浅议硫酸盐对钢筋混凝土侵蚀机理与防治措施

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1、浅议硫酸盐对钢筋混凝土侵蚀机理与防治措施【摘要】混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程，本文通过查阅多方资料并结合部分经验阐述了硫酸盐在混凝土中侵蚀机制和影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的主要因素，最后提出了防止硫酸盐盐对混凝土侵蚀所采取的一些措施，可更好的指导实践，以期为同行提供参考。【关键词】硫酸盐；钢筋混凝土；侵蚀机理；防治措施1.引言硫酸盐侵蚀对混凝土的破坏实质，是环境水中的S042-进入混凝土内部，与水泥石的某些固相组分发生化学反应而生成一种难溶的盐类矿物，这些难溶的盐类矿物由于吸收了大量水分子而产生体积膨胀，形成膨胀内应力，当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时就会导致混凝土的破坏。固体

2、盐类并不侵蚀混凝土，只有盐溶液才能和硬化水泥浆发生化学反应。2.硫酸盐在混凝土中的侵蚀机理(1)混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程，国内外许多学者在侵蚀机理方面作了大量的研究，在混凝土这种碱性环境条件下，因结晶体积膨胀而导致混凝土破坏，为结晶膨胀性侵蚀，一般把硫酸盐侵蚀按结晶情况分为钙矾石结晶（E盐破坏）和石膏结晶（G盐破坏）两种形式。（2）环境水中的S042-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（钙矾石），固相体积增大约94%，其溶解度极小，即使在很低的石灰溶液浓度中它也能稳定存在，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

3、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。其反应方程式为：4Ca•A1203•12H20+3S042-+2Ca（OH）2+20H20—3CaO•A1203•3CaSO4•31H20+60H-（E盐生成）（3）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，

4、消耗了氢氧化钙，而水泥水化生成的氢氧化钙不仅是CSH凝胶等水化矿物稳定存在的基础，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，因此该反应将导致混凝土的强度损失和耐久性下降。由于石膏的溶解度较高，而大气中SOx的浓度通常不是很大，所以一般只在干湿交替、水分蒸发的环境下才可造成G盐破坏。根据浓度积规则，只有当S042-和Ca2+的浓度积大于或等于CaS04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S042-的浓度在lOOOmg几以下时，只有钙矾石结晶形成；当S042-浓度逐渐提高时，开始平等地发生钙矾石一石膏复合结晶；在S042-浓度非常高时，石膏结晶侵蚀才起主

5、导作用。但若混凝土处于干湿交替状态，即使环境溶液中S042-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。Ca(OH)2+S042-+2H20->CaS04-2H20+20H-(G盐生成)(4)MgS04是硫酸盐中侵蚀性最大的一种，其原因主要是由于Mg2+和S042-都是侵蚀性离子，二者的组合会造成更严重的侵蚀。这是由于在MgS04存在时，发生下列两种化学反应：4CaO•A1203•12H20+3MgS04+2Ca(OH)2+20H20—3CaO•A1203•3CaS04•31H2O+3Mg(OH)23Ca(OH)2+MgS04+2H20->CaS04-2H

6、2O+Mg(OH)2(5)Mg(OH)2的生成使混凝土的碱度降低，而且其溶解度很低，生成Mg(OH)2沉淀，使液相中石灰浓度降低，破坏了水泥石固相成分与环境介质间的化学平衡，促使水泥石分解，使水泥石强度降低。(6)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(7)HimeWG[l]指明了硫酸盐破坏的本质为E盐和G盐破坏。硫酸镁的侵蚀还有镁盐破坏，因此其影响强于硫酸钠；总结了硫酸盐(主要为硫酸钠和硫酸镁)的侵蚀机理。硫酸钠膨胀分为两个步骤

7、，一是微小膨胀，二是剧烈膨胀。而硫酸镁的膨胀是一个连续的过程。(8)BingTian[2]指出碗酸盐的侵蚀在于两个反应，一个是硫酸盐和铝酸钙反应生成钙矾石，另一个是硫酸盐和氢氧化钙反应生成石膏。根据其试验结果，他指出石膏反应也会可能导致膨胀。(9)TullianiJM[3]对意大利北部都灵市的一个含硫污水腐蚀的工程基础混凝土进行了相应的检测和微观分析。他发现该污水会严重影响混凝土的力学性能和粘结性