抗硫酸盐腐蚀型混凝土

混凝土抗硫酸盐侵蚀研究

作者

摘要：本文介绍了混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理和分类以及混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素。主要综合说明了5种判断硫酸盐侵蚀混凝土的检验方法：快速法；膨胀法；干湿循环法I;干湿循环法II;氯离子渗透试验。提出了4种改善方法：合理选择水泥及掺合料品种；提高混凝土密实性；采用高压蒸汽养护；增设必要的保护层。

Summary：This paper introduces the mechanism and classification of erosion of concrete sulfate and influence factors of concrete sulfate methods for the inspection of sulfate attack concrete are described:Express method;Plavini;dry wet cycling method I;Dry wet cycling method II;Chloride ion penetration improvement methods are proposed:Reasonable selection of varieties of cement and admixture;Improve the density of concrete;High pressure steam curing;Add the necessary protective layer.

关键词：硫酸盐侵蚀混凝土改善方法影响因素

Key word：Sulfate attack Concrete Improvement method Influential factors

一、研究背景

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在房建工程、桥梁工程、还有水利及其它工程中，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。

近几十年以来，国内外屡次发生因混凝土结构耐久性不足而造成的结构功能提前失效甚至破坏崩塌的事故，给人类造成了巨大的经济损失和生命财产安全问题。在1987年美国国家材料顾问委员会的报告中，大概有万座混凝土桥面板出现不同程度的破坏，其中部分使用不到20年，并且还将以每年万座的速度增。《中国腐蚀调査报告》（2003年版）中显示：我国年腐烛损失约为5000亿元。

1991年召开的第二届混凝土耐久性国际会议上，美国混凝土协会荣誉退休教授Mehta曾在题为《混凝土耐久性一五十年进展》的报告中指出“当今世界，混凝土破坏的原因，按重要性递降顺序排列是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、腐蚀环境的物理化学作用。”其中第三个原因主要是由硫酸盐侵蚀引起。硫酸盐在我国分布广泛，主要存在于盐渍土、地下水以及空气中。全国约有3693万公顷盐馈土，占全国可利用土地面积的%。

随着各种特殊结构和高层结构的快速发展，对基础的要求也越来越严格，桩基础己成为当前各类建筑结构的的常用基础类型。混凝土桩分为预制桩和灌注桩，与混凝土预制桩相比，混凝土灌注桩具有如下几个特点：①适用性好，现场施工，桩长和持力层几乎不受地质条件的影响；②噪音小、工序少，避免了工厂制作和运输；

③造价相对较低，设计时不需要考虑运输、吊装等受力的影响，设计用钢量减少，也不存在接桩造成旳费用。有资料表明，在桩端土为粘性土时灌注柱的造价比预制

桩减少约7%。由于上述几个特点，灌注桩己经成为应用最广泛的基础形式之一。

混凝土抽长期埋在地下与土壤和地下水直接接触，会受到来自土壤和地下水中的各种腐蚀介质的侵蚀，影响混凝土桩的使用寿命，给上部结构带来安全隐患。尤其是混凝土灌注桩，采用现场浇筑而且属于地下隐蔽工程，施工质量较难以保证，混凝土在凝结硬化前就可能与腐蚀介质接触，也无法在灌注桩的表面涂刷防腐蚀材料。这一系列的特点使得混凝土灌注桩受到的各类腐烛介质的侵独影响可能会更加严重。现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》对灌注柱在各类腐蚀环境下的使用及采取的相应防腐蚀措施做了明确规定，并且禁止灌注柱在强腐烛环境中使用。

在土木工程中除了混凝土灌注柱以外，险道、地铁、桥梁等地下工程也面临着新拌混凝土直接接触腐蚀性介质而受到腐蚀的问题。因此，对新拌混凝土和硬化后的混凝土在腐蚀介质中进行抗腐蚀对比试验研究，不但是房屋建筑的需要，也是铁路、公路、市政等大量土木工程的需要。

国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》的颁布实施，限制了混凝土灌注桩的使用范围，鉴于我国盐绩土分布范围之广、地下硫酸盐等腐蚀介质含量之多，特别是我国西北地区甘肃、青海、宁夏以及东部沿海一带。在这些地区严格执行规范的要求有可能大大增加工程量及工程造价，但是直接使用灌注桩可能无法保证结构使用的安全问题。

通过对新拌混凝土进行抗硫酸盐侵蚀试验，采用长期浸泡的试验方法，更加直观的表现灌注桩与外界环境接触的实际情况。

三、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理及类型

混凝土硫酸盐侵蚀破坏的实质，是环境水中的SO42-进入混凝土内部，与水泥中的Ca(OH)2发生反应生成难溶性物质，这些难溶性物质产生体积膨，从而使混凝土结构产生破坏。混凝土硫酸盐侵蚀可以分为两大类:物理性侵蚀和化学性侵蚀。

混凝土酸盐物理性侵蚀，实际上是混凝土在潮湿状态下，通过毛细作用吸进各

种可溶性溶液，在干燥条件下经蒸发、浓缩而结晶。混凝土中的Na2SO4和MgSO4从水中结晶，形成Na2SO4·10H2O和MgSO4·7H2O晶体。这个过程体积膨胀了4-5倍，产生的膨胀压力超过混凝土的抗拉强度时，就引发混凝土的开裂与破坏，这种破坏通常发生在干湿循环区。

(1) 钙钒石结晶型

海水、工业污水中的SO42－通过微小裂缝与水泥石中的Ca(OH)2发生反应生成二水石膏，二水石膏进一步与水泥石中的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，反应方程式为

Na2SO4·10H2O+Ca(OH)2→CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O

3(CaSO4·2H2O)+3CaO ·Al2O3·6H2O +19H2O →3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O 高硫型水化硫铝酸钙晶体中含有大量的结晶水，体积膨胀可达倍，使得固相体积明显增大，引起混凝土结构开裂。

(2) 石膏结晶型

当侵蚀溶液中SO42－的质量浓度大于1000mg/ L时，渗入混凝土毛细孔SO42－与水泥石中的Ca(OH)2作用生成石膏。反应方程式为

Ca(OH)2+ SO42－+2H2O →CaSO4·2H2O +2OH－

Ca(OH)2转变为石膏后体积增大120%，在混凝土内部产生较大的膨胀压力，致使混凝土膨胀开裂，强度下降。导致混凝土强度和耐久性降低。

(3) 镁盐结晶型

在海水、地下水中含有硫酸镁时，水中的Mg2 +、SO42－可以与水泥石中的水化产物Ca(OH)2发生反应，反应方程式

MgSO4+Ca(OH)2→Mg(OH)2+CaSO4

3(CaSO4·2H2O)+3CaO·Al2O3·6H2O+19H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O Mg(OH)2是一种无胶结能力的松散物，侵蚀溶液中的Mg2+、SO42－与Ca(OH)2反应，降低了水泥石的碱含量，破坏了水化硅酸钙等水化产物稳定存在的条件，使水