非金属材料的腐蚀与防护 - 副本
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碱集性反应 水泥石中的强碱与骨料中活性的SiO2作用，在骨料中形成一层致密的碱-硅酸 盐凝胶（如Na2SiO3· 2H2O），再遇水产生膨胀，使骨料遇水泥石之间的界面 胀破，导致混凝土整体破坏。它是影响混凝土结构物耐久性＆寿命的重要因素。
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的防护措施：
最大限度地保证混凝土自身密实完好，保 持高碱度＆防止有害离子入侵 基本措施就是提 高混凝土自身的防护能力，包括选择良质水泥、 增加水泥用量，降低水灰比，使用优良外加剂、 掺和料、增加混凝土保护层厚度，表面增设耐 蚀层：如做玻璃钢或涂刷氯磺化聚乙烯涂料等。 预埋穿墙套管，避免破坏建筑物的整体性，不 随意开口。严格控制设备、管道“跑、冒、滴、 漏”现象。
4
非金属基复合材料的腐蚀与防护
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）：性能特点 （综合）：高强度、高的冲击韧性、良好 的低温性能；低的热膨胀系数、绝缘、绝 热性、耐腐蚀，防磁，微波穿透性好，吸 水性低。
应用：用于制造要求自重轻的受力构件、要求无磁性、绝缘性、耐腐蚀性的 零件，如航天和航空工业中的雷达罩、直升飞机的机身，制造轻型船、舰和 赛艇等，制造冷却塔，代替不锈钢制造一些容器和管道等。
2
有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料腐蚀的防护措施
选择合适的高分子材料，如在有机溶剂环境中选择聚四氟乙烯。 加入抗老化剂，如在塑料和橡胶生成过程中加入稳定剂、抗老化剂。 合理的工艺操作，如在实际使用环境中避免接触有机溶剂、高温等。
修复，如管道或设备发生局部破坏，可以用玻璃钢修补。
3
木质材料的腐蚀与预防
4
非金属基复合材料的腐蚀与防护
非金属基复合材料的腐蚀机制
水解 溶出 渗透压引起的破坏 纤维/树脂脱粘
氧化反应引起断键
应力开裂
聚合物的溶胀与溶解
腐蚀机制与高分子材料类似，防护方式也是如此，主要通过选择合适 的材料、合理的工艺、添加稳定剂、修复等达到防护效果。
谢谢指导
木材的特点
优点：单位体积小，强度高，导热性 小，加工容易，热膨胀系数小。 缺点：各项异性，容易变形，吸湿性 高可燃，容易腐朽。
3
木质材料的腐蚀与预防
木材的腐蚀类型
水的腐蚀：密度大，水的渗透力小； 升温增压某些成分易溶出。 酸的腐蚀：易被硫酸、硝酸、有机酸和 亚硫酸等各种酸腐蚀消解。 碱的腐蚀：苛性碱、氨水产生腐蚀。 盐的腐蚀：某些具有结晶膨胀性的盐类（如硫酸钠）的腐蚀 严重。 气体的腐蚀：氯、溴、氧化氮等气体破坏木材；干燥常温下空气对木材无腐蚀。 石油产品和溶剂的腐蚀：原油和石油产品不腐蚀木材；氯化和硝化的烃类化合物 也无腐蚀作用；乙醇无腐蚀，但能溶解木材内的树脂和其它杂质。 细菌腐蚀：常称为木材腐朽，是木材的大敌木材腐朽菌生长需要木材的含水量通 常在25～150％之间。
渗透 溶出 温度 介质渗入 时间 外观变化 机械、物理、介电性能下降 高分子材料
应力
透过 迁移
化学反应、分解
溶剂化、溶胀
银纹、龟裂 （应力腐蚀）
温度突变
2
有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料的降解
高聚物的降解过程就是相对分子量下降的过程
Βιβλιοθήκη Baidu
降解的途径 分为光照、热、机械、化学降解。 热降解对非生物降解高分子材料起主要作用， 所有生物降解高分子材料都含有可水解的键。 光降解是有机高分子材料腐蚀的主要途径，其实质是光氧化降解，取决于分子链 所吸收波长的能量和化学键的强度紫外光能量高，一般高于引起高分子链上化学 键断裂所需要的能量。
SiO2 2NaOH Na2 SiO3 H2O
SiO2 4HF SiF4 2H2O
SiF4 2HF H2[SiF6 ] (硅氟酸)
当磷酸的温度高于300℃时，能溶解二氧化硅。
2
有机高分子材料的腐蚀与防护
有机高分子材料的基本特性 机械性能：
① 低强度 ③ 粘弹性 ② 高弹性和低弹性模量 ④ 高耐摩性
1
硅酸盐材料
玻璃与陶瓷材料的腐蚀与防护
玻璃的特性：
无机玻璃的主要成分是SiO2、碱和碱土金属氧 化物以及Al、Zn、Pb、P等氧化物。具有各向同 性、介稳性等，由熔融态变为固态的过程在一定 范围内进行，在凝固过程中，玻璃的物理和化学 性质是随温度连续变化的。
陶瓷的特性：
陶瓷的主要成分是硅酸盐，原料主要有黏土、石英、
硫酸盐侵蚀：硫酸盐与混凝土中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙，再进一步与水 化铝酸钙作用，生成硫铝酸钙，体积膨胀两倍以上。 盐类结晶膨胀：某些盐不与水泥石反应，但可以在水泥石孔隙中产生结晶。如 无水Na2SO4在高温干燥时形成Na2SO4· 10H2O结晶，体积是原来的4倍。 另外，碱性介质如K2CO3和Na2CO3也是具有膨胀型的腐蚀介质。
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的腐蚀的危害 尤其在海洋环境、西部盐渍地区 以及抛洒防冰盐的北方地区，基础 设施的腐蚀比较严重， 而在中部以 及干燥环境中的混凝土构筑物的腐 蚀缓慢，危害性并没有引起人们足 够的认识。事实上，我国建筑基础 设施的腐蚀损失每年达1000亿元， 而美国钢筋混凝土的修复费用更每 年高达2500亿美元
非金属材料的腐蚀与防护
目录
2 3
1
4
硅 酸 盐 材 料
有 机 高 分 子 材 料
木 质 材 料
复 合 材 料
1
硅酸盐材料
硅酸盐材料是主要的无机非金属材 料，广泛应用硅酸盐材料主要有混 凝土、玻璃和陶瓷材料。硅酸盐材 料的腐蚀与防护也主要以这三种材 料进行展开。
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的结构特点 混凝土是一种复杂的建筑材料，它是碎石或炉渣在水泥或其它胶结材料中 的凝聚体，因此它是一种多微孔的非均质性的结构材料，腐蚀介质从孔隙的渗透 是侵蚀的主要原因
物理、化学性能：
① 高绝缘性 ② 低耐热性 ③ 低导热性 ④ 高热膨胀性 ⑤ 高化学稳定性 ⑥ 老化
高分子材料由于物理作用、化学作用或生物作用，导致其物理化学性能和机械性 能逐渐退化，以至最丧失其使用功能的现象称为高分子材料的腐蚀，俗称老化
2
有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料腐蚀的各种途径和破坏形式
长石等。主要特性是有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、
绝缘、易成型等优点。 由于以上特性玻璃和陶瓷多作为耐腐蚀材料进行使用。
1
硅酸盐材料
玻璃与陶瓷材料的腐蚀与防护
玻璃与陶瓷材料腐蚀的机制
它们通常仅在碱性溶液和特殊酸性环境中才有较高的腐蚀速率。 碱性：
OH－破坏Si－O－Si，而形成Si－OH及Si－O－Na，因此腐蚀较水或酸性溶 液为重，并不受扩散控制 酸性：除氢氟酸、高温磷酸外，几乎耐其它所有无机酸的侵蚀,
3
木质材料的腐蚀与预防
木材的木材的腐蚀防护
木材存储的物理防腐 控制湿度：干存法、水淋法、水存法 木材的化学防腐 见效快，处理方便，但有污染，一般防止水淋 ① 树脂类和油类防腐剂：酚醛树脂、石蜡、沥青、松香、硫磺 ② 有机溶剂：五氯苯酚等，价格便宜，但致癌 ③ 盐类防腐剂：是水溶性的，有氯化锌、氟化钠、硫酸铜等 ④ 毒物：是油溶性的，能产生有毒气体，如溴甲烷、磷化铝等
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
溶出型腐蚀 水泥石中Ca(OH)2受到软水作用，产生物理性溶解并从水泥石中溶出，引起混凝
土强度减小，酸度增大，孔隙增大，加剧溶解，造成恶性循环。
微生物腐蚀
有氧和水时，细菌将硫转变成硫酸。硫来源于矿物硫、油田中的硫化物或者污水
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
膨胀型腐蚀
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土腐蚀的类型
按形态分类可分为： 分解型腐蚀 溶出型腐蚀 细菌腐蚀 膨胀型腐蚀（结晶型腐蚀） 碱集料反应
1
硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
分解型腐蚀
炭化作用：CO2或含有CO2的软水与水泥中的Ca(OH)2等起反应，导致 混凝土中碱度降低和混凝土本身的粉化 形成可溶性的钙盐：在工业生产中，酸性溶液能与硬化水泥石中的钙离 子形成可溶性的钙盐，造成腐蚀。 镁盐侵蚀：含有氯化镁、硫酸镁或碳酸氢镁等镁盐的地下水、海水及某 些工业废水，所含有的Mg2＋与硬化水泥石中Ca2＋起交换作用，生成 Mg(OH)2和可溶性钙盐、导致水泥石的分解。
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的防护措施：
最大限度地保证混凝土自身密实完好，保 持高碱度＆防止有害离子入侵 基本措施就是提 高混凝土自身的防护能力，包括选择良质水泥、 增加水泥用量，降低水灰比，使用优良外加剂、 掺和料、增加混凝土保护层厚度，表面增设耐 蚀层：如做玻璃钢或涂刷氯磺化聚乙烯涂料等。 预埋穿墙套管，避免破坏建筑物的整体性，不 随意开口。严格控制设备、管道“跑、冒、滴、 漏”现象。
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非金属基复合材料的腐蚀与防护
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）：性能特点 （综合）：高强度、高的冲击韧性、良好 的低温性能；低的热膨胀系数、绝缘、绝 热性、耐腐蚀，防磁，微波穿透性好，吸 水性低。
应用：用于制造要求自重轻的受力构件、要求无磁性、绝缘性、耐腐蚀性的 零件，如航天和航空工业中的雷达罩、直升飞机的机身，制造轻型船、舰和 赛艇等，制造冷却塔，代替不锈钢制造一些容器和管道等。
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有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料腐蚀的防护措施
选择合适的高分子材料，如在有机溶剂环境中选择聚四氟乙烯。 加入抗老化剂，如在塑料和橡胶生成过程中加入稳定剂、抗老化剂。 合理的工艺操作，如在实际使用环境中避免接触有机溶剂、高温等。
修复，如管道或设备发生局部破坏，可以用玻璃钢修补。
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木质材料的腐蚀与预防
4
非金属基复合材料的腐蚀与防护
非金属基复合材料的腐蚀机制
水解 溶出 渗透压引起的破坏 纤维/树脂脱粘
氧化反应引起断键
应力开裂
聚合物的溶胀与溶解
腐蚀机制与高分子材料类似，防护方式也是如此，主要通过选择合适 的材料、合理的工艺、添加稳定剂、修复等达到防护效果。
谢谢指导
木材的特点
优点：单位体积小，强度高，导热性 小，加工容易，热膨胀系数小。 缺点：各项异性，容易变形，吸湿性 高可燃，容易腐朽。
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木质材料的腐蚀与预防
木材的腐蚀类型
水的腐蚀：密度大，水的渗透力小； 升温增压某些成分易溶出。 酸的腐蚀：易被硫酸、硝酸、有机酸和 亚硫酸等各种酸腐蚀消解。 碱的腐蚀：苛性碱、氨水产生腐蚀。 盐的腐蚀：某些具有结晶膨胀性的盐类（如硫酸钠）的腐蚀 严重。 气体的腐蚀：氯、溴、氧化氮等气体破坏木材；干燥常温下空气对木材无腐蚀。 石油产品和溶剂的腐蚀：原油和石油产品不腐蚀木材；氯化和硝化的烃类化合物 也无腐蚀作用；乙醇无腐蚀，但能溶解木材内的树脂和其它杂质。 细菌腐蚀：常称为木材腐朽，是木材的大敌木材腐朽菌生长需要木材的含水量通 常在25～150％之间。
渗透 溶出 温度 介质渗入 时间 外观变化 机械、物理、介电性能下降 高分子材料
应力
透过 迁移
化学反应、分解
溶剂化、溶胀
银纹、龟裂 （应力腐蚀）
温度突变
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有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料的降解
高聚物的降解过程就是相对分子量下降的过程
Βιβλιοθήκη Baidu
降解的途径 分为光照、热、机械、化学降解。 热降解对非生物降解高分子材料起主要作用， 所有生物降解高分子材料都含有可水解的键。 光降解是有机高分子材料腐蚀的主要途径，其实质是光氧化降解，取决于分子链 所吸收波长的能量和化学键的强度紫外光能量高，一般高于引起高分子链上化学 键断裂所需要的能量。
SiO2 2NaOH Na2 SiO3 H2O
SiO2 4HF SiF4 2H2O
SiF4 2HF H2[SiF6 ] (硅氟酸)
当磷酸的温度高于300℃时，能溶解二氧化硅。
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有机高分子材料的腐蚀与防护
有机高分子材料的基本特性 机械性能：
① 低强度 ③ 粘弹性 ② 高弹性和低弹性模量 ④ 高耐摩性
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硅酸盐材料
玻璃与陶瓷材料的腐蚀与防护
玻璃的特性：
无机玻璃的主要成分是SiO2、碱和碱土金属氧 化物以及Al、Zn、Pb、P等氧化物。具有各向同 性、介稳性等，由熔融态变为固态的过程在一定 范围内进行，在凝固过程中，玻璃的物理和化学 性质是随温度连续变化的。
陶瓷的特性：
陶瓷的主要成分是硅酸盐，原料主要有黏土、石英、
硫酸盐侵蚀：硫酸盐与混凝土中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙，再进一步与水 化铝酸钙作用，生成硫铝酸钙，体积膨胀两倍以上。 盐类结晶膨胀：某些盐不与水泥石反应，但可以在水泥石孔隙中产生结晶。如 无水Na2SO4在高温干燥时形成Na2SO4· 10H2O结晶，体积是原来的4倍。 另外，碱性介质如K2CO3和Na2CO3也是具有膨胀型的腐蚀介质。
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的腐蚀的危害 尤其在海洋环境、西部盐渍地区 以及抛洒防冰盐的北方地区，基础 设施的腐蚀比较严重， 而在中部以 及干燥环境中的混凝土构筑物的腐 蚀缓慢，危害性并没有引起人们足 够的认识。事实上，我国建筑基础 设施的腐蚀损失每年达1000亿元， 而美国钢筋混凝土的修复费用更每 年高达2500亿美元
非金属材料的腐蚀与防护
目录
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硅 酸 盐 材 料
有 机 高 分 子 材 料
木 质 材 料
复 合 材 料
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硅酸盐材料
硅酸盐材料是主要的无机非金属材 料，广泛应用硅酸盐材料主要有混 凝土、玻璃和陶瓷材料。硅酸盐材 料的腐蚀与防护也主要以这三种材 料进行展开。
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的结构特点 混凝土是一种复杂的建筑材料，它是碎石或炉渣在水泥或其它胶结材料中 的凝聚体，因此它是一种多微孔的非均质性的结构材料，腐蚀介质从孔隙的渗透 是侵蚀的主要原因
物理、化学性能：
① 高绝缘性 ② 低耐热性 ③ 低导热性 ④ 高热膨胀性 ⑤ 高化学稳定性 ⑥ 老化
高分子材料由于物理作用、化学作用或生物作用，导致其物理化学性能和机械性 能逐渐退化，以至最丧失其使用功能的现象称为高分子材料的腐蚀，俗称老化
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有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料腐蚀的各种途径和破坏形式
长石等。主要特性是有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、
绝缘、易成型等优点。 由于以上特性玻璃和陶瓷多作为耐腐蚀材料进行使用。
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硅酸盐材料
玻璃与陶瓷材料的腐蚀与防护
玻璃与陶瓷材料腐蚀的机制
它们通常仅在碱性溶液和特殊酸性环境中才有较高的腐蚀速率。 碱性：
OH－破坏Si－O－Si，而形成Si－OH及Si－O－Na，因此腐蚀较水或酸性溶 液为重，并不受扩散控制 酸性：除氢氟酸、高温磷酸外，几乎耐其它所有无机酸的侵蚀,
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木质材料的腐蚀与预防
木材的木材的腐蚀防护
木材存储的物理防腐 控制湿度：干存法、水淋法、水存法 木材的化学防腐 见效快，处理方便，但有污染，一般防止水淋 ① 树脂类和油类防腐剂：酚醛树脂、石蜡、沥青、松香、硫磺 ② 有机溶剂：五氯苯酚等，价格便宜，但致癌 ③ 盐类防腐剂：是水溶性的，有氯化锌、氟化钠、硫酸铜等 ④ 毒物：是油溶性的，能产生有毒气体，如溴甲烷、磷化铝等
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
溶出型腐蚀 水泥石中Ca(OH)2受到软水作用，产生物理性溶解并从水泥石中溶出，引起混凝
土强度减小，酸度增大，孔隙增大，加剧溶解，造成恶性循环。
微生物腐蚀
有氧和水时，细菌将硫转变成硫酸。硫来源于矿物硫、油田中的硫化物或者污水
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
膨胀型腐蚀
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土腐蚀的类型
按形态分类可分为： 分解型腐蚀 溶出型腐蚀 细菌腐蚀 膨胀型腐蚀（结晶型腐蚀） 碱集料反应
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
分解型腐蚀
炭化作用：CO2或含有CO2的软水与水泥中的Ca(OH)2等起反应，导致 混凝土中碱度降低和混凝土本身的粉化 形成可溶性的钙盐：在工业生产中，酸性溶液能与硬化水泥石中的钙离 子形成可溶性的钙盐，造成腐蚀。 镁盐侵蚀：含有氯化镁、硫酸镁或碳酸氢镁等镁盐的地下水、海水及某 些工业废水，所含有的Mg2＋与硬化水泥石中Ca2＋起交换作用，生成 Mg(OH)2和可溶性钙盐、导致水泥石的分解。