混凝土硫酸鹽侵蝕的機(jī)理與防治

□羅 斐

（河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 河南 開(kāi)封 475004）

混凝土硫酸鹽侵蝕的機(jī)理與防治

□羅 斐

（河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 河南 開(kāi)封 475004）

硫酸鹽侵蝕是混凝土侵蝕的重要內(nèi)容，是混凝土破壞的主要原因之一，被稱(chēng)為混凝土的“癌癥”。這篇論文主要分析了近些年對(duì)于混凝土硫酸鹽侵蝕研究的具體現(xiàn)狀，列出了硫酸鹽對(duì)于混凝土侵蝕的幾種原因，分析其作用機(jī)理。綜合列出了幾種對(duì)于混凝土硫酸鹽侵蝕的實(shí)驗(yàn)方法，并分析對(duì)于預(yù)防混凝土的硫酸鹽侵蝕的幾種防治措施。

混凝土；硫酸鹽；侵蝕；礦物摻合料；粉煤灰

1 硫酸鹽侵蝕的現(xiàn)狀

在我國(guó)，有1/3的地區(qū)處于酸雨地帶，在天津、青海等地也有大部分的鹽堿地區(qū)。在這些地區(qū)，混凝土的硫酸鹽侵蝕現(xiàn)象十分嚴(yán)重，尤其是酸雨會(huì)造成墻體的腐蝕和紀(jì)念性建筑物毀壞[1]。因此，研究混凝土的硫酸鹽侵蝕是探究混凝土耐久性的一個(gè)重要內(nèi)容。我國(guó)每年因?yàn)榛炷粮g而遭受到的損失在400億元以上，而硫酸鹽侵蝕占據(jù)主要部分。據(jù)研究表明，在土壤及巖石裂隙水中，都存在SO42-，SO42-離子濃度的高低，對(duì)于混凝土的侵蝕有著直接的聯(lián)系。隨著SO42-濃度的升高，對(duì)于混凝土的腐蝕能力越大。另外，我國(guó)西部地區(qū)分布著一千多個(gè)鹽湖，其面積約占國(guó)土面積的1/2以上，鹽湖鹵水中SO42-濃度是海水中的5倍以上。因此鹽湖地區(qū)的混凝土建筑更容易繁盛腐蝕破壞。例如，在青海的鹽湖地區(qū)，建筑物基本上都是一年粉化三年倒塌。鋪設(shè)在鹽湖下邊的混凝土管道，基本上一年左右就已經(jīng)成為一團(tuán)爛泥，失去其功能。

2 硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕機(jī)理

（1）硫酸鹽侵蝕的主要機(jī)理是，環(huán)境中過(guò)量的的SO42-離子與硬化水泥漿體中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO4·2H2O,二水石膏又與水泥中的水化鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鈣礬石 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O。由于鈣礬石和二水石膏都會(huì)發(fā)生體積膨脹，膨脹體積達(dá)到混凝土體積的一倍以上，因此會(huì)使混凝土膨脹開(kāi)裂，發(fā)生腐蝕。嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使混凝土失去任何強(qiáng)度，呈現(xiàn)豆腐渣狀。反應(yīng)方程式為：

（2）當(dāng)SO42-濃度低于1000mg/L時(shí)，環(huán)境中發(fā)生侵蝕的SO42-全部轉(zhuǎn)化為鈣礬石，只發(fā)生E鹽破壞，而當(dāng)SO42-濃度高于1000mg/L時(shí)，由于過(guò)量的SO42-會(huì)產(chǎn)生更多的CaSO4·2H2O。因此，不僅會(huì)發(fā)生E鹽破壞，還會(huì)發(fā)生G鹽破壞。因此，SO42-濃度越高，對(duì)于混凝土的侵蝕就越嚴(yán)重。反應(yīng)方程式為

（3）在眾多硫酸鹽侵蝕中MgSO4對(duì)混凝土的侵蝕是最大的一種。Mg2+可以將C-S-H(水化硅酸鈣凝膠)置換成M-S-H（水化硅酸鎂）,此時(shí)混凝土能產(chǎn)生微小的膨脹，但M-S-H能使混凝土強(qiáng)度下降，粘聚力和剛度都有所降低。除此之外，Mg2+在混凝土表面形成Mg(OH)2致密層,由于Mg(OH)2致密層的阻擋,使Mg2+直接與混凝土表面水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致混凝土表面的剝落。[3]

3 硫酸鹽侵蝕的實(shí)驗(yàn)方法

3.1 國(guó)家規(guī)范中抗硫酸鹽侵蝕實(shí)驗(yàn)方法

在最新國(guó)家規(guī)范中，檢測(cè)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的方法主要有兩種，一種是潛在膨脹性能實(shí)驗(yàn)方法，簡(jiǎn)稱(chēng)P法，其原理是在水泥中直接摻加二水石膏，從而增加水泥中SO42-的濃度，使過(guò)量的SO42-能夠直接與水泥中能夠發(fā)生反應(yīng)的Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O反應(yīng)，使?jié){試件發(fā)生膨脹反應(yīng)，然后檢測(cè)試件的膨脹率，來(lái)衡量混凝土的抗硫酸鹽侵蝕的性能。另一種是浸泡抗蝕性能方法簡(jiǎn)稱(chēng)K法。其原理是將完全相同的兩組試樣分別浸泡在相同溫度的硫酸鹽侵蝕液和水溶液中，養(yǎng)護(hù)28d,測(cè)試兩組試樣的抗折強(qiáng)度，得出兩者的抗折強(qiáng)度比，該抗折強(qiáng)度比為此批試件的抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)K，K值越高，水泥膠砂試件的抗硫酸鹽侵蝕的能力越強(qiáng)。[4]

3.2 加速腐蝕試驗(yàn)方法

除了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給予的實(shí)驗(yàn)方法之外，還有許多試驗(yàn)方法。比如梁永寧等人提出的加速腐蝕實(shí)驗(yàn)法[5]。這種方法多用于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能。加速腐蝕的方法，就是通過(guò)增加反應(yīng)面積；提高侵蝕溶液中侵蝕離子濃度；增加結(jié)晶壓力；升高溫度和增加試件滲透性等措施，來(lái)加快侵蝕的過(guò)程。這種試驗(yàn)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)周期短，能夠獲得比較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)資料。

4 硫酸鹽對(duì)混凝土侵蝕的防治措施

4.1 降低水泥熟料中的C3A與C3S含量

我國(guó)廣泛使用的是硅酸鹽水泥。水泥實(shí)中的Ca(OH)2和水化鋁酸鈣 3CaO·Al2O3·6H2O的量主要取決與水泥熟料中硅酸三鈣C3S和鋁酸三鈣C3A的量。在水泥熟料中存在大量的C3S,其含量占水泥熟料的55%以上。C3S水化的主要產(chǎn)物就是Ca(OH)2,而C3A的含量雖然沒(méi)有C3S的含量高，但是它是3CaO·Al2O3·6H2O的主要反應(yīng)物。所以降低水泥熟料中C3A和C3S的量能夠有效的防治硫酸鹽對(duì)于混凝土的侵蝕作用。

4.2 摻加優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料

粉煤灰能使混凝土的密實(shí)度增大；當(dāng)粉煤灰代替了一部分的水泥時(shí)，就會(huì)降低熟料中硅酸三鈣和鋁酸三鈣的量，能夠減少Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O的生成；由于粉煤灰會(huì)發(fā)生二次水化，吸收一部分的Ca(OH)2，從而減少硫酸鹽的侵蝕。根據(jù)Lj Fi-sang[6]的研究，當(dāng)R值小于1.5且粉煤灰代替水泥量不大于25%時(shí)，能夠有效防止硫酸鹽對(duì)于混凝土的侵蝕。

結(jié)束語(yǔ)

硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度，耐久性以及美觀度都產(chǎn)生巨大的影響，所以，我們要嚴(yán)格把控，減少硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕。

我們可以根據(jù)所在環(huán)境中SO42-的量選用不同的水泥品種，當(dāng)環(huán)境中SO42-濃度＜2500mg/L,可采用中度抗硫酸鹽水泥或普通摻粉煤灰水泥：當(dāng)環(huán)境中SO42-濃度 ＞8000mg/L,應(yīng)采用高抗硫水泥,還應(yīng)摻適量的粉煤灰或其它摻合料。[7]

現(xiàn)如今，對(duì)于混凝土抗硫酸鹽侵蝕的研究，世界各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)都投入了巨大的人力物力，也取得了豐碩的成果，在抗硫酸鹽侵蝕方面總結(jié)出了許多有效的措施。但是尚有許多問(wèn)題需要解決，比如對(duì)于長(zhǎng)期對(duì)混凝土硫酸鹽侵蝕的檢測(cè)，及時(shí)的修復(fù)硫酸鹽侵蝕的破壞等。還需要我們更加努力，潛心鉆研，來(lái)滿足實(shí)際工程實(shí)踐的需求。

[1]黃戰(zhàn),邢鋒,邢媛媛,董必欽,羅帥.硫酸鹽侵蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的損傷研究[J].混凝土,2008（8）.

[2]金祖權(quán)，趙鐵軍，孫偉.硫酸鹽對(duì)混凝土腐蝕研究[J].工業(yè)建筑,2008,38(3).

[3]GB/T749-2008水泥抗硫酸鹽侵蝕實(shí)驗(yàn)方法.

[4]梁詠寧，袁迎曙.硫酸鹽侵蝕環(huán)境因素對(duì)混凝土性能退化的影響[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005（7）.

[5]FISANGL J，DJURICM.An optmization of fly ash quantityincement-blending[J].CementandConcrete Research,1995,25(7):1480.

1004-7026（2017）16-0095-02

TU528.0

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.16.064

羅斐（1993.5-），男，漢族，河南南陽(yáng)人，河南大學(xué)土木建筑學(xué)院，2017級(jí)研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。