硫酸盐腐蚀
混凝土硫酸盐腐蚀简介
02 共同作用导致混凝土产生剥落型破坏; 其相对动弹性模量和质量随腐
中的Ca(OH)2含量蚀时间先下降 ,后稳定 ,最后加速下降。混凝土所在青含海的盐各湖种卤化水中学腐成分
高。
蚀,其损伤演化规律与混凝土在硫酸镁溶液中的和破坏矿形物式成一分致也。不尽相
03
同，而且拌合比也不
混凝土在硫酸盐溶液中腐蚀 ,钙矾石、石膏是主要腐蚀产物 ; 随腐蚀
原因三
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试验结果
混凝土在青海盐湖卤水溶液腐蚀下的损伤失
原因一
水泥用量大则混凝土 中的Ca(OH)2含量 高。
原因二
当的控制水灰比，就 会使得混凝土的孔隙 率降低，减少碳化速 度。
原因三
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试验结果
混凝土在硫酸盐溶液中腐蚀破坏形态
原因一
水泥用量大则混凝土 中的Ca(OH)2含量 高。
原因二
当的控制水灰比，就 会使得混凝土的孔隙 率降低，减少碳化速 度。
原因三
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最终 结论
最终结论
01
原因一
混凝土在硫酸钠溶液中浸烘循环腐蚀, 腐蚀溶液中的 SO2 4 导致混凝土产生膨胀性破坏; 其 E rd和质量随腐蚀时间的演化规律 包括 3 个阶段: 初始劣化段、性能改善段和性能劣化段
原因二
原因三
水泥用量大则混凝土 混凝土在硫酸镁溶液中腐蚀 ,腐蚀溶液中的水SO泥2的4 品- 和种M不g同2 +，其
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试验方法
材料选择:
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试验方法
材料选择:
江南水泥厂 P·Ⅱ·42. 5 水泥, 其矿物组成见 。河 砂,表观密度为 2. 65g cm3 ,细度模数为 2. 6 ; 石灰 石, 表 观 密 度 为 2. 53g cm3 , 堆 积 密 度 为1600kg m3 , 颗粒级配为 5 ～ 10mm 。江苏省建科院的JM-B 型萘系减水剂( 用于普通混凝土) 和 JM-PCA 型聚羧酸 减水剂( 用于高强混凝土)。混凝土坍落度控制在 100～ 160mm 。
混凝土的硫酸盐腐蚀PPT幻灯片课件
02
硫酸盐腐蚀的来源 及影响因素
4
02 硫酸盐腐蚀的来源
外部
内部
大气
土壤
水
自身 组分
5
02 硫酸盐腐蚀的影响因素
6
03 硫酸盐腐蚀的类型及机理
7
03 腐蚀的机理
1
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。
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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。
1
硫酸盐结 晶型侵蚀
3
石膏结晶 型侵蚀
5
硫酸镁双 侵蚀型
2
钙矾石结 晶型侵蚀
4
碳硫硅钙 石结晶型
侵蚀
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03 腐蚀的机理
1
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。
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。
.
硫酸盐侵蚀 后期
2
8
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：
混凝土抗硫酸盐腐蚀机理与防治策略探究
混凝土抗硫酸盐腐蚀机理与防治策略探究1、硫酸盐侵蚀混凝土劣化机理当环境中的硫酸盐离子进入水泥石内部以后，会与水泥石中的一些固相发生化学反应，生成一些难溶物引起的。
这些难溶物一般强度很低，并且在生成时会产生体积膨胀，引起混凝土的开裂、剥落和解体，此外还会使水泥石中的CH和C-S-H等组分溶出或分解，使混凝土失去强度和粘结力。
混凝土硫酸盐侵蚀主要有以下几种[1][2]。
1.1钙矾石膨胀破坏环境中的SO42-会与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙（钙矾石，3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O）。
钙矾石是一种溶解度非常低的盐类矿物，即使在石灰浓度很低的溶液中也能稳定存在。
钙矾石晶体会结合大量的水分子，其体积比水化铝酸钙增加了2.2倍。
并且钙矾石在析出时会形成及其微细的针状或片状晶体，在水泥石中产生很大的内应力，引起混凝土结构破坏。
1.2石膏膨胀破坏当SO42- 大于1000mg/L时，同时水泥石的毛细孔被饱和石灰溶液填充的情况下，会有石膏晶体析出：Ca（OH）2+2H2O→CaSO4·2H2O+2OH-生成的CaSO4·2H2O体积增大1.24倍，导致混凝土内部膨胀应力增加而破坏；同时消耗了水泥水化生成的CH，使胶凝物质分解失去强度。
若水泥处于干湿交替状态，即使SO42-浓度不高，也往往会因为水分蒸发而使侵蚀溶液浓缩，石膏结晶侵蚀成为主导因素。
1.3MgSO4溶蚀-结晶破坏MgSO4破坏是最严重的一种，即使掺硅灰的混凝土也难以抵抗MgSO4的侵蚀。
因Mg2+与SO42-均为侵蚀源，二者相互叠加，构成严重的复合侵蚀。
除石膏或钙矾石的膨胀破坏外，还会使氢氧化钙转化为氢氧化镁，降低碱度，破坏C-S-H水化产物稳定存在的条件，使C-S-H分解，造成水泥基材强度与粘结性损失。
1.4碳硫硅钙石溶液-结晶型破坏在硫酸盐腐蚀过程中还会产生碳硫硅钙石（CaSO3·SCaSO4·CaSiO4·15H2O），其生成途径有两种，一是C-S-H与硫酸碳酸盐直接反应生成，二是由钙矾石过度相逐渐转变而成[3]。
混凝土中硫酸盐侵蚀原理与防治方法
混凝土中硫酸盐侵蚀原理与防治方法标题：混凝土中硫酸盐侵蚀原理与防治方法引言：混凝土是现代建筑中广泛使用的重要建材之一，但在某些情况下，混凝土表面会遭受到硫酸盐的侵蚀，导致结构衰败和损害。
本文将深入探讨混凝土中硫酸盐侵蚀的原理，以及一些有效的防治方法。
一、硫酸盐侵蚀的原理1. 混凝土中的硫酸盐来源1.1 大气中的硫化物：例如来自大气污染物的二氧化硫，会在空气中与水反应生成硫酸根离子。
1.2 地下水和土壤中的硫酸盐：地下水和土壤中的硫酸盐通常来自含有硫酸盐的酸性岩石，或者是由人为原因引起的，如污水渗入土壤或含硫污染物的倾倒。
2. 硫酸盐对混凝土的侵蚀作用2.1 硫酸盐与水反应：硫酸盐在混凝土中与水反应生成硫酸，使混凝土中pH值下降，同时释放出大量的氢离子。
2.2 硫酸离子的腐蚀作用：硫酸离子对混凝土中的水化产物、钙铝硅酸盐胶凝材料和钢筋等产生腐蚀作用，导致混凝土的体积膨胀、强度降低，进而引发开裂、剥落和结构损坏。
二、混凝土中硫酸盐侵蚀的分类为了更好地认识混凝土中硫酸盐侵蚀的特点和严重程度，我们将其分为三个等级：1. 轻度硫酸盐侵蚀：混凝土表面出现轻微腐蚀现象，无明显损害。
2. 中度硫酸盐侵蚀：混凝土表面出现腐蚀现象，开裂和表面剥落明显，并且强度降低。
3. 重度硫酸盐侵蚀：混凝土表面严重腐蚀，大面积剥落和破坏，失去正常的结构强度。
三、混凝土中硫酸盐侵蚀的防治方法1. 选用合适的混凝土配方：在混凝土原材料中添加硫酸盐抑制剂，合理调整水灰比和骨料的优选，以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。
2. 表面保护措施：2.1 表面涂层：使用耐酸碱的涂层材料，如环氧树脂、聚氨酯等，形成一层防护膜，防止硫酸盐的进一步侵蚀。
2.2 防水材料：混凝土表面涂覆防水材料，减少水的渗透，以降低硫酸盐的侵蚀。
3. 抗渗措施：3.1 高性能混凝土：采用高抗渗混凝土，减少水分渗透，降低硫酸盐的侵蚀。
3.2 改善混凝土工艺：优化混凝土制作和施工工艺，减少混凝土产生裂缝的可能性，避免硫酸盐通过裂缝侵蚀混凝土。
硫酸盐侵蚀试验整理
大部分的土壤中含有硫酸盐，以石膏(CaSO4.2H20)的形式存在(一般以S04计含0.01%一0.05%)，此含量对混凝土无害。
在正常温度下，石膏在水中的溶解度很有限。
地下水中硫酸盐浓度较高，通常是由于存在硫酸镁、硫酸钠和硫酸钾所致;农村土壤和水中常常含有硫酸馁。
用高硫煤为燃料的锅炉和化学工业的排放物中可能会含有硫酸。
沼泽、采矿坑、污水管中有机腐殖物的分解会生成H2S，H2S会由于细菌的作用转变成硫酸。
混凝土冷却塔的用水，可能会由于水的蒸发而含有高浓度的硫酸盐。
因此在自然水和工业水中，硫酸盐的侵害不容忽视。
从硫酸根的来源看，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混凝土的侵蚀。
外部侵蚀可分为两个过程:(1)由环境溶液进入混凝土孔隙中，这是一个扩散过程，其速率决定于混凝土的抗渗性;(2)内部SO42-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SO42-与水泥石矿物的反应，但由于SO42-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SO42-从混凝土拌和时就己存在，不经过扩散即可与水泥石中的矿物发生侵蚀反应，而SO42-的浓度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。
本课题重点探讨由外部引起的侵蚀。
水泥混凝土受侵蚀破坏主要是水泥石的受侵蚀破坏。
在水泥侵蚀破坏诸多类型中，产生的侵蚀内因基本一致，但以外部侵蚀介质的硫酸盐，镁盐侵蚀最为严重。
所以，进行水泥混凝土的抗硫酸盐，镁盐侵蚀，对提高普通水泥混凝土的抗侵蚀研究具有代表性和普遍性。
①离子的影响Bonen和cohen[曾调查过硫酸镁溶液对水泥浆的影响，提出镁离子最初在暴露面上形成一层氢氧化镁沉淀。
因为其溶解度低，镁离子不易通过这层膜深入其内部，但应加以注意的是，氢氧化镁的形成消耗了大量的ca(oH)2，其浓度的下降使得溶液的PH值下降，为了保持稳定性，C-S-H凝胶释放出大量的到周围的溶液中，ca(oH)2来增加PH值，这最终导致C-S-H凝胶的分解，在侵蚀的高级阶段，C-S-H凝胶中的Ca2+能够完全被Mg2+完全替代，形成不具有胶结性的糊状物。
混凝土的硫酸盐腐蚀
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。
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。
2
03 硫酸盐腐蚀的机理
3
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。
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硫酸盐结 晶型侵蚀
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石膏结晶 型侵蚀
硫酸盐对钢筋的腐蚀的原理
硫酸盐对钢筋的腐蚀的原理
硫酸盐对钢筋的腐蚀原理主要涉及以下几个方面：
1. 酸性环境：硫酸盐可以溶于水形成硫酸溶液，其中产生的H+离子会使溶液呈酸性。
酸性环境会破坏钢筋表面的氧化膜，并加速钢筋的电化学反应。
2. 腐蚀电位差：钢筋和硫酸溶液之间存在电子交换，从而形成腐蚀电池。
在钢筋表面较高氧化态区域，金属会发生氧化反应，损失电子，转化为较低氧化态的离子。
在硫酸溶液中较低氧化态区域，硫酸盐会接受电子，转化为较高氧化态的物质。
这种电子的交换会导致钢筋表面发生电化学腐蚀。
3. 硫酸盐离子的侵蚀性：硫酸盐离子具有较强的侵蚀性，可以直接侵蚀钢筋表面的氧化膜，进而影响钢筋的物理性能和耐腐蚀性。
综上所述，硫酸盐对钢筋的腐蚀主要是通过酸性环境、腐蚀电位差以及硫酸盐离子的侵蚀性等方式，导致钢筋表面的氧化膜破坏，进而加速钢筋的腐蚀过程。
硫酸盐对金属腐蚀机理的影响研究
硫酸盐对金属腐蚀机理的影响研究硫酸盐是一种常见的无机化合物，广泛应用于工业生产、农业肥料和医药领域。
但是，在某些情况下，硫酸盐可能对金属材料产生腐蚀作用。
本文将探讨硫酸盐对金属腐蚀机理的影响。
一、硫酸盐的化学性质硫酸盐是由硫酸根离子(SO42-)和金属离子组成的化合物。
硫酸根离子具有较高的氧化能力，可以与金属发生氧化还原反应。
在硫酸盐存在下，金属会发生失去电子的反应，从而形成与金属离子对应的硫酸盐。
二、硫酸盐对金属的腐蚀机理1. 硫酸盐的电化学腐蚀硫酸盐的腐蚀主要是通过电化学反应来进行的。
当金属置于含有硫酸盐的溶液中时，硫酸根离子与金属表面发生电化学反应。
在阳极区域，金属会失去电子变成金属离子，而在阴极区域，硫酸根离子接受电子成为硫酸分子。
这个过程中涉及到电子的流动和离子的迁移，形成了金属腐蚀的电化学环路。
电化学腐蚀是硫酸盐对金属腐蚀的主要机理之一。
2. 硫酸盐的物理腐蚀除了电化学腐蚀外，硫酸盐还可能对金属材料产生物理腐蚀作用。
硫酸盐具有很强的酸性，能够腐蚀金属表面形成氢气。
氢气会在金属内部积聚，形成氢脆现象，导致金属材料发生脆性断裂。
这种物理腐蚀对于高强度金属尤为严重，容易引起材料的疲劳破坏。
三、硫酸盐腐蚀的影响因素1. 硫酸盐浓度硫酸盐的腐蚀作用与其浓度密切相关。
随着硫酸盐浓度的增加，腐蚀速度也会相应增加。
这是因为浓硫酸盐溶液中的硫酸根离子浓度高，使金属表面电位下降，加速了电化学腐蚀的反应速率。
2. 温度温度是影响硫酸盐腐蚀速率的重要因素之一。
在一定温度范围内，随着温度的升高，硫酸盐的活性也会增加，腐蚀速率加快。
这是因为高温条件下，反应速率较快，离子的迁移能力增强。
3. 金属材料的性质不同金属对硫酸盐的腐蚀具有不同的抵抗能力。
一般来说，耐蚀性较好的金属，如不锈钢等，对硫酸盐的腐蚀抵抗能力较强。
而对于一些容易被腐蚀的金属，如铁和铜等，硫酸盐的腐蚀作用更为明显。
四、硫酸盐腐蚀的防护措施1. 表面涂层涂层是一种常用的防护措施。
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3. 混凝土硫酸盐侵蚀的研究状态
目前，关于硫酸盐侵蚀的研究大部分都 集中在对混凝土的材料层次的研究上。迄 今为止，国内外学者主要进行的实验研究 有：1对腐蚀环境下钢筋锈蚀机理、锈蚀后 钢筋力学性能；2受腐蚀钢筋与混凝土之间 粘结性能；3受腐蚀钢筋混凝土构件的抗压， 抗剪等承载力研究；等等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4. 试验构思
1.硫酸盐侵蚀的基本原理
（2）水化硫铝酸钙的生成 当SO42-离子浓度较低时，与水泥中的高碱水化硫 铝酸钙反应生成体积膨胀的水化硫铝酸钙针状 结晶，反应可表示为：
当SO42-离子浓度较高时，会有石膏析晶出现。
2. 对结构抗力的影响
硫酸盐腐蚀生成具有膨胀性的腐蚀产 物，在混凝土内部产生内应力，当其内应 力超过混凝土的抗拉强度时，就使混凝土 产生开裂、剥落等现象，从而使混凝土因 强度和粘结性能的丧失而发生破坏，使结 构抗力衰减。
4. 试验构思
C.采用加速试验法与常规试验法进行对比试验； D.混凝土后期体积测定； 5.实验计算方法 A.通过测定构件体积变化根据已有的膨胀率的计算 模型计算膨胀内应力 B.使用仪器测定：1膨胀应力测定仪、压力传感器、 电阻应变仪、2膨胀压力传感器
谢谢！
相关知识链接
做的较多的实验： 1、可渗透混凝土试块的硫酸盐腐蚀的模拟实验。 2、采用替换构件方法进行硫酸盐介质环境中长期工作混凝土受 弯构件试验。 3、采用构件对比法测试硫酸盐腐蚀后的抗压，抗剪，等受力性 能测试。 膨胀机理：混凝土体积的膨胀主要是由于环境介质中的液相物 质渗入混凝土中，与混凝土中的水化产物发生化学反应，在混凝 土内部产生了难溶而又体积膨胀的新物质。
Kelham系统地研究了不同水泥组分对水化硫铝酸钙生成引起混 凝土膨胀率的影响，在综合考虑水泥比表面积主要成分的基础上， 建立了预测混凝土构件在90摄氏度养护12h后混凝土膨胀率的计 算模型。
孙家瑛等给出了混凝土试件在5%Na2SO4溶液中混凝土受硫酸 盐侵蚀后膨胀率随时间发展的测试结果。
浅析混凝土硫酸盐侵蚀
主要内容：
1.
2.
3.
4.
硫酸盐侵蚀的基本原理 对结构抗力的影响 测试方法和研究现状 试验构思
1.硫酸盐侵蚀的基本原理
硫酸盐对混凝土的侵蚀是一个非常复杂的物理 化学过程，其实质是环境说中的SO42-渗入到混 凝土中和水泥的水化产物发生反应，生成具有 膨胀性的侵蚀产物，从而在混凝土内部产生内 应力。 （1）石膏析晶型腐蚀 硫酸盐与混凝土中的Ca(OH)2反应生成不溶性 CaSO4，这种腐蚀的基本化学反应式为：
1.研究方向：硫酸盐侵蚀引起的混凝土膨胀应力分 析 2.实验目的：不少文献中提到，由于体积膨胀，将 引起混凝土内部产生应力，但对这种应力的还很 欠缺，该实验对膨胀内应力进行测定分析，进而 分析硫酸盐侵蚀如何是影响混凝土构件的抗力衰 减。 3.实验方法： A.试件的制作，试验数据的采集，分析； B.测定构件的混凝土实际强度；