建筑水泥石的腐蝕與防止措施

宋 磊

（安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，安徽 合肥 230601）

建筑水泥石的腐蝕與防止措施

宋 磊

（安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，安徽 合肥 230601）

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑水泥石已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各類建筑物中，然而外界因素的變化很容易導(dǎo)致建筑水泥石出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，此時就需要專業(yè)人員對其進行系統(tǒng)的分析，并根據(jù)實際情況選擇與之對應(yīng)的預(yù)防措施，從根本上預(yù)防水泥石腐蝕的現(xiàn)象。

建筑水泥石；腐蝕因素；預(yù)防措施

1.水泥石定義及特點

1.1 水泥石定義

水泥石又被稱之為凈漿硬化體，其主要是由未水化的水泥顆粒內(nèi)核、膠凝體、毛細(xì)孔等組成，屬于非均質(zhì)體。

1.2 水泥石特點

水泥石主要包括各種殘存的熟料礦物、水化產(chǎn)物和凝聚于孔中的水。其具有一定的孔隙率與機械強度。目前，水泥石的耐久性和強度已經(jīng)成為評價水泥石基本性能的主要指標(biāo)。水泥石的耐久性主要是通過抗凍性、抗?jié)B性以及對環(huán)境介質(zhì)的抗蝕性三個主要參數(shù)來評價。水泥石的工程性質(zhì)主要取決于水泥石的結(jié)構(gòu)組成，即水化物的相對含量、水化物的類型以及孔的大小、分布和形狀等。水化物的類型一般由水泥品種來決定，水化物的相對含量則由水化程度來決定，水灰比大小由孔的大小來決定。當(dāng)水泥石的水灰比相同時，水化程度愈高，則建筑水泥石中未水化水泥和毛細(xì)孔的量相對減少，結(jié)構(gòu)中水化物增多，水泥石強度高、結(jié)構(gòu)密實、耐久性好。如果水泥石的水化程度相同時，則水灰比越大，毛細(xì)孔占據(jù)的比例就越大，所以其耐久性和強度會逐漸下降。

2. 誘發(fā)建筑水泥石的腐蝕因素

2.1 軟水侵蝕

軟水侵蝕又可以稱之為溶出性侵蝕，其不僅可以促進水泥水化產(chǎn)物遭受氫氧化鈣溶解，而且還能降低水泥石強度。不同水化產(chǎn)物在和水發(fā)生反應(yīng)時，將會導(dǎo)致氫氧化鈣最先溶出。在大量流動水中，會導(dǎo)致氫氧化鈣不斷被溶出，尤其是當(dāng)水泥石具有較大滲透性時，不僅會導(dǎo)致水滲人內(nèi)部發(fā)生滲透反應(yīng)，而且還可以溶解氫氧化鈣并使其滲透出來，進而降低了水泥石的強度和密實度。由于氫氧化鈣在液相狀態(tài)下，具有降低的濃度，同時也會對原來水化物間的堿度平衡造成不同程度的破壞，從而會引起水化鋁酸鈣、水化硅酸鈣等水化物的溶解或分解。最后成為一種沒有膠凝能力的氫氧化鋁、硅酸凝膠、氫氧化鐵等，導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)徹底破壞。軟水腐蝕程度的大小與水中有無其它離子存在、水泥石所承受的水壓力大小等因素有關(guān)。當(dāng)水泥石承受較大水壓時，受穿流水作用會導(dǎo)致水泥石透水性增大，腐蝕尤為嚴(yán)重。環(huán)境水中重碳酸鹽的含量也在一定程度上決定了溶出性侵蝕的速度。建筑水泥石在與軟水接觸過程中，對溶出性侵蝕存在一定程度的抵抗作用。

2.2 酸類侵蝕

2.2.1 碳酸侵蝕

地下水，工業(yè)水中往往含有一定量的二氧化碳，并與水接觸生成碳酸水，該碳酸水會與水泥石反應(yīng)，具體作用方程式如：Ca(0H)2+C02+H20=CaCO3+2H20。剛開始生成的碳酸鈣具有較低的溶解度，但是當(dāng)其繼續(xù)受到較高的碳酸溶液侵蝕時，將會導(dǎo)致碳酸鈣與碳酸水發(fā)生進一步的發(fā)硬，如CaCO3+H20+C02=Ca(HC03)2。

上述反應(yīng)一般屬于可逆反應(yīng)，當(dāng)水中含有大量二氧化碳時，則會促進上述反應(yīng)向右進行，生成溶解度較大的重碳酸鈣。該反映如果長期進行下去將會導(dǎo)致水泥石密度下降，結(jié)構(gòu)疏松，強度降低。此外，水泥石中所含氫氧化鈣濃度逐漸下降時，還會促進其它水化物的分解，從而加重了水泥石的腐蝕。

2.2.2 一般酸的腐蝕

地下水、工業(yè)水、沼澤水中所含有的有機酸、無機酸及亞硫酸都會在不同程度上對水泥石造成損害，其損害機理是酸類物質(zhì)和水泥石中所含有的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成物或很容易發(fā)生體積膨脹，從而造成水泥石破壞。有機酸中的乙酸、醋酸、乳酸和無機酸中的硝酸、氫氟酸、鹽酸、硫酸等對水泥石造成的腐蝕作用較為嚴(yán)重，并且主要以硫酸、鹽酸與水泥石中所含氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)最為常見，其反應(yīng)式為： Ca(oH)2+2HCI= CaCI2+H20；Ca(oH)2+2HS04=CaCO4·2H2O，上述反應(yīng)式中生產(chǎn)的氯化鈣極易溶于水中，形成二水石膏，從而誘發(fā)水泥石的腐蝕。

2.3 鹽類腐蝕

2.3.1 硫酸鹽及氯鹽腐蝕

硫酸鹽及氯鹽腐蝕屬于膨脹性腐蝕，在一些海水、湖水、地下水、沼澤水以及工業(yè)污水均含有鉀、鈉、鎂等硫酸鹽，它們會與水泥石中所含有的氫氧化鈣發(fā)生置換反應(yīng)生成硫酸鈣。隨后硫酸鈣又會和水泥石中所含有的水化硫鋁酸鈣繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成高硫型水化硫鋁酸鈣。其俗稱“水泥桿菌”，含有很多的結(jié)晶水，會產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力，使水泥石遭受較大的破壞。當(dāng)硫酸鹽濃度達(dá)到較高值時，其會在水泥石孔隙中結(jié)晶生成二水石膏，引起水泥石腐蝕。

2.3.2 鎂鹽的腐蝕

在地下水及海水中，一般含有氯化鎂和硫酸鎂，他們均可以與水泥石中的氯化鈣發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氧化鎂。氯化鈣很容易溶于水中，并導(dǎo)致硫酸鹽破壞。因此，鎂鹽腐蝕是一種雙重腐蝕，其對水泥石產(chǎn)生的腐蝕作用非常嚴(yán)重。

2.4 強堿腐蝕

硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物一般為堿性物質(zhì)，當(dāng)其遇到強堿(如 Na0H)就會迅速出現(xiàn)一系列反應(yīng)，并生成易溶于水的硫酸鈉，具體反應(yīng)式為：3Ca0A1203+6Na0H+2H2O=3Na2OA·l203+3Ca(OH)。當(dāng)水泥石與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)之后，置于空氣中進行干燥，此時溶于水中的鋁酸鈉會與二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)最終生成碳酸鈉。在水泥石毛細(xì)管中碳酸鈉結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致水泥石疏松、開裂。

水泥石腐蝕一般是由多種因素共同作用的，屬于一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程。但是總的來說，誘發(fā)水泥石出現(xiàn)腐蝕的外部因素是侵蝕介質(zhì)的存在。而內(nèi)部因素則是水泥石中含有的水化鋁酸鈣和氫氧化鈣極易與二氧化碳發(fā)生腐蝕反應(yīng)。水泥石密實程度不高，當(dāng)水泥石發(fā)生水泥水化反應(yīng)時，其所需要的水量僅為水泥石質(zhì)量的23%，而實際用水量達(dá)到了40%-70%，大部分水分會存在于水泥石的孔隙和毛細(xì)管中。腐蝕介質(zhì)不僅會在水泥石面發(fā)生腐蝕反應(yīng)，而且會通過孔隙和毛細(xì)管進入水泥石內(nèi)部，導(dǎo)致其產(chǎn)生無法彌補的損壞。由于硅酸鹽水泥在發(fā)生反應(yīng)時，一般含有較多的水化鋁酸鈣和氫氧化鈣，因此其發(fā)生水泥石腐蝕的現(xiàn)象較輕。而摻混合材料的水泥石，含有較少的氫氧化鈣明，其耐侵蝕性要明顯高于硅酸鹽水泥石。

3.預(yù)防水泥石腐蝕的主要措施

3.1 根據(jù)腐蝕特點，合理選擇水泥石類型

水泥石中所含有的水化鋁酸鈣和氫氧化鈣是誘發(fā)水泥石腐蝕的主要組分，當(dāng)水泥石遇到軟水侵蝕時，一般可以選擇氫氧化鈣含量少的水泥。如果水泥石處于硫酸鹽環(huán)境中，可以選用鋁酸三鈣含較低的水泥。

3.2 提高水泥石的密實度

水泥石中的孔隙、毛細(xì)管是家具水泥石腐蝕的主要內(nèi)因，因此，選擇合理技術(shù)措施，如振動成型、強制攪拌、摻外加劑、真空吸水等，盡可能降低水灰比，從而提高水泥石的密實度，降低孔隙和毛細(xì)管，提高水泥石的耐侵蝕性。

3.3 表面加作保護層

當(dāng)水泥石腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重時，可以在水泥石表面加保護層。保護層的主要材料有耐酸陶瓷、耐酸石料、玻璃、塑料、瀝青等。

4.結(jié)束語

在進行建筑物水泥石施工時，要對施工現(xiàn)場的實際情況進行分析，選擇合適的水泥材料，對于無法避免水泥石腐蝕的施工，也要盡可能采取有效的預(yù)防措施，從而確保施工的順利進行，提高建筑施工的整體質(zhì)量。

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