砼腐蚀及防护方法

砼腐蚀及防护方法

同刚

（西北电力设计院，陕西西安７１００３２）

［摘要］砼的腐蚀过程是一个极为复杂的物理化学过程，砼的防腐措施是否合理直接关系到建构筑物的安全。本文介绍了砼的腐蚀机理、过程及其防护方法，并且给出了一些有益的建议和工程实例，供设计人员在砼结构的防腐设计中参考。

［关键词］砼；腐蚀；介质；软水；酸；碱；盐；防腐

中图分类号ｌＴＵ５２８．３２文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—４８３５（２００５）ｏｌ—００１０一０４

０引言

用砼或钢筋砼建造的建筑物和构筑物中有很大一部分在使用期间常常受到腐蚀性介质的腐蚀，如果建构筑物在建造时结构材料不采取防腐措施，则腐蚀性介质就可能损坏其结构构件，使其丧失使用价值，甚至出现安全事故。因此砼的防腐是至关重要的。

砼的防腐设计应该以预防为主，根据生产过程中所产生介质的腐蚀性、环境条件、管理水平和维护条件等，因地制宜，区别对待，综合考虑防腐措施。力求使防腐设计做到技术先进、经济合理、安全实用、确保质量。

１砼的腐蚀机理及过程

在通常使用条件下，砼有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质中，则会逐渐受到腐蚀。砼的组成材料中，水泥在水合过程中形成的水泥石对腐蚀介质最为敏感，砼的抗蚀性能，在很大程度上取决于水泥的种类和性能。引起砼腐蚀的原因很多，作用亦甚为复杂，本文介绍几种典型介质的腐蚀作用。

１．１软水的侵蚀（溶出性侵蚀）

雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水。当砼长期与这些水分相接触时，最先溶出的是水泥石中的氢氧化钙（每升水中能溶氢氧化钙１．３ｇ以上）。在静水及无水压的情况下，由于周围的水易为溶出的氢氧化钙所饱和，使溶＠思热怂搿熊鉴丽而丽丽

解作用终止，所以溶出仅限于表层，影响不大。但在流水及压力水作用下，氢氧化钙会不断溶解流失，而且，由于氢氧化钙浓度的继续降低，还会引起其他水化物的分解溶蚀。从而使砼失去胶凝材料而遭受破坏。

１．２盐类腐蚀

（１）硫酸盐的腐蚀。在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污水及流经高炉矿渣或煤渣的水中常含。有钠、钾、铵等硫酸盐，它们首先与砼中的氢氧化钙起置换作用，生成硫酸钙。

硫酸钙再与砼中的固态水化铝酸钙作用生成高硫型水化硫铝酸钙：

４ＣａＯ·Ａ１２０３·１２Ｈ２０＋３ＣａＳ０４＋２０Ｈ２０＝３ＣａＯ·Ａ１２０３·３ＣａＳ０４·３１Ｈ２０＋Ｃａ（０Ｈ）２

生成的高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，比原有体积增大１．５倍以上，由于是在已经固化的砼中产生上述作用，因此对砼有很大的破坏作用。

（２）盐的腐蚀。在海水及地下水中，常含大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁，它们与砼中的氢氧化钙起复分解反应：

ＭｇＳ０４＋Ｃａ（０Ｈ）２＋２Ｈ２０—ＣａＳ０４·２Ｈ２０＋Ｍｇ（ＯＨ）２

ＭｇＣｌ２十Ｃａ（ＯＨ）２一ＣａＣｌ２＋Ｍｇ（ＯＨ）２

生成的氢氧化镁松软而无胶结能力，氯化钙易溶于水，二水石膏又可引起硫酸盐的破坏作用。

１．３酸类腐蚀

（１）碳酸腐蚀。在工业污水、地下水中常溶解有较

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多的二氧化碳，这种水分对砼的腐蚀作用是通过下列方式进行的：开始时二氧化碳与砼中的氢氧化钙作用生成碳酸钙；

Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｃ０２＋Ｈ２０—ＣａＣ０３＋２Ｈ２０

生成的碳酸钙再与含碳酸的水作用转变成重碳酸钙，是可逆反应：ＣａＣＯ。＋ＣＯ：＋Ｈ２０＝Ｃａ（ＨＣＯ。）ｚ生成的重碳酸钙易溶于水。当水中含有较多的碳酸，并超过平衡浓度，则上述反应向右进行。因此砼中的氢氧化钙，通过转变为易溶的重碳酸钙而溶失。氢氧化钙浓度降低，还会导致砼中其他水化物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。

（２）一般酸的腐蚀。在工业废水、地下水、沼泽水中常含有无机酸和有机酸，各种酸类对砼都有不同程度的腐蚀作用。它们与砼中的氢氧化钙作用后生成的化合物，或者易溶于水，或者体积膨胀，在砼内部造成内应力而导致破坏。腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸。例如，盐酸于砼中的氢氧化钙作用：

２ＨＣｌ＋Ｃａ（ＯＨ）２一ＣａＣｌ２＋２Ｈ２０

生成的氯化钙易溶于水。

硫酸与砼中的氢氧化钙作用：

Ｈ２Ｓ０４＋Ｃａ（ＯＨ）２一ＣａＳ０４·２Ｈ２０

生成的二水石膏或者直接在砼孔隙中结晶产生膨胀，或者再与砼中的水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙，其破坏性更大。

１．４强碱的腐蚀

碱类溶液如果浓度不大时一般是无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠）作用后也会破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠：

３Ｃａ０·～２０３＋６ＮａＯＨ＝３Ｎａ２０·～２０３＋３Ｃａ（ＯＨ）２

当砼被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用而生成碳酸钠：

２ＮａＯＨ十Ｃ０２一Ｎａ２Ｃ０３＋Ｈ２０

碳酸钠在砼毛细孔中结晶沉积，而使砼胀裂。

除上述腐蚀外，对砼的腐蚀作用还有其他物质，如糖、氨盐、动物脂肪、含环烷酸的石油产品等。

实际上砼的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程，它在遭受腐蚀时，很少仅有单一的浸蚀作用，往往是几种同时存在，互相影响。砼腐蚀的基本原因是：（１）砼中存在有引起腐蚀的组成成分氢氧化钙和

水化铝酸钙；

（２）砼本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易进入其内部；

（３）腐蚀与通道的相互作用，产生内应力。

腐蚀性固体介质和气体介质一般不直接对砼起侵蚀作用，只有呈溶液状态，而且浓度须在某一最小值以上，才能引起腐蚀。促进腐蚀性固体介质和气体介质对砼产生腐蚀的因素是较高的温度和湿度、较快的流速、干湿交替等。

２砼结构腐蚀的防止

根据以上砼腐蚀机理和原因的分析，使用砼时，可采用下列防腐措施。

２．１根据侵蚀环境或腐蚀介质的特性合理选用水泥（１）防止软水的侵蚀，可采用水化产物中氢氧化钙含量较少的水泥。如矿渣硅酸盐水泥。火山灰质硅酸盐水泥。

（２）受碱液作用的砼，应选用铝酸三钙含量不大于９％的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，不得选用高铝水泥或以铝酸盐成分为主的膨胀水泥，并不得采用铝酸盐类膨胀剂。

（３）受硫酸根离子ＳＯ：一作用且腐蚀性等级为强腐蚀、中等腐蚀的地下结构，可选用铝酸三钙含量不大于５％的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或抗硫酸盐硅酸盐水泥。

２．２提高砼的密实程度

砼在施工过程中振捣不密实、含水量过大等，都易形成表面与内部连通的孔隙，腐蚀性介质就容易沿这些孔隙透人砼内部，从而加速了砼的腐蚀，在实际工程中，提高砼的密实度主要有以下措施：

（１）合理设计砼的配合比。

（２）降低水灰比，一般不大于ｏ．５５。

（３）控制最小水泥用量，一般不小于３００ｋｇ／ｍ３。

（４）仔细选择骨料，骨料应具有良好的级配。

（５）掺外加剂，如减水剂和加气剂。

（６）改善施工操作方法，严格砼的振捣要求。

２．３在砼表面进行碳化或氟硅酸处理，提高砼表面的耐腐蚀性

腐蚀性介质与砼之间的反应产物在腐蚀性介质中丽而丽丽丽丽黠鬣普鼯①

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