浅谈混凝土抗硫酸盐腐蚀的研究

浅析混凝土抗硫酸盐腐蚀的研究

摘要：混凝土中硫酸盐腐蚀的测试方法，混凝土硫酸盐腐蚀的机理、影响因素以及混凝土抗硫酸盐腐蚀的发展状况和现状。

关键词：混凝土，硫酸盐，腐蚀，测试方法

An analysis on the corrosion resistance of concrete to the sulfate

content

Abstract: The measuring method of the sulfate content in concrete corrosion, the mechanization and influencing factor of sulfate content in concrete, and the development status and the present situation about the corrosion resistance of the sulfate content in concrete.

Key words: concrete, sulfate, corrosion, test method

前言：我国及世界各地钢筋混凝土结构因硫酸盐腐蚀而破坏的事例屡见报道，近年来世界上很多地区都遭受硫酸盐型酸雨的侵蚀，硫酸盐侵蚀现象也经常发生[1]。我国西北、西南和沿海地区，因为其地域原因，海水、地下水和土壤中含有大量的硫酸盐。这些地区的建筑工程、海工及水工混凝土常会因硫酸盐腐蚀使混凝土结构失效破坏，造成了人力和财力资源的极大浪费，在工程中也暴露了很多的问题，因此混凝土的硫酸盐腐蚀问题受到广泛的关注。

1.国内外发展状况

自1824年Aspdin取得波特兰水泥专利后水泥混凝土便随之诞生。由于水泥混凝土造价低、能耗少、造型方便、坚固耐用等特点目前已成为世界上最大的人造材料。近几年我国耗费在混凝土结构上的费用每年都在2000亿元以上口。但是，随着混凝土的大量使用，混凝土材料的耐久性问题日益严重。硫酸盐侵蚀作为混凝土化学腐蚀的一种，很早就引起了人们的重视，美国学者米勒1923年开始在含硫酸盐土壤中进行混凝土的腐蚀试验。与国外相比，我国在混凝土抗硫酸盐侵蚀方面的研究起步较晚，20世纪50年代初期，才开始了抗硫酸盐腐蚀的实验方法和破坏机理的探索。从七十年代开始，我国的一些科研单位如国家建材局建筑材料科学研究院、铁道科学研究院、冶金设计研究院和水利水电科学研究院等都曾针对具体工程破坏实例，对混凝土硫酸盐侵蚀问题进行了广泛的研究，取得了许多有益的科研成果。作为混凝土耐久性损伤的一个重要方面，混凝土的硫酸盐腐蚀已经成为一个十分紧迫的研究

2-，但是其实不然，不同的Ca、课题。长期以来，人们认为硫酸盐腐蚀的根本问题存在于SO

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Na、K、Mg和Fe的阳离子也会产生不同的腐蚀机理和破坏原因[2]。

由于混凝土抗硫酸盐腐蚀是一个长期而缓慢的过程，所以国内外开始研究了很多关于混

凝土抗硫酸盐腐蚀的快速测试方法，快速评估混凝土硫酸盐腐蚀的方法也受到越来越多专家的重视，所以研究人员提出了很多关于硫酸盐腐蚀的快速测试方法，如美国的ASTM C 452—95，ASTM C 1O12～95a以及我国的GB／T 2420-1981等。但是，这些方法还存在着一些问题，如很多科学家对ASTM C 452—95，ASTM C 1O12—95a提出了异议，认为试件尺寸、养护、浸泡方式、试验持续时间以及通过测量膨胀来评价水泥的抗硫酸盐侵蚀性能等不能充分反映现场的实际情况。我国的试验方法也存在着一定问题，如试件尺寸太小，仪器设备陈旧以至难以满足正常检验等。虽然前人对如何评价水泥混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能已经做了大量的实验，并提出了多种测试的方法，但是到目前为止，还没有一个科学有效的混凝土抗硫酸盐侵蚀机理试验方法。然而，在实际工程中，特别是处于硫酸盐侵蚀的工程中，能否在较短时间内判断出混凝土是否具有抗硫酸盐侵蚀性能尤为重要[3]。

2.现阶段存在的腐蚀环境

随着人们对混凝土结构和工程质量的要求不断提高，各种大型的混凝土工程出现在海港和条件比较特殊的地方，比如海工工程，在工程构件和海水接触的地方主要分为四个区域[4]：大气区、浪溅区、水位变动区、水下区。在水位变动区和浪溅区混凝土的破坏往往是多重因素组合的复杂情况。首先就是干湿交替和海水冲刷的侵蚀，另外海水中含有较多的可溶性盐类，会产生化学腐蚀，最主要的有氯盐、硫酸盐、镁盐类侵蚀。

在西部的盐湖地区和山东东营的盐碱地区的土壤中含有大量的硫酸根，这些硫酸根对当地的建筑物有很强的腐蚀作用。在很多地区的地下水中也含有丰富的硫酸根，对建筑物的地基和地下部分的结构有很严重的影响。随着人们生产需要的日益增加，工业废水和工业废料以及人们生活垃圾的腐烂物也充斥着我们生活的环境中，其中大量的硫酸根离子对混凝土工程有非常大的危害。人类工业的极度发展给我们生活和工作都带来了方便，但在工业发展的

随着降水过程变成危害混凝土工程的酸雨，在以同时我们也污染了环境，空气中漂浮的SO

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上环境中的混凝土，长期处于硫酸根的侵蚀中，硫酸根会渗透到混凝土的内部，从而与水泥的水化产物发生反应，造成混凝土膨胀、剥落、开裂等现象，使混凝土性能不断劣化，对混凝土工程的耐久性问题带来了极大的挑战。

3.混凝土硫酸盐腐蚀的测试方法

国内外存在着许多不同的硫酸盐侵蚀评估与检测方法。

一般来说，室外检测方法主要是通过测试混凝土结构的某个参数，来判断此结构是否遭受硫酸盐侵蚀、侵蚀区域、侵蚀程度，来预测其剩余的使用年限以确定是否需要修补或对修补方案提供参考。

主要测试方法有表面强度测试法、超声测试法、表面波谱分析法等，此类方法主要应用于混凝土结构的养护维修工作中。现在使用的快速评估方法一般是将两组分别浸泡于硫酸盐溶液与水中的水泥砂浆或混凝土试件进行对比，来判断其抵抗侵蚀的能力。从对比的参数上来说大致可分为两类，即通过比较两种试件的膨胀率与通过比较两种试件的强度来判断[5]。下面我主要介绍一下超声波无损检测的方法。

3.1超声波无损检测方法

超声波在不同腐蚀程度的混凝土中的传播速度是不同的。由大量的实验数据知,在腐蚀的初期,超声声速有所增加,随着腐蚀的进行,超声声速最终是下降的。超声波在不同腐蚀程度的混凝土中的传播速度是不同的,传播速度与受腐蚀混凝土的抗压强度具有一定的回归关系。在分析实验数据的基础上,建立了超声声速与受腐蚀混凝土强度之间的函数关系,为用超声波法检测受腐蚀混凝土强度提供了数学依据[6]。

3.2其他方法：

蒸压法、氧扩散法、ASTM标准方法、干湿循环法、现场实验法[7][8]。

4.混凝土硫酸盐腐蚀机理

混凝土硫酸盐腐蚀的机理不仅仅是化学反应过程，他是一个非常复杂的物理化学过程，他的侵蚀机理就是硫酸盐渗入混凝土内部，与内部结构发生了化学反应，生成了难溶的膨胀性物质，这些膨胀性物质会在其内部吸收大量的水分子使其逐渐膨胀，形成了膨胀内应力，当这个膨胀内应力超过了混凝土的抗拉强度时，就会使混凝土损坏。另一方面硫酸盐也可以让硬化水泥石中的CH和C-S-H等组分溶出或者分解，导致混凝土的强度和黏性减小[9]。混凝土最终会出现表面发白，在棱角出开始出现损伤，接着裂缝就开是剥落，导致混凝土结构成为一种易碎的松散状态。

混凝土硫酸盐腐蚀主要有内部腐蚀和外部腐蚀两种类型[1]。

4.1内部腐蚀

内部腐蚀是指混凝土本身含有硫酸盐成分，这些硫酸盐是在混凝土搅拌的时候就存在的，所以这部分硫酸盐是随着混凝土龄期的增长而减少的，所以内部腐蚀是一个逐渐减慢的过程。

4.2外部腐蚀

外部腐蚀就是指混凝土存在在有腐蚀性硫酸盐环境中，这些硫酸盐离子通过扩散、毛细吸收、渗透等方法渗入混凝土内部，与混凝土中的水泥石发生反应，形成膨胀物，最终破坏水泥石的结构。下面详细介绍一下外部腐蚀的机理。