硫酸盐对混凝土腐蚀机理及其过程

硫酸盐对混凝土腐蚀机理及其过程
通过分析商品混凝土硫酸盐侵蚀反应类型，阐明了商品混凝土硫酸盐侵蚀机理；通过对商品混凝土组分、商品混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及商品混凝土所处的工作环境的研究，探讨了影响商品混凝土硫酸盐侵蚀的因素，并在此基础上从降低商品混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善商品混凝土的孔隙结构等方面提出了提高商品混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径。

1．1内部和外部侵蚀
2-4的来源看，商品混凝土的硫酸盐侵蚀可分为内部和外部侵蚀。

内部侵蚀是由于商品混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的，而外部侵蚀是环境中的硫酸盐对商品混凝土的侵蚀。

外部侵蚀可分为两个过程：
2-4由环境溶液进入商品混凝土孔隙中，这是一个扩散过程，其速率决定于商品混凝土的抗渗性。

2-4与其他物质的反应过程。

近年来，由于含硫酸盐外加剂及含硫酸盐集料的大量采用，内部硫酸盐侵蚀也成为研究热点。

与外部侵蚀相比，内部侵蚀的化学实质也是SO2-4与水泥石矿物的反应，但由于SO2-4来源不同，内部侵蚀又具有与外部侵蚀不同的特点，内部侵蚀中，母体内部的SO2-4从商品混凝土拌和时就已存在，不经过扩散即可与水泥石中的矿物发生侵蚀反应，而SO2-4的量随反应的进行而减少，因此侵蚀速率则随母体龄期增长而趋于降低。

2-4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94%，引起商品混凝土的膨胀、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商品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。

2-4和Ca2+的浓度积大于或等于CaSO4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SO2-4的浓度在1000mg/L以下时，只有钙矾石结晶形成，当SO2-4浓度逐渐提高时，开始平等地发生钙矾石-石膏复合结晶，在SO2-4浓度非常高时，石膏结晶侵蚀才起主导作用。

但事实上，若商品混凝土处于干湿交替状态，即使环境溶液中SO2-4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。

我国八盘峡水电站和刘家峡水电站等工程的硫酸盐侵蚀破坏都具有此特点。

4作用下的化学反应。

MgSO4是硫酸盐中侵蚀性最大的一种，其原因主要是Mg2+和SO2-4均为侵蚀源，二者相互叠加，构成严重的复合侵蚀。

反应主要有以下几种：
2．1商品混凝土本身性质
3A的含量则是决定性因素，实验证明商品混凝土膨胀随水泥中C3A含量的增加而明显增长，如图1所示。

3A含量高，且C3S含量亦高时则商品混凝土的抗硫酸盐侵蚀性更差，这是因为C3S水化生成大量的CH。

不过若C3A含量不超过10%时，C3S的影响并不显著。

从水泥本身化学成分方面改善商品混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究已进行得比较多，研制开发出了各种抗硫酸盐水泥。

2．2．1侵蚀离子浓度
2-4浓度越大则侵蚀速率越大，不过不是线性关系。

环境对商品混凝土的侵蚀程度可根据硫酸盐溶液的浓度加以分级，如表1如示。

2+的存在也会加重SO2-4对商品混凝土的侵蚀作用，但如果溶液中SO2-4浓度很低，而Mg2+的浓度很高的话，则镁盐侵蚀滞缓甚至完全停止，这是因为Mg（OH）2的溶解度很低，随
反应的进行，它将淤塞于水泥石的孔隙显著地阻止Mg2+向水泥石内部扩散。

-的存在将显著地缓解硫酸盐侵蚀破坏的程度和速度，这是由于Cl-的渗透速度大于SO2-4，可以先行渗入较深层的商品混凝土中，在CH的作用下与水化铝酸钙反应生成单氯铝酸钙和三氯铝酸钙，从而减少了硫铝酸钙的生成。

2和水化铝酸钙溶解，钙矾石析出；当pH=11．6～10．6时，二水石膏析出，pH低于10．6时钙矾石不再稳定而开始分解。

与此同时，当pH 小于12．5时，C-S-H凝胶将发生溶解再结晶，其钙硅比逐渐下降，由pH值为12．5时的2．12下降到pH为8．8时的0．5，水化产物的溶解─过饱和─再结晶过程不断进行，引起商品混凝土的孔隙率、弹性模量、强度和粘结力的变化。

他们认为，对pH值小于8．8的酸雨和城市污水，即使掺用超塑化剂和活性掺合料也难以避免商品混凝土遭受侵蚀。

3A含量也高时，会导致更快的破坏速率。

C．S．Ouyang等人的实验证实了这一点，见图2。

从水灰比来看，降低水灰比可以改善商品混凝土的抗硫酸盐侵蚀性，这一点在内部侵蚀和外部侵蚀中是一致的，但是，水灰比对外部侵蚀的影响更为突出。

外部侵蚀中，SO2-4须先渗透到商品混凝土中，侵蚀过程才能发生，因此，降低水灰比，从而减少商品混凝土孔隙率，增强其抗渗性，可有效地阻碍SO2-4渗透，提高商品混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。

2-4的侵蚀能力。