水泥腐蚀原理

水泥硬化后产物的腐蚀原理

水泥硬化后生成的水化物，合有硫铝酸钙和水化硫酸钙等。由于多余水的蒸发，使留有或多或少的九孔隙。这种硬化后的水泥在侵蚀性液体、气体的作用下，或在渗透水的溶蚀下，强度会逐渐降低，甚至会遭到破坏，这种现象人们称为水泥的腐蚀。

产生水泥腐蚀的原因有三条：

①水泥中的硅酸三钙与水作用的生成物，不断溶解于水，从而降低强度，使水泥破坏；

②硬化后的水泥受到侵蚀性液体或气体作用，生成的新化合物不仅强度较低，而且易溶于水．如工业废水等酸类侵蚀等；

③由于生成的新化合物，如钙矾石，其休积膨胀2至2．5倍，膨胀应力使已硬化的水泥块严重溃裂(这与水泥中渗进的大量硫酸类的极大破坏作用有关)。

其中由于外界介质引起水泥石侵蚀的原因很多，主要有以下几种类型：

1．溶出型侵蚀 (软水侵蚀)

硅酸盐水泥属于典型的水硬性胶凝材料，对“硬水”具有足够的抵抗能力。但是硬化浆体如果不断受到软水的浸泡时，水泥的水化产物就将按照溶解度的大小，依次逐渐被水溶解，产生溶出性侵蚀，最终导致水泥石被破坏。

在静水及无水压力的情况下，由于周围的水易为溶出的氢氧化钙所饱和，使溶解逐渐停止，但如果软水是流动或者有压力的，则溶解的氢氧化钙将不断溶解流失，从而降低水泥石浓度，当氢氧化钙浓度下降到一定程度时，其他水化物也会分解溶蚀，如水化硅酸钙和水化铝酸钙，会分解成胶结能力较差的硅胶SiO ?nH O和铝胶Al(OH) ，使得水泥石胶结能力变差、空隙增大、强度下降、结构破坏。

溶出型侵蚀的强弱，与环境水的硬度有关。当水质较硬，即水中重碳酸盐含量较高时，氢氧化钙溶解度较小。同时，重碳酸盐与水泥中的氢氧化钙反应，生成几乎不溶于水的碳酸钙：

Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O

生成的碳酸钙积聚于已硬化的水泥石孔隙中，使水不易渗过水泥石，氢氧化钙不易被溶解带出，侵蚀作用变弱。反之，水质越软侵蚀作用越强。

2．酸性侵蚀

（1）碳酸性侵蚀

在工业污水、地下水中常有游离的二氧化碳，它对水泥石的腐蚀作用是通过下面方式进行的： Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1) H2O

CaCO3+CO2+2H2O=Ca(HCO3)2

这是一种特殊的酸性腐蚀。当水中CO2含较低时，CaCO3沉淀到水泥石表面而使腐蚀停止；当CO2浓度较高时，上述反应还会继续进行，生成的Ca(HCO3)2易溶于水，当水中的碳酸浓度超过平衡浓度时，反应向右进行，导致水泥石中的Ca(OH)2浓度降低，造成水泥石腐蚀。

(2) 一般酸性侵蚀

有些地下水或工业废水中含有机酸或无机酸，这些酸类与水泥石中的Ca(OH)2发生反应，如： Ca(OH)2+2HCl=CaCl +2 H2O

Ca(OH)2+H2SO3=CaSO3*2H2O

生成的CaCl 易溶于水；石膏(CaSO3*2H2O)在水泥石孔隙中结晶时，体积膨胀，使水泥石破坏，而且还会进一步造成硫酸盐侵蚀；同时，水泥石中石灰浓度降低，使水泥石结构破坏。

3．盐类侵蚀

(1) 硫酸盐侵蚀

地下水、海水、盐沼水等矿化水中，常含有硫酸盐，如硫酸镁、硫酸钠、硫酸钙等，它们对水泥都会产生侵蚀。

首先，硫酸盐与水泥石中的Ca(OH)2反应生成石膏，石膏结晶，体积膨胀。石膏进一步与水泥石中的水化铝酸钙反应，生成水化硫铝酸钙。由于水化硫铝酸钙含大量结晶水，结晶时体积胀大至水化铝酸钙体积的2.5倍左右，对已硬化的水泥石起极大的破坏作用。水化硫铝酸钙(钙钒石)的结晶呈针状，故常称为“水泥杆菌”。

(2) 镁盐侵蚀

海水、地下水等矿化水中，常含有镁盐，如硫酸镁、氯化镁。这些镁盐与水泥石中的Ca(OH) 发生反应，如：

Ca(OH)2 +MgSO3+2H2O=CaSO3*2H2O+Mg(OH)2

Ca(OH)2+MgCl2=CaCl2+Mg(OH)2

这些生成物中，CaCl2易溶于水，CaSO3*2H2O会进一步发生硫酸盐侵蚀，Mg(OH)2松软无胶结力，而且使水泥石中的石灰浓度降低，都将使水泥石结构破坏。4．强碱侵蚀

水泥石本身具有相当高的碱度，因此弱碱溶液一般不会侵蚀水泥石，但是，当铝酸盐含量较高的水泥石遇到强碱（如氢氧化钠）作用后出会被腐蚀破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸三钙作用，生成易溶的铝酸钠：3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca（OH）2

当水泥石被氢氧化钠浸润后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，它在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。

除了上述4种典型的侵蚀类型外，糖、氨、盐、动物脂肪、纯酒精、含环浣酸的石油产品等对水泥石也有一定的侵蚀作用。

在实际工程中，水泥石的腐蚀常常是几种侵蚀介质同时存在、共同作用所产生的；但干的固体化合物不会对水泥石产生侵蚀，侵蚀性介质必须呈溶液状且浓度大于某一临界值。

水泥的耐蚀性可用耐蚀系数定量表示。耐蚀系数是以同一龄期下，水泥试体在侵蚀性溶液中养护的强度与在淡水中养护的强度之比，比值越大，耐蚀性越好。

王龙（20070269）

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