混凝土的硫酸盐腐蚀

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硫酸盐结 晶型侵蚀
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石膏结晶 型侵蚀
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硫酸镁双 侵蚀型
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钙矾石结 晶型侵蚀
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碳硫硅钙 石结晶型
侵蚀
03 腐蚀的机理
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硫酸盐结 晶型侵蚀
当混凝土孔隙溶液中硫酸盐达到一定浓度时，在没有与混凝土组 分发生化学反应之前，会有硫酸盐结晶析出，具体表现为体积膨胀， 产生的结晶压力使混凝土开裂，以此产生侵蚀现象。
02
硫酸盐腐蚀的来源 及影响因素
02 硫酸盐腐蚀的来源
外部
内部
大气
土壤
水
自身 组分
02 硫酸盐腐蚀的影响因素
03 硫酸盐腐蚀的类型及机理
03 腐蚀的机理
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硫酸盐 侵蚀初期
腐蚀后期(210-300天):这一阶 段，混凝土试块腐蚀继续加重， 吸附区剥落严重，粗骨料外漏。 10%浓度下的混凝土试块，侧 面粗骨料几乎全部外漏，顶面 周边剥落现象也较严重，整个 混凝土试块形状趋向“O”形。
4.1 单硫酸盐作用下混凝土腐蚀
结论
研究表明适当调整混凝土材料组成（如改善水泥用量、
水胶比、掺加矿物掺合料等）能有效提高混凝土抗硫酸盐
侵蚀的能力
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需要更深入探讨不同材料组成的混凝土微观特征随腐蚀 龄期的变化规律，特别是硫酸根离子在混凝土的运动传输 规律以及粗骨料与水泥砂浆的界面处组分与缺陷的变化情 况以及侵蚀产物的形态特征。
水泥混凝土抗硫酸盐腐蚀
目录
contents
引言
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硫酸盐腐蚀类型 及机理
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研究展望
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硫酸盐腐蚀的来源及 影响因素
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混凝土抗硫酸盐腐 蚀研究
南方某海港码头混凝土被腐蚀
01 引言
自混凝土产生以来，就以其原材料来源广泛、强 度高、可塑性好、成本低等优点被普遍应用。随着社 会的发展和科学技术的进步，环境污染也成为了人类 面临的一大重要问题，在空气和水中都产生了大量的 腐蚀性的物质，给混凝土结构的使用寿命带来了严峻 的考验。自1892年首先发现硫酸盐对混凝土的腐蚀现 象以来，各国学者先后对硫酸盐腐蚀进行了大量研究。 据统计，全世界因硫酸盐的腐蚀而造成的经济损失非 常巨大，每年的修复费用高达几百亿到几千亿美元。 如何避免硫酸盐对混凝土结构的腐蚀破坏、提高混凝 土抗硫酸盐腐蚀能力已成为混凝土结构耐久性研究的 重要内容之一。我国对混凝土硫酸盐腐蚀的研究起步 较晚，直到20 世纪50年代初，才开始混凝土硫酸盐侵 蚀破坏的研究探索，针对我国硫酸盐含量丰富的地质 条件，在提高混凝土抗硫酸盐腐蚀能力方面也取得了 一定成果。
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03 硫酸盐腐蚀的机理
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石膏结晶 型侵蚀
当侵蚀溶液中的硫酸根离子浓度大于1000mg/L时，且水泥石孔隙为 饱和的石灰溶液所填充，发生如下反应：
生成二水石膏，使体积膨胀，产生内应力，当内应力大于混凝土的极限 抗拉强度时就会产生破坏，使混凝土内部开始出现裂缝。
当混凝土具备硫酸根离子、碳酸根离子、SiO3基团、且温度低 15℃、充足水的条件下。水泥基材料中的C-S-H凝胶转变成一种灰白 色、无胶凝能力的烂泥状物质碳硫硅钙石，导致水泥基材料强度大幅 度降低甚至完全丧失强度。
腐蚀初期(0-90天左右): 该阶段的腐蚀现象主要是 混凝土吸附区“长毛”。 此现象主要是硫酸盐溶液 在混凝土吸附区由于水分 蒸发使得盐浓度急剧增多 而产生的盐析出结晶现象。 盐结晶的高度随着硫酸盐 浓度的增大而增大增多。
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硫酸盐侵蚀 后期
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03 硫酸盐腐蚀的类型
一般根据反应产物及产生破坏现象的不同主要可以分为以下几类：
4.2 物理-硫酸盐耦合作用下的腐蚀研究
W. G. Piasta 等研究认为在硫酸盐及 压应力的共同作用下，压应力的应力 水平对混凝土抗硫酸盐腐蚀性能影响 较大，压应力在一定程度上限制了硫 酸盐引起的膨胀。
Schneider 在施加不同浓度的硝Hale Waihona Puke Baidu铵 溶液和施加不同的应力水平荷载的条 件下，研究了高性能混凝土在两者耦 合作用下的劣化现象。
. 高礼雄等研究T掺his加is矿an物掺合料、纤维等材料，对混凝土抗 硫酸盐侵蚀性能ex的am影ple响。表明掺加矿物掺合料（粉煤灰、 矿渣、硅粉等）对tex混t. 凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响存在一 个临界掺量值。
02 杨礼Tehx明iasmi等spalen研究发03现采用三元混.杂纤维（聚丙烯+聚酯纤维+ 钢纤维te）xt. 的混凝土具有很好的抗硫酸镁侵蚀性能，比采用二 元混杂纤维（聚丙烯+钢纤维）的混凝土抗侵蚀性要强。
碳硫硅钙石 结晶型侵蚀
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硫酸镁双 侵蚀型
该类侵蚀是所有侵蚀中危害最大的一种,原因是Mg2+和SO42-均能 对混凝土造成腐蚀，并且能够发生协同作用，复合腐蚀的破坏作
用远远大于二者单独腐蚀的加和。反应方程式如下：
04
混凝土抗硫酸盐 腐蚀研究
04 抗硫酸盐腐蚀研究
实际服役的混凝土结构暴露于复杂的硫酸盐环境中，其腐蚀 破坏是由材料、物理、化学、应力等诸多因素共同作用、相 互耦合导致的。本报告将以以下三种形式的硫酸盐腐蚀是做 一个简单介绍。
Aanthanam 研究了水泥含铝量对混凝土硫酸盐侵蚀的影响，研究结 果表明低铝水泥可以明显提高钙矾石型硫酸盐侵蚀能力。
Shikrk 通过实验得出：随着硅灰掺量的增加，混凝土的抗硫酸钠腐 蚀能力随之提高，但抗硫酸镁能力逐渐降低。
4.1 单硫酸盐作用下混凝土腐蚀
Rozirre等进行了混凝土和砂浆在PH值为常量的硫酸盐腐蚀 环境中的性能退化，研究表明在水泥中掺入30%的粉煤灰可 以提高砂浆和混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力，在水泥中掺入 0160%的高炉矿渣时04混凝土的性能最好。
钙矾石破坏是硫酸盐腐蚀中最常见的一种类型。主要是由于多种硫酸 盐都能与水泥石中Ca(OH) 2 作用生成硫酸钙,硫 酸钙再与水泥石中的固
态水化铝酸钙反应生成钙矾石。钙矾石在结构组成上会结合大量的. 结晶水，
即形成了钙矾石结晶，呈针状结晶，引起很大的内应力，会在混凝土表面 形成大裂缝。
钙矾石结 晶型侵蚀
单硫酸盐 作用下混 凝土腐蚀
耦合-硫 酸. 盐腐
蚀
化学耦 合-硫酸 盐腐蚀
物理耦合 （包括荷载） -硫酸盐腐蚀.
4.1 单硫酸盐作用下混凝土腐蚀
William 等的研究表明：硫酸根离子从 1%变化到 4%时，混凝土 的腐蚀情况加重明显。
Santhanam等系统地研宄了混凝土在不同硫酸盐腐蚀环境中的腐蚀 机理，总结了混凝土抗硫酸盐腐蚀的试验方法的发展历程，并给出了 硫酸盐腐蚀模型的临界参数取值。