井壁混凝土化学腐蚀研究综述.pdf

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1、垫!!墨篁!!塑!叁篁!!!塑!婆墼建楚壅旦班窒井壁混凝土化学腐蚀研究综述●刘晓伟1，徐国强1”，苗字雷1。张薇1，于庆坤1m1．华北理工大学建筑工程学院，河北唐山063009；2．河北省地震工程研究中心，河北唐山063009摘要：化学腐蚀是井壁混凝土损伤劣化的重要原因之一。本文结合井壁混凝土的服役环境特点，主要从离子、气体、碱骨料反应、微生物化学作用等方面人手，对井壁混凝土的化学腐蚀进行综述。阐述了井壁混凝土的化学腐蚀机理，总结了井擘混凝土化学腐蚀的相关研究结果，为今后的相关研究提供了参考。关键词：井壁混凝土化学腐蚀腐蚀机理

2、溶解性腐蚀矿井生产为我国国民经济发展提供了巨大的物质支撑。然而，新时期的矿井建设却因浅部资源的枯竭而使井筒逐渐向700m～1000m深的深厚冲积层发展1『：随着井筒深度的不断增加，井壁混凝土的服役环境也愈加恶劣，环境中包含有cl一、soj一、HC03-、M92+等腐蚀性离子的高矿化度水渗流日益严重，汇集有C02、S02、H2S等有害气体的矿井瓦斯的腐蚀作用亦不可忽略。这些离子、气体以及其他影响因素带来的化学腐蚀作用持续损伤了井壁混凝土中的3CaO·2Siq·3H20、Ca(OH)2、3CaO·A1203·6H20等成分，严重降

3、低了井壁混凝土的耐久性能及力学性能，给我国的矿井生产带来了较大的安全隐患_2J。因此，有必要对井壁混凝土受到的各类化学腐蚀进行机理分析及结论总结，以探明井壁混凝土的化学腐蚀原因并保障矿井开采的更好更快发展。1离子腐蚀井壁混凝土长期被潮湿多水的地下土层所包围，接触到的腐蚀性离子主要有cl一、soj一、HCO；、M92+、Na+、K+等。其中，cl一、soj一、Mg“对井壁混凝土具有较强的腐蚀作用：1．1阴离子腐蚀C1一是一种既能引起钢筋锈蚀又能使水泥基材料破坏的离子。来源于原材料及周围环境的Cl一对井壁混凝土的破坏作用主要体现在

4、其对钢筋的锈蚀。Cl一侵入混凝土内部的方式有渗透作用、毛细管作用、扩散作用、电化学迁移等，而对于井壁混凝土此过程还要受到压力水头的影响。侵入混凝土内部的游离cl一会改变钢筋钝化膜(7Fe：03·mH，O)稳定存在的强碱性环境，致使钝化膜在含量超过临界值cl一的作用下遭到破坏，进而形成氯铁腐蚀电池并最终导致钢筋锈蚀膨账及混凝土开裂。一般可采用涂刷阻锈剂保护层、改换特种钢筋以及阴极保护等措施来保护钢筋不受氯离子腐蚀一。。氯离子对水泥基材料的腐蚀作用则主要表现在溶解性腐蚀及膨胀性腐蚀。溶解性腐蚀是指氯离子能够置换混凝土中的钙，并与混

5、凝土本身的凝胶体发生溶蚀反应，使Ca(OH)：等形成可溶性物质，最终导致混凝土孔隙率增大及强度的降低。而c】一在与ca“、Mg“等结合后，则会与混凝土中的3CaO·A120，·6H20等物质生成膨胀性化合物，造成混凝土的结晶膨胀性腐蚀[4。。soj一腐蚀是在各种离子腐蚀中占主导地位的一种腐蚀作用。其按腐蚀类型可分为石膏型硫酸盐侵蚀、钙矾石型硫酸盐侵蚀、碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀。主要的腐蚀机理在于，soj一会使水泥石中的ca(OH)，、3CaO·AI，01·6H20、3CaO·2Si02·3H20遭到破坏，并生成针状或片状的钙矾石

6、、石膏晶体，这些晶体的体积是原反应物体积的1—3倍，体积膨胀及结晶应力常使井壁混凝土发生胀裂甚至脱落，最终形成对井壁混凝土的结晶膨胀性腐蚀。硫酸根能够降低氯离子侵入混凝土中的含量，并且硫酸根浓度越高，该抑制作用就越明显Hj，但在共存的后期，硫酸根却会因使混凝土膨胀开裂而加快氯离子对混凝土的侵蚀f67。另外，水泥材料对氯离子有同化作用，但由于s哦一的存在消耗了水泥石中固化cl～的C3AH6，令部分氯离子得到释放，进而使氯离子固化率降低，而且随着硫酸根浓度的提高，这种降低幅度会更大。硫酸盐腐蚀与混凝土交变应力疲劳损伤之间会存在相互

7、促进的的叠加效-14·应。交变应力加速了硫酸根离子的侵蚀速率，提高了硫酸根离子的有效扩散系数，硫酸盐腐蚀则催化了混凝土在交变应力作用下的疲劳破坏。这种叠加效应会随着硫酸盐浓度及交变应力水平及加载频率的提高而愈加明显【，J。1．2阳离子腐蚀Mg“、Na+、K+等碱金属阳离子对井壁混凝土具有阳离子交换溶解性腐蚀作用。以M92+为例，当其作用于井壁混凝土时．M92+将置换混凝土中的ca“，从而使Ca(OH)2和mCaO·nSi02等胶凝物质发生溶蚀。Mg(OH)2与Ca(OH)2相比，前者的胶结能力差溶解度大，并且当Mgz+与混凝土

8、中的mCaO·nSi02胶凝物质共存时，反应生成的Mg(OH)，更易达到稳定状态。Mgz+等的交换溶出性腐蚀会使混凝土孔隙率提高，结构的密实性降低，结构被削弱甚至解体，并为其他腐蚀成分的渗入创造了条件。当介质水流动或介质溶液中含有NaCl时，ca(OH)，的溶廨度会增高，上述