《硫酸盐侵蚀》PPT课件

CaSO4•32H2O+3Mg(OH)2
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
破坏原因：
1、反应生成的钙矾石和石膏会引起混凝土体积膨胀，产生内应力。 2、C-S-H分解产生M-S-H，M-S-H粘结性差，强度低，导致混凝土强
度和粘结性降低。
破坏特征：严重时混凝土会变成完全没有胶结性能的糊状物，其微观结构通常
混凝土硫酸盐侵蚀的研究
一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理 二、混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素 三、混凝土硫酸盐侵蚀的判定标准 四、防止或减轻混凝土硫酸盐侵蚀的 方法
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硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容，同时也
是影响因素最复杂，危害性最大的一种环境水侵蚀。土 壤、地下水、海水、腐烂的有机物以及工业废水中都含 有硫酸根离子，它们渗入混凝土内部并与水泥水化物发 生反应，产生膨胀、开裂、剥落等现象，从而使混凝土 的强度和粘性丧失。近年来，在公路、海港以及机场等 工程中都发现硫酸盐侵蚀的问题，严重的甚至导致混凝 土构筑物结构的破坏，使建筑物在没有达到其预期的设 计使用寿命就过早的发生破坏，造成人力的财力的极大 浪费。因此混凝土硫酸盐侵蚀问题越来越受到广大科研 工作者和工程技术人员的普遍重视。
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SO42-浓度（毫克/升）
非
石膏结晶侵
常
蚀起主导作
高
用
相
石膏结晶侵蚀 当
起从属作用
大
只有钙矾石生 成
1000
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
产生破坏原因：
在水泥石内部形成二水石膏体积增大1.24 倍，使水泥因应力 过大而破坏
破坏形态：事件没有粗大裂纹但遍体遗散。
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
是在混凝土表面形成双层结构
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
4、碱金属硫酸盐结晶型
以硫酸钠为例，当混凝土孔隙中硫酸钠浓度足够高时，则发生下 列反应
Na2SO4+10H2O→Na2SO4•10H2O
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
破坏原因：
1、析出带有结晶水的盐类，产生极大结晶压力，造成混凝土破碎或 分裂 2、特别是在结构物一部分浸入盐液中，另一部分暴露在干燥空气中， 盐液在毛细血管抽吸作用下上升至液相线以上蒸发，致使盐液浓缩， 很容易引起混凝土强烈破坏。
Ca(OH)2+Na2SO4→Ca2++SO42-+Na++OHCa2++SO42-+2H2O→CaSO4 ·H2O
★在水泥石内部形成二水石膏体积增大1.24倍，使水泥因应力 过大而破坏
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
根据浓度积规则，只有当SO42-和Ca2+浓度 大于等于CaSO4 浓度时才有石膏结晶析出。 显然SO42-浓度和毛细孔中石灰溶液浓度具 有重要意义。
3(CaSO4·2H2O)+4CaO·Al2O3·12H2O+14H2O= 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+Ca(OH)2
NaSO4+Ca(OH)2
CaSO4+3CaO·Al2O3·6H2O
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钙矾石
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
水化 ×2.5
硅酸 铝
钙矾石
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
3、MgSO4溶蚀—结晶型
在所有硫酸盐类型中，MgSO4侵蚀是对混凝土侵蚀破坏形最大的一种。
MgSO4+Ca(OH)2+2H2O→CaS04•2H2O+Mg(OH)2
CSH+MgSO4+5H2O→Mg(OH)2+CaSO4•2H2O+2H2SiO4→ MSH+CaSO4 ·2H2O
4CaO•Al2O3•13H2O+3MgSO4+2Ca(OH)2→3CaO•Al2O3•3
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
5、碳硫硅钙石结晶型
化学式：CaCO3·CaSiO3·CaSO4·15H2O 结构式：Ca6[Si(OH)6]·24H2O·[(SO4)2·(CO3)2]
成分
比率 %
水化硅酸钙 C-S-H
50
氢氧化钙 25
水化硫铝酸钙 7
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
混凝土硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物理化学过程，机理十分复
杂。其实质是:
(
1
)
环境中的S
OS2 4
42-进入混凝土内部，与水泥
的某些Leabharlann 固相成分发生化学反应生成一些难溶的盐类矿物，盐类矿物吸收
大量水分子产生体积膨胀，造成混凝土开裂。(2)另一方面也可使
3CaO·Al2O3·6H2O+Ca4SO4·6H2O(石膏)+H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·6H2O
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
水化硅酸钙和水化铁酸钙几乎不溶于水，以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成凝胶
氢氧化钙在溶液浓度达到饱和后，以立方体晶体析出
水化硫铝酸钙沉积在未水化的水泥颗粒表面，形成保护膜，阻止水化，延缓水 泥凝结时间
产生破坏原因
1、钙矾石使固相体积增大 2、矿物形态是针状晶体，在固相表面以放射状向四方生长，互相 挤压产生极大的内应力，致使混凝土结构破坏
破坏形态：混凝土试件表面出现少数较粗大的裂缝
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
2、石膏结晶型
当侵蚀溶液中SO42-的浓度大于1000毫克/升时，若水泥石的毛细孔为饱和石 灰溶液所填充，不仅会有钙矾石生成，还会有石膏结晶析出。其离子反应 式为：
硬化水泥石中CH和C-S-H等组分溶出或分解，导致混凝土强度和粘
结性能损失
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
混凝土受硫酸盐侵蚀的破坏特征
1、表面发白 2、损伤通常在棱角处开始，接着裂缝开展并剥落
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理 硅酸盐水泥水化过程:
硅酸二钙C2S
3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
水泥熟料
硅酸三钙C3S H20 3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
铝酸三钙C3A
3CaO·Al2O3·6H2O
铁铝酸四钙C4AF
3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O
硫酸盐侵蚀属于结晶性侵蚀，根据结晶产物和破坏形式不同，一般 分为五种类型
1、钙矾石结晶
2、石膏结晶型
3、MgSO4溶蚀—结晶型
4、碱金属硫酸盐结晶型
5、5碳、碳硫硫钙钙矾矾石石结结晶晶型 型
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一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理
1、钙矾石结晶型 Na2SO4·H2O+Ca(OH)2=CaSO4·H2O+2NaOH+8H2O