未来研究方向。
1. 引言1.1 研究背景盐渍土地区混凝土基础在长期受到盐蚀的影响下容易发生腐蚀，导致基础结构受损。
盐蚀是指土壤中存在高浓度的盐离子，如氯离子、硫酸盐等，通过水分渗透到混凝土结构中，引起混凝土内部钢筋锈蚀和混凝土表面脱落，从而破坏基础的承载能力和使用寿命。
特别是在海岸地区、盐碱地区等盐渍土地区，基础混凝土更容易受到腐蚀的影响。
盐渍土地区混凝土基础的腐蚀问题已经成为工程建设中的一个重要挑战。
当前，针对盐渍土地区混凝土基础的腐蚀防护技术研究还相对缺乏系统性和深入性，需要进一步深入研究腐蚀机理，探讨有效的防护技术和措施，以提高混凝土基础的抗腐蚀能力和使用寿命。
本文将对盐渍土地区混凝土基础的腐蚀及防护技术进行分析，旨在为相关工程领域提供参考和借鉴。
1.2 研究意义盐渍土地区混凝土基础的腐蚀及防护技术分析对于建筑工程领域具有重要的意义。
盐渍土地区的腐蚀问题是影响基础结构安全稳定的重要因素，如果不及时有效地进行防护，将会导致基础结构的严重破坏。
随着经济的发展和城市化进程加快，盐渍土地区建筑工程的数量在不断增加，因此盐渍土地区混凝土基础的腐蚀防护技术研究对于提高基础结构的耐久性和减少维修成本具有重要的现实意义。
水泥与混凝土工程中的硫酸盐侵蚀问题分析
水泥与混凝土工程中的硫酸盐侵蚀问题分析水泥和混凝土广泛应用于建筑业，为我们的城市提供了强大的基础设施。
然而，随着时间的推移，硫酸盐侵蚀成为了水泥和混凝土工程中一个非常重要的问题。
本文将分析硫酸盐侵蚀对水泥和混凝土的影响以及如何应对这一问题。
首先，我们来了解硫酸盐侵蚀对水泥和混凝土的影响。
硫酸盐侵蚀是指大量硫酸盐与水泥、混凝土内部的化学反应，导致其抗压强度下降，甚至损坏工程结构。
硫酸盐溶液中的硫酸根离子会与水泥和混凝土中的水化产物发生反应，形成具有体积膨胀性的产物，以及可溶性的产物，导致混凝土表面产生龟裂、剥落、腐蚀等现象。
硫酸盐侵蚀会严重影响工程的使用寿命和稳定性。
接下来，我们来探讨硫酸盐侵蚀问题的成因。
硫酸盐的来源主要包括大气中的化学物质、土壤和地下水中的化学物质以及工业废气排放中的硫化物。
这些硫酸盐物质与水泥、混凝土中的矿物质反应，形成不溶性的硫酸钙或硫铝酸钙，引发硫酸盐侵蚀问题。
此外，气候条件，如高温、高湿度、雨水等也会加剧硫酸盐侵蚀的程度。
然后，我们来讨论如何应对水泥和混凝土工程中的硫酸盐侵蚀问题。
首先，选用符合设计要求的水泥和混凝土材料至关重要。
采用抗硫酸盐侵蚀的水泥和混凝土材料，如硫铝酸盐水泥和添加硅酸盐等物质的混凝土，可以提高工程的抗侵蚀能力。
其次，混凝土的施工需要注意加强细部处理，如缩短工程的连续浇筑间隔时间，增加混凝土表面沟槽等，以减少硫酸盐侵蚀的风险。
此外，在维护和保养方面，定期进行混凝土表面的清洗、修复和防护是非常重要的措施。
最后，我们要重视硫酸盐侵蚀问题的预防和治理。
在工程设计阶段，应根据具体环境条件和工程要求，合理制定防治措施。
提高建筑材料的质量控制，加强施工质量管理，定期进行工程检测和维护，及时修复已受损的结构，都是预防硫酸盐侵蚀问题的重要手段。
此外，科研领域也应加强对硫酸盐侵蚀问题的研究，提出更多有效的治理方法。
总之，硫酸盐侵蚀是水泥和混凝土工程中不可忽视的问题。
了解硫酸盐侵蚀对水泥和混凝土的影响，分析其成因以及推导出相应应对硫酸盐侵蚀问题的方法，对于保证工程结构的使用寿命和安全性至关重要。
混凝土硫酸盐侵蚀破坏机理与预防措施
硫酸盐种类 和浓度 有关 ， 还与其它离子 的存 在和气候 条件 有 关 ， 了钙 矾 石 （ Ｃ Ｏ ・Ａ ・ Ｃ Ｓ ・ 除 ３ａ １ Ｏ ３ ａＯ ３ Ｈ Ｏ 之外 ， ２ ） 混凝 土受硫酸盐侵蚀还可能形成碳硫 硅酸钙 （ ａ Ｏ Ｃ ＳＯ Ｃ Ｓ ・ ５ ， ） ， 同腐 Ｃ Ｃ ・ ａｉ ・ ａＯ １ Ｈ Ｏ 不 蚀产 物所对 应 的混凝 土内外部 条件 和反 应机 理是 完 全不同的 ， 所应采 取的预防措施 也不尽 相同。因此 ， 文
筑结构教学与设计。
行； 最后均匀涂抹浸渍树脂粘贴横 向碳纤维布 。
（ ） 表 面 糙 化 。 为 了 保 证 玻 璃 丝 布 表 面 粗 糙 ３
方预期 目的， 受到业主好评。该项 目的成功 ， 给此类 工 程一些借鉴 ， 取得 了良好的综合效益 。
参 考 文 献
［ ］ ０ Ｓ ６ １砖混结构加固与修复［ ］ １ ３Ｇ ｌ， ｓ．
（ ） 铺 设钢 筋 网片 时 ， 向钢筋 应靠 墙面 并用 ３ 竖
钢 筋 头 支起 ； 保 证 竖 向 钢筋 锚 固 于 混 凝 土 条基 之 中 。 应
［ ］ 何建 ． 建筑 ，
２ ０ （ ） １６—１７ １０ ０ ９，４ ：３ ３ ，４ ．
［ 收稿 日期 ］ ２ １ ０ ０—０ ４—２ Ｉ ［ 作者简介］ 刘凌 云（９４一） 女， １７ ， 湖南周 口人 ， 研究方 向： 建
北京100024摘要根据腐蚀产物将水泥混凝土硫酸盐侵蚀分为钙矾石型和碳硫硅酸钙型两大类分析了不同类型硫酸盐侵蚀的发生条件化学反应机理和混凝土外观破坏特征并从原材料选择配合比设计等方面提出不同类型硫酸盐侵蚀破坏的预防措施从而为实际混凝土工程硫酸盐侵蚀破坏原因分析和耐久性设计提供参考
浅谈混凝土的硫酸盐侵蚀研究
第21卷 第12期 中 国 水 运 Vol.21 No.12 2021年 12月 China Water Transport December 2021收稿日期：2021-10-15作者简介：刘 姣，贵州大学 土木工程学院。
浅谈混凝土的硫酸盐侵蚀研究刘 姣，覃书豪，韦明瑞，彭定东，周 超，熊 汪（贵州大学 土木工程学院，贵州 贵阳 550000）摘 要：我国大多数水环境中都含有硫酸盐，由于硫酸盐的侵蚀导致混凝土结构破坏的案例数不胜数。
混凝土作为一种重要的建筑材料，在我们的生活中应用广泛。
多年来，国内外很多学者从各个方面对混凝土的硫酸盐侵蚀进行了大量研究。
本文根据以往文献内容，从研究历程、研究模型、试验方法、影响因素等方面进行归纳总结，以为今后混凝土硫酸盐的侵蚀试验研究提供一定的参考依据。
关键词：混土凝；硫酸盐；侵蚀；试验方法；影响因素中图分类号：TU503 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2021）12-0158-03混凝土自发明后应用发展迅速，是一种非常重要的建筑材料。
各种混凝土结构的服役环境复杂，环境中很多因素对混凝土的耐久性都产生着影响。
混凝土作为一种复杂的多孔结构体，容易受到环境中介质的侵蚀，使得混凝土成分性能发生改变，降低混凝土建筑的服役年限，严重损害人们的利益。
硫酸盐侵蚀混凝土是引起混凝土材料失效破坏的主要因素之一[1]。
研究混凝土的硫酸盐侵蚀对混凝土结构的使用安全及经济效益等方面有重要意义，学者们不断开展研究，并取得了很大进展。
一、混凝土的硫酸侵蚀研究进程Michalis 是研究混凝土硫酸盐侵蚀的第一个人，他在1892年时发现被侵蚀的混凝土中存在一种针粒状晶体，叫做“水泥杆菌”，就是使硬化混凝土开裂的水化三硫铝酸钙[2]。
从20世纪50年代开始，我国开始了对混凝土硫酸盐侵蚀的各类研究。
有学者对不同性能的混凝土硫酸盐侵蚀进行研究，潘海勃[3]开展了硫酸盐侵蚀下防腐型高延性混凝土力学性能试验研究；杨春景等[4]对不同掺量的玄武岩纤维轻骨料混凝土（BF-LAC）进行不同龄期的硫酸盐侵蚀试验，研究BF-LAC 在硫酸盐侵蚀环境下的力学性能和劣化程度；董文津[5]通过室内模拟试验探讨了干湿条件下透水型生态混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。
冻融和硫酸盐侵蚀实验方案
冻融和硫酸盐侵蚀实验方案冻融：一、冻融破坏机理混凝土的冻融循环会使得混凝土内部产生冻胀从而导致混凝土开裂，而开裂的裂缝在冰溶解之后会渗透更多的水，在下一次水结冰之后会产生比上次一更大的膨胀，以此循环最终导致混凝土破坏。
二、检测参数混凝土强度损失率、混凝土质量损失率。
三、仪器设备材料试验机、低温箱、水槽、台秤四、试验内容(1)、按照要求制作直径70mm,高155mm的圆柱体混凝土试块，并养护。
(2)、无特殊要求，试件在28天后进行冻融实验，实验前4天，取出试件放在温度为15°C到20°C的水中。
浸泡时水面至少高出试件顶部20mm,4天之后进行冻融实验，对比试件应保留在标准养护室内，知道完成冻融循环试验之后与抗冻试件同时试压。
(3)、箱内防冻液的高度要高出试件盒内水溶液的高度，且试件之间要保持20mm的空隙，以保证防冻液能在冻融箱内顺畅流动。
(4)、抗冻试验冻结温度在-15℃到20℃循环,试件在温度为20℃时放入，装完试件后如果温度有较大的升高，则以温度降低到-15°C时起算冻结时间，每次从装完时间到重新降低到-15°C所需要的试件不应超过2小时。
冷冻箱的温度以其中心处的温度为准。
试件箱内如果没有有空余的试件位，需要用其他试件填充，以保证盒内温度均衡稳定。
(5)、抗冻试验结束后，把试件放在15-20°C的水中解冻4小时，融化完毕即为该次冻融循环结束，取出试件送入冷冻箱进行下一次循环试验。
(6)、冻结时间和融化试件均不得少于4个小时。
(7)、应常对冻融循环试件进行外观检查，发现有严重破坏时应进行称重，如果试件的平均质量损失率超过5%,即可停止试验。
、试件达到预定的循环次数之后，则用石膏找平后进行试压(8)、在冻融过程中，因故需要中断试验，为了避免是谁和影响强度，应将冻融试件放置在标准养护室保存，直至恢复冻融实验为止。
(9)、混凝土冻融试验后应按以下公式计算其强度损失率：具体测量指标公式：1、强度损失率：△fm=(fm1-fm2)/fm1△fm1:N次冻融循环之后的强度损失率fm1：对比组试块强度值fm2：N次冻融循环后试件的强度值2、质量损失率△Mm=(Mo-Mn)/Mo∆M m:N次冻融玄幻之后质量损失率△Mo：试验之前试块的质量∆M n：试验之后试块的质量(11)、同时满足强度损失率不超过25%,质量损失不超过5%的最大冻融循环次数作为试件的抗冻号备注：对照组：3个试验组:A组冻融循环30次、B组冻融循环60次、C组冻融循环90次，共3个试块试块分为不加新型HC复合筋，与加新型HC复合筋2个因素实验要用C25和陶粒2个因素冻融循环试验所需试块数量共计：3χ2χ2=36块混凝土冻融循环试验记录表试件编号：试验日期：年硫酸盐侵蚀：一、硫酸盐侵蚀混凝土机理硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物理化学过程，侵蚀破坏的机理可以从化学作用和物理作用两方面考虑；化学作用是指侵蚀介质中的硫酸根离子与水泥石的组分发生化学反应生成膨胀性物质，产生膨胀内应力，导致混凝土结构物的破坏；物理作用主要是指地下水中有侵蚀性盐类物质进入混凝土结构内，当水分蒸发或湿度化时会析出晶体并逐渐长大，最终由于产生较大的内应力而使混凝土遭受破坏。
混凝土硫酸盐侵蚀影响因素探讨
年，米哈埃利斯首 先发 现硫酸 盐对 混凝 土的侵 蚀作 用，在 侵蚀的混凝土中发 现一种针 粒状 晶体，并 称之 为“ 水泥 杆 菌” ，实质上就是水化硫铝酸钙 （钙矾 石），随 后的 !’’ 多 年里，各国学者对硫酸盐侵蚀进行 了大量的、全 面的研究， 积累了丰富的 文献资 料。混凝 土硫 酸盐 侵蚀的 研究，国 外 开展的很早，前苏 联的科学家早在 $’ 世纪初期就进 行了硫 酸盐侵蚀的 研究，前 苏联、美国 、欧洲等 国均 相继 制订 了 混凝土抗腐蚀的有 关标 准，及研 制出 提高混 凝土 抗蚀性 的 新材料新技术，为防 止和延 缓混 凝土 的硫酸 盐侵 蚀取得 了 明显的效果。 我国自二十世纪 五六十 年代 初期 也开始 了混 凝土硫 酸 盐侵蚀的研究，主要 研究了 抗硫 酸盐 侵蚀的 试验 方法和 破 坏机理的探索，但是 硫酸 盐侵蚀 被认 为是在 所有 化学腐 蚀 中对混凝土或水泥 制品 影响 最大的 腐蚀，我 国硫 酸盐含 量 丰富，地质条件 复杂，我 国在 铁路、公 路、水 利工 程等 方 面都进行了研究，另 外在 提高水 泥混 凝土抗 硫酸 盐侵蚀 性 的研究方面，也取 得了 一定 的成果， 我国的 相关 规范中 也 加入了硫酸盐侵蚀 的相 关标 准。另外 从二十 世纪 六十 年代 初开始，以马孝轩为 代表 的研究 人员 在我国 广大 地区 通过 埋置混凝土桩的方法 得到 了我国 不同 土壤的 混凝 土腐 蚀数 据，在此基础上总结 出不 同混凝 土在 不同土 壤中 的腐 蚀规 律，这其中就有 硫酸盐 腐蚀 的规律， 对我国 的工 程建设 起 到了很好的指导作用。 鉴于硫酸盐侵 蚀的 对于建 筑物 影响的 严重 性，以及 硫 酸盐侵蚀诸多影响因素，在进行 设计时，要结 合实际情 况， 综合考虑这些因素的影响，将硫酸 盐侵蚀的影 响降到最 低， 这是我们所期望的。
盐渍土腐蚀机理分析
盐渍土腐蚀机理分析摘要:盐渍土在中国分布非常广泛，盐渍土对道路、桥梁及其他各类构筑物具有严重的腐蚀性，常常使该类地区的工程建筑造成较大的经济损失。
通过对盐渍土腐蚀机理的研究分析得出，在一定的地理环境下，水、空气、温度是影响硫酸盐类盐渍土腐蚀的重要因素。
关键词：硫酸盐盐渍土，腐蚀机理，影响因素盐渍土是指包含碱土、盐土在内的不同程度盐化、碱化土壤的总称。
盐土是指土壤中可溶性盐含量达到对作物生长有显著危害的土类，盐分含量指标因不同盐分组成而异。
碱土是指土壤中含有危害植物生长和改变土壤性质的多量交换性钠的土。
当土中易溶盐的含量达到0.3%以上，并具有盐胀、溶陷及腐蚀等工程性能时，该类土被称为盐渍土[1]。
我国西北地区，如青海、新疆、西藏、内蒙古等地区分布着大大小小共1000多个盐湖，这些地区其后干燥，蒸发强烈，温度变化剧烈，毛细水因其积盐作用较为显著。
1 盐渍土研究现状1.1 盐渍土的分类盐渍土根据分类依据不同，有多种分类方法：①按盐性质不同，可分为以下五类：盐渍土名称阴离子含量比例Cl-/SO42- CO32-+HCO3-/ Cl-+SO42-氯盐渍土＞2 -亚氯盐渍土1～2 -亚硫酸盐渍土0.3～1 -硫酸盐渍土＜0.3 -碳酸盐渍土- ＜0.3②按含盐程度不同，可分以下四类：盐渍土名称含盐质量（%）氯盐渍土及亚氯盐渍土硫酸盐渍土及亚硫酸盐渍土弱盐渍土0.3～1 0.3～0.5中盐渍土1～5 0.5～2.0强盐渍土5～8 2～5过盐渍土＞8 ＞5③按地区不同分类：盐渍土按地区不同可分为内陆干旱盐渍土、滨海盐渍土、平原盐渍土等。
④按土的性质分类：盐渍土按土的性质分类，可分为粗颗粒盐渍土、细颗粒盐渍土等。
1.2 盐渍土腐蚀性研究现状盐渍土兼有土体自身腐蚀和盐类的腐蚀特征，其中土腐蚀包括：化学反应腐蚀、电化学腐蚀、物理作用腐蚀、微生物腐蚀等；盐类腐蚀主要包括：土中盐类（如氯离子、镁离子、铵离子等）产生的离子结晶、胀缩作用、硫酸盐还原菌作用等。
混凝土抗硫酸盐侵蚀的试验研究
混凝土抗硫酸盐侵蚀的试验研究研究背景硫酸盐侵蚀是混凝土建筑中常见的一种病害，严重影响混凝土的结构稳定性和使用寿命。
近年来，人们在混凝土结构的耐久性方面提出了许多新的要求，其中对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的要求越来越高。
因此，对于混凝土抗硫酸盐侵蚀的试验研究变得越来越重要。
研究方法材料准备本试验选用国内常见的水泥、砂子、骨料等材料，按照一定的比例制备混凝土试块。
硫酸盐溶液的浓度为5%。
试验步骤1.制备混凝土试块混凝土试块的制备应按照现有的混凝土试验标准进行，制备好的混凝土试块应在养护期内达到一定的强度。
2.模拟硫酸盐侵蚀条件将制备好的混凝土试块分为两组，一组浸泡于硫酸盐溶液中，另一组作为对照组。
浸泡时间为28天，每7天更换一次硫酸盐溶液。
3.试验结果分析分别测试两组混凝土试块的抗压强度、吸水率和质量损失率，并进行数据比较、分析和处理。
试验结果抗压强度在28天的试验周期内，硫酸盐溶液中的混凝土试块的抗压强度损失较大，对照组的抗压强度也有所下降。
但是，在一定程度上硫酸盐侵蚀可以改善混凝土的耐久性。
吸水率硫酸盐溶液中的混凝土试块吸水率较高，而对照组的吸水率较低。
说明硫酸盐侵蚀会增加混凝土的毛细孔和裂隙，导致其吸水性能变差。
质量损失率在试验周期内，硫酸盐侵蚀会导致混凝土质量的不断下降，而对照组的质量损失率呈现较小幅度的下降趋势。
说明混凝土的质量受到硫酸盐侵蚀的影响。
结论硫酸盐侵蚀会对混凝土的结构稳定性和使用寿命产生负面的影响。
但是，适量的硫酸盐侵蚀可以增加混凝土的耐久性，提高其抗侵蚀性能。
因此，在混凝土结构设计和建造中需要充分考虑硫酸盐侵蚀因素。
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焦作工学院学报(自然科学版),第22卷,第6期,2003年11月JournalofJiaozuoInstituteofTechnology(NaturalScience),Vol.22,No.6,Nov.2003
混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素吕林女1,何永佳2,丁庆军2,胡曙光2(1.武汉理工大学结构工程与力学系,湖北武汉430070;2.武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070)
摘要:通过分析混凝土硫酸盐侵蚀反应类型,阐明了混凝土硫酸盐侵蚀机理;通过对混凝土组分、混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及混凝土所处的工作环境的研究,探讨了影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素,并在此基础上从降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善混凝土的孔隙结构等方面提出了提高混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径.
关 键 词:混凝土;硫酸盐侵蚀;机理;影响因素中图分类号:TU528.33 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2003)06Ο0465Ο04
0 引 言随着时间的推移,人们发现混凝土材料并不象预期的那样耐久,很多工程未达到设计使用年限就出现各种非力学破坏,给社会生活及人身安全等都造成了不利的影响,混凝土耐久性已越来越引起各方面的广泛关注.引起非力学破坏现象的原因是多种多样的,其中主要原因之一就是由于硫酸盐的侵蚀[1,2].海洋、盐湖、地下水等环境中大多含有硫酸盐,混凝土组分本身也有可能带有硫酸盐,它们
在各种条件下对混凝土产生侵蚀作用,使其发生破坏.如何预防和减轻硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏一直是混凝土耐久性研究的一项重要内容.
1 混凝土的硫酸盐侵蚀机理1.1 内部和外部侵蚀从SO2-4的来源看,混凝土的硫酸盐侵蚀可分为内部和外部侵蚀.内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的,而外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀.外部侵蚀可分为两个过程:
(1)SO
2-
4由环境溶液进入混凝土孔隙中,这是一个扩散过程,其速率决定于混凝土的抗渗性.(2
)
SO2-4与其他物质的反应过程.近年来,由于含硫酸盐外加剂及含硫酸盐集料的大量采用,内部硫酸
盐侵蚀也成为研究热点[3].与外部侵蚀相比,内部侵蚀的化学实质也是SO2-4与水泥石矿物的反应,
但由于SO2-4来源不同,内部侵蚀又具有与外部侵蚀不同的特点,内部侵蚀中,母体内部的SO2-4从混凝土拌和时就已存在,不经过扩散即可与水泥石中的矿物发生侵蚀反应,而SO2-4的量随反应的进行而减少,因此侵蚀速率则随母体龄期增长而趋于降低.
1.2 侵蚀化学反应混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程,多年以来,国内外许多学者在侵蚀机理方面作了大量的研究,形成了一些结论.
一般而言,硫酸盐侵蚀有以下化学反应:
(1)形成钙矾石
.SO
2-
4与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙(钙
收稿日期:2003Ο07Ο10;修回日期:2003Ο09Ο10
基金项目:国家十五攻关项目“混凝土安全性专家系统的研究”资助,编号:2001BA307B01-02.
作者简介:吕林女(1972Ο),女,博士,讲师.矾石),固相体积增大94%,引起混凝土的膨胀、开裂、解体,这种破坏一般会在构件表面出现比较粗大的裂缝.另一方面,钙矾石生长过程中的内应力也进一步加剧了膨胀.这和液相的碱度密切相关,碱度低时,形成的钙矾石为大的板条状晶体,此类钙矾石一般不带来有害的膨胀,碱度高时如在纯硅酸盐水泥混凝土中形成的钙矾石为针状或片状,甚至呈凝胶状析出,形成极大的结晶应力,因此合理控制液相的碱度是减轻钙矾石危害性膨胀的有效途径之一.
(2)形成石膏.如果硫酸盐浓度较高时,则不仅生成钙矾石,而且还会有石膏结晶析出.一方面
石膏的生成使固相体积增大124%,引起混凝土膨胀开裂,另一方面,消耗了CH,而水泥水化生成的CH不仅是CΟSΟH等水化矿物稳定存在的基础,而且它本身以波特兰石的形态存在于硬化浆体中,
对混凝土的力学强度有贡献,因此导致混凝土的强度损失和耐久性下降.根据浓度积规则,只有当SO2-4和Ca2+的浓度积大于或等于CaSO4的浓度积时才能有石膏结晶析出.有些专家认为当侵蚀溶液
中SO2-4的浓度在1000mg/L以下时,只有钙矾石结晶形成,当SO2-4浓度逐渐提高时,开始平等地发生钙矾石-石膏复合结晶,在SO2-4浓度非常高时,石膏结晶侵蚀才起主导作用.但事实上,若混凝土处于干湿交替状态,即使环境溶液中SO2-4浓度不高,也往往会因为水分的蒸发而使侵蚀溶液浓缩,石膏结晶侵蚀有可能成为主要因素.我国八盘峡水电站和刘家峡水电站等工程的硫酸盐侵蚀破坏都具有此特点.
(3)MgSO
4作用下的化学反应.MgSO4是硫酸盐中侵蚀性最大的一种,其原因主要是Mg2+和
SO2-4均为侵蚀源,二者相互叠加,构成严重的复合侵蚀.反应主要有以下几种:
MS+CH+2H—→CSH
2+MH,
这种反应生成的石膏或钙矾石引起混凝土的体积膨胀,同时反应将CH转化成MH,降低了水泥石系统的碱度,破坏了CΟSΟH水化产物稳定存在的条件,使水化产物分解,造成混凝土强度和粘结性的损失.
C
4AH13+3MS+2CH+20H—→C3A・3CS・H32+3MH,
同前式一样,该反应生成膨胀性产物钙矾石,并且将水化CH转化为MH.在混凝土系统中,若存在单硫型水化硫铝酸钙,则也会参与这类转化反应,对混凝土有类似的破坏作用 CΟSΟH+MS+5H—→MH+CSH
2+S2H
2MH+S
2H—→2MΟSΟH+H
这两种反应将水泥石的主要强度组分CΟSΟH分解为没有胶结性能的硅胶或进一步转化为硅酸镁,
导致混凝土强度损失,粘结性下降,实际工程中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.
(4)形成碱金属硫酸盐晶体.混凝土孔隙中的碱金属硫酸盐浓度高时结晶析出,产生极大结晶应
力和体积膨胀而使混凝土破坏.特别是当结构物的一部分侵入盐液,另一部分暴露在干燥空气中时,
盐液在毛细管作用下升至水线以上部分然后蒸发,盐液浓缩而析晶.
2 主要影响因素2.1 混凝土本身性质(1)水泥中矿物成分的影响.硫酸盐侵蚀的实质是硫酸根离子与水泥石中的矿物(主要是铝酸盐
矿物)发生的物理化学过程,因此水泥的化学成分和矿物组成是影响硫酸盐侵蚀程度和速度的重要因素,而C
3A的含量则是决定性因素,实验证明混凝土膨胀随水泥中C3A含量的增加而明显增长,
如
图1所示[4].
若C
3A含量高,且C3S含量亦高时则混凝土的抗硫酸盐侵蚀性更差,这是因为C3S
水化生成大
量的CH.不过若C
3A含量不超过10%时,C3S的影响并不显著.
从水泥本身化学成分方面改善混凝
土抗硫酸盐侵蚀性能的研究已进行得比较多,研制开发出了各种抗硫酸盐水泥.
664 焦作工学院学报(自然科学版) 2003年第22卷 (2)混凝土孔隙含量及分布的影响.混凝土的孔隙系统也是一个重要影响因素,致密性好、孔隙含量少且连通孔少的混凝土可以较好地抵抗硫酸盐侵蚀.而混凝土的孔隙率及孔分布又与混凝土各原材料及其配比、混凝土密实成型工艺、养护制度等多种因素有关.如当采用较高的水灰比时,
孔隙率大,大孔及连通孔较多,硫酸盐易侵入混凝土内部,
造成混凝土破坏.此外,混凝土所受的荷载及冻融循环、流水冲刷等其他因素也可以通过影响混凝土的孔隙结构从而间接地影响混凝土的硫酸盐侵蚀行为.
(3)其他.混凝土的拌合水及集料的选用也有讲究,骨
料中含硫酸盐的矿物成分和拌合水中有害离子都有可能加剧硫酸盐侵蚀.
2.2 侵蚀溶液及工作环境2.2.1 侵蚀离子浓度SO2-4浓度越大则侵蚀速率
越大,不过不是线性关系.环境对混凝土的侵蚀程度可根据硫酸盐溶液的浓度加以分级,如表1
如示.
表1 环境水中硫酸盐对普通波特兰水泥的侵蚀等级Tab.1 ErosiongradeofsulphatetoordinaryPortlandcementinenvironmentwater
W(SO2-4)/(mg・L-1)<300300～600601～15001501～50005000
侵蚀等级低轻微中等严重很严重
此外,如前所述,Mg2+的存在也会加重SO2-4对混凝土的侵蚀作用,但如果溶液中SO2-4浓度很低,而Mg2+的浓度很高的话,则镁盐侵蚀滞缓甚至完全停止,这是因为Mg(OH)2的溶解度很低,
随反应的进行,它将淤塞于水泥石的孔隙显著地阻止Mg2+向水泥石内部扩散.
有研究发现,Cl-的存在将显著地缓解硫酸盐侵蚀破坏的程度和速度,这是由于Cl-的渗透速度大于SO
2-
4,可以先行渗入较深层的混凝土中,在CH的作用下与水化铝酸钙反应生成单氯铝酸钙和
三氯铝酸钙,从而减少了硫铝酸钙的生成.
2.2.2 环境酸度(pH)过去很多年以来关于硫酸盐侵蚀的研究大多没有对侵蚀溶液的pH值给予足够的重视,席耀忠等认为[5]这种做法有碍于正确理解硫酸盐侵蚀机理和制定正确可靠的试验方法.他们的研究表明,随着侵蚀溶液pH值的下降,侵蚀反应不断变化,当侵蚀溶液的pH为12.5～12时,Ca(OH)2和水化铝酸钙溶解,钙矾石析出;当pH=11.6～10.6时,二水石膏析出,pH低于10.6时钙矾石不再稳定而开始分解.与此同时,当pH小于12.5时,CΟSΟH凝胶将发生溶解再结晶,其钙硅比逐渐下降,由pH值为12.5时的2.12下降到pH为8.8时的0.5,水化产物的溶解─过饱和─再结晶过程不断进行,引起混凝土的孔隙率、弹性模量、强度和粘结力的变化.他们认为,对pH值小于8.8的酸雨和城市污水,即使掺用超塑化剂和活性掺合料也难以避免混凝土遭受侵蚀.
2.3 相关因素在内、外部侵蚀中的不同作用内部和外部硫酸盐侵蚀因其过程不同,相关因素对其影响也不完全一样.以水泥含量为例,对外部侵蚀而言,适当提高水泥含量,可以提高强度,增加密实性,从而增强混凝土的抗硫酸盐侵蚀性;
但在内部侵蚀中,膨胀会随水泥含量的增加而加剧,尤其当水泥的C
3A含量也高时,
会导致更快的
破坏速率.C.S.Ouyang等人的实验证实了这一点,见图2
[6]
.从水灰比来看,降低水灰比可以改善
混凝土的抗硫酸盐侵蚀性,这一点在内部侵蚀和外部侵蚀中是一致的,但是,水灰比对外部侵蚀的影响更为突出.外部侵蚀中,SO2-4须先渗透到混凝土中,侵蚀过程才能发生,因此,降低水灰比,从而减少混凝土孔隙率,增强其抗渗性,可有效地阻碍SO2-4渗透,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力.
从掺合料看,在混凝土中掺入粉煤灰等优质掺合料可以改善混凝土抵抗内部、外部硫酸盐侵蚀的
764第6期 吕林女等:混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素