硫酸鹽侵蝕環(huán)境因素對(duì)混凝土性能影響

鄔前偉

摘要：硫酸鹽的侵蝕環(huán)境給混凝土的耐久性能帶來嚴(yán)重的影響，在工程施工中應(yīng)用的混凝土原料一般處在各種硫酸鹽的環(huán)境中，如濃度、溫度、干濕循環(huán)等?；诖耍疚姆治隽肆蛩猁}對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕的原理，展開了抗硫酸鹽腐蝕性能方面的實(shí)驗(yàn)，為更好地提升混凝土的性能打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：硫酸鹽；侵蝕環(huán)境；混凝土；性能影響；研究

硫酸鹽的侵蝕主要指在硫酸鹽如硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸鎂等侵入水泥的混凝土?xí)r，會(huì)和水泥里的氫氧化鈣與水化鋁酸鈣生成化學(xué)反應(yīng)，而且因?yàn)闅溲趸}的濃度逐漸下降，導(dǎo)致水化礦物發(fā)生分解，進(jìn)而生成硫鋁酸鈣和石膏，使體積變大，混凝土瓦解。

1、硫酸鹽侵蝕對(duì)混凝土構(gòu)造的腐蝕原理分析

1.1硫酸鈉對(duì)混凝土的侵蝕原理

硫酸鈉最先侵蝕的是Na2S04；和水泥的水化產(chǎn)物Ca（OH）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石膏（CaS042H20），再和單硫式的硫鋁酸鈣與含鋁的膠體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并生成次生鈣礬石，因?yàn)殁}礬石帶有較強(qiáng)的膨脹性，因此會(huì)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生較大的裂痕。其化學(xué)反應(yīng)式見下：

Ca（OH）2+Na2S04 ·10H2O CaSO4 ·2H2O + 2NaOH+8H2O

2（3Cao·Al2O3·12H2O）+ 3（Na2SO4·10 H2O）

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32 H2O + 2Al（OH）3+6NaOH+16H2O硫酸鈣只會(huì)和水化的鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫鋁酸鈣。若侵蝕溶液里的S042-濃度超過1000mg/L的時(shí)候，水泥石的毛細(xì)孔如果被飽和的石灰溶液填滿，既會(huì)生成鈣礬石，又會(huì)在水泥石中析出二水石膏的結(jié)晶。從氫氧化鈣變化成石膏，體積會(huì)擴(kuò)大到原來的二倍，導(dǎo)致混凝土由于內(nèi)應(yīng)力太大而膨脹。石膏膨脹破壞的特征是試件沒有產(chǎn)生粗大的裂紋，但是全體潰散。

1.2硫酸鎂對(duì)混凝土的侵蝕原理

硫酸鎂除了可以侵害水化的鋁酸鈣與氫氧化鈣，還可以與水化的硅酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)式為：3CaO·2SiO2·aq + MgS04 · 7H2O CaSO4·2H2O+Mg（OH）2+SiO2·aq

上面的化學(xué)式生成的Mg（0H）2和NaOH不一樣，其溶解度較低（0.01g/L），而Ca（OH）2為1.37g/L，飽和溶液的PH值為10.5，而Ca（OH）2為12.4 ， NaOH為13.5，在這種情況下，鈣礬石與C-S-H都是很不穩(wěn)定的，較低PH值的環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生下面的結(jié)果：一是不會(huì)生成次生鈣礬石；二是因?yàn)殒V離子與鈣離子帶有相同的化合價(jià)與大小相等的半徑，因此二者可以很好地結(jié)合在一起，所以MgS04極易和C-S-H發(fā)生反應(yīng)，并生成石膏、硅膠、氫氧化鎂，這種膠體比C-S-H的膠體粘性??；三是為強(qiáng)化本身的穩(wěn)定性能，C-S-H膠體會(huì)繼續(xù)釋放石灰以增大PH值，然而，釋放的石灰未達(dá)到增加PH值的效果，而是繼續(xù)和MgS04發(fā)生反應(yīng)，生成更多CaSO4·2H2O 與Mg（OH）2，在C-S-H膠體內(nèi)石灰析出與膠性的不斷下降，膠體內(nèi)的石膏與Mg（OH）2會(huì)再次發(fā)生硅膠和Mg（OH）2反應(yīng)，生成水化硅酸鎂（ M-S-H ）。這種情況下，在低PH值狀態(tài)下就引發(fā)了硫酸鎂對(duì)水泥的混凝土的侵蝕，進(jìn)而給混凝土的耐久性帶來影響。

2、實(shí)驗(yàn)研究

2.1實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

此次實(shí)驗(yàn)以硫酸鈉給混凝土帶來的腐蝕作為主要研究對(duì)象，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的配比，選擇標(biāo)準(zhǔn)水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂制件，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)以后，經(jīng)恒溫水浴的養(yǎng)護(hù)，再次放入配好的浸泡液里，依據(jù)設(shè)計(jì)方案做浸泡的實(shí)驗(yàn)。劃分兩個(gè)模塊對(duì)抗硫酸鹽的腐蝕情況展開分析與研究：首先，采用硫酸鈉的溶液做全浸泡實(shí)驗(yàn)：分為5%的硫酸鈉溶液浸泡與飽和硫酸鈉的溶液，分別測(cè)定在28天、60天、90天、120天以及150天，觀察抗折的強(qiáng)度，分析變化的規(guī)律；其次，采用飽和硫酸鈉的溶液展開干濕交替的浸泡實(shí)驗(yàn)，在干濕交替的條件下，混凝土主要受到兩種破壞情況：一是化學(xué)性的；二是物理性的，即鹽的結(jié)晶。此次實(shí)驗(yàn)應(yīng)用試件以80度下烘八個(gè)小時(shí)，再浸泡十六小時(shí)為一個(gè)周期，測(cè)定在28天、60天、90天的抗折強(qiáng)度，并分析其和飽和硫酸鈉的溶液全浸泡條件下混凝土的試件抗折強(qiáng)度的變化規(guī)律。

2.2實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象

將混凝土的試件放進(jìn)硫酸鈉的溶液里，隨著時(shí)間的推移，混凝土的試件外表會(huì)覆蓋一層白色蓬松的生成物，而且這個(gè)生成物會(huì)逐漸變厚，直到試件側(cè)面有些白色的生成物與被腐蝕的疏松細(xì)骨料從試件外表剝離，導(dǎo)致外表的砂漿全部脫落，只有一些外表還覆著薄薄的白色生成物。在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，硫酸鈉的濃度越大，試件外表的白色生成物越早產(chǎn)生，試件的腐蝕度越強(qiáng)，導(dǎo)致表面剝落得越早；全浸泡的試件發(fā)覺生成物與表面剝離程度比干濕交替條件下浸泡的試件時(shí)間要早。

2.3實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析

硫酸鈉腐蝕環(huán)境下（完全浸泡）混凝土抗折強(qiáng)度與腐蝕齡期的關(guān)系

從上圖得出：其一，混凝土的試件在硫酸鈉的溶液里完全浸泡，隨著時(shí)間的延長，試件抗折的強(qiáng)度最初會(huì)漸漸下降，當(dāng)浸泡90天后會(huì)上升，120天后強(qiáng)度再次降低；這是因?yàn)樽畛醯牧蛩徕c和水泥的水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生成了石膏（ CaS04·2H20），再和單硫式硫鋁酸鈣與含鋁的膠體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成次生鈣礬石，因?yàn)殁}礬石帶有膨脹性，因此導(dǎo)致混凝土的試件外表呈現(xiàn)少量較大的裂紋，進(jìn)而使得試件的強(qiáng)度下降；而后因?yàn)榻輹r(shí)間變長，試件外表的孔隙被鈣礬石與石膏填充，可能產(chǎn)生短期強(qiáng)度的增加，而當(dāng)鈣礬石的生成情況下，在水泥石中還會(huì)析出二水石膏的結(jié)晶，從氫氧化鈣變成石膏，體積擴(kuò)大二倍，使得混凝土由于內(nèi)應(yīng)力變大而膨脹被破壞，強(qiáng)度再次降低；其二，同齡期的混凝土試件，會(huì)隨著濃度的增大，抗折強(qiáng)度會(huì)逐漸下降；這表明了硫酸鹽的濃度越大，侵蝕性越強(qiáng)，給試件帶來的破壞性也越大

飽合硫酸納溶液腐蝕環(huán)境下，混凝土抗折強(qiáng)度與腐蝕齡期的關(guān)系

從上圖得出：其一，不管試件的侵蝕條件是全部浸泡或者干濕交替，在實(shí)驗(yàn)的前90天里，試件的抗折強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；其二，同樣濃度的硫酸鈉溶液，在不同的侵蝕條件下侵蝕作用會(huì)明顯不同，全部浸泡情況下硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕性比干濕交替情況下的侵蝕性大。

結(jié)束語：

總之，混凝土的硫酸鹽侵蝕作用比較復(fù)雜多變，會(huì)受到很多因素的影響，不只取決于硫酸根離子的濃度，還有溫度、PH值、干濕交替、凍融循環(huán)等因素。隨著科技的不斷發(fā)展，混凝土技術(shù)會(huì)得到一定的發(fā)展，為增強(qiáng)對(duì)混凝土硫酸鹽侵蝕性的了解，應(yīng)當(dāng)對(duì)硫酸鹽的侵蝕產(chǎn)物帶來的影響與形成條件深入分析與研究，需要相關(guān)工作人員不斷摸索與實(shí)驗(yàn)，以便更好地提升混凝土的耐久性，為工程的施工質(zhì)量帶來保障。

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