硫酸盐腐蚀对混凝土耐久性的影响

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1、硫酸盐腐蚀对混凝土耐久性的影响组员：彭小斌、熊振华、徐赳混凝土的耐久性破坏主要包括钢筋的锈蚀、混凝土的碳化、冻融破坏、侵蚀性介质的破坏和碱骨料反应等。混凝土硫酸盐侵蚀是危害性较大的一种侵蚀性介质破坏，是影响混凝土耐久性的重要因素之一，也是影响因素最复杂、危害性最大的一种环境水侵蚀。沿海和内陆盐湖地区，尤其是在含酸性地下水以及高黏土土壤环境中大多含有硫酸盐，混凝土本身也有可能带有硫酸盐，在各种条件下对混凝土产生侵蚀作用，使混凝土发生膨胀、开裂、剥落等现象，丧失强度和粘性，使其内部机构发生破坏，最终导致混凝土的耐久性降低。（盐碱地的混凝土）（海水腐蚀的

2、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主要因素，理论还认为温度也是引起膨胀量的一个因素，因为它能提高固体产物的结晶化压力。（2）热动力学平衡方程模拟硫酸盐反应西班牙加泰罗尼亚理工大学的Casanova等利用热动力学平衡方程模拟硫酸盐侵蚀反应，该方法用球形几何模型模拟硫酸盐对混凝土的腐蚀程度。研究结果表明采用物理和化学相结合的方法对混凝土结构腐蚀程度进行预测

3、可以得到良好的效果。（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

4、性的一个重要指标。二.侵蚀机理（1）化学侵蚀：钙矾石结晶型；石膏结晶型；碳硫硅钙石结晶型。（2）物理侵蚀：碱金属硫酸盐结晶型（3）物理化学侵蚀：MgSO4溶蚀-结晶型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

5、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。（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。3、碳硫硅钙石

6、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

7、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，第一层为水镁石，厚度为40-120µm，第二层为石膏，厚度为20-70µm。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1、外部因素（1）硫酸根离子浓度（2）镁离子浓度（3）氯离子浓度（4）环境pH值

8、（5）干湿交替和冻融循环的影响（6）应力状态2、内部因素（1）水泥类型（2）配合比、密实度（3）水灰比（4）掺合料种类及其