抗裂型外加劑對混凝土硫酸鹽腐蝕行為的影響

沈方明 浙江五龍新材股份有限公司

一、前言

當前我國經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，同時推動了建筑行業(yè)的發(fā)展進程。大型混凝土工程越來越多，使得其中存在的硫酸鹽腐蝕問題也隨之而暴露出來，容易影響到硫酸鹽腐蝕的因素很多，且其中不同的硫酸鹽溶液會對混凝土造成不同影響，為此有關人員應當增強到對其的研究。

二、現(xiàn)階段存在的腐蝕環(huán)境

當前混凝土結(jié)構和工程質(zhì)要求的提高，各種大型混凝土項目在港口和條件下具有特殊職位，如海工工程，其中主要分為四類工程部件和海水區(qū)：大氣區(qū)域在水下區(qū)域，水位變化區(qū)混凝土的損壞和堆疊區(qū)域通常是多種因素的復雜情況。首先是干燥，潮濕和海水侵蝕，海水含有更可溶的鹽來產(chǎn)生化學腐蝕，最重要的是有機硫酸鹽和鎂鹽的腐蝕[1]。山東省西部鹽湖區(qū)和東營鹽堿區(qū)土壤中含有大量的硫酸鹽。這些硫酸根離子對當?shù)亟ㄖ镉泻軓姷母g作用。在許多地區(qū)，地下水中含有豐富的硫酸根離子，對建筑物的地基和地下結(jié)構、工業(yè)廢水和工業(yè)廢物產(chǎn)生了嚴重的影響，人們生活垃圾的衰減也充斥著我們的生活環(huán)境。大量的硫酸根離子對混凝土工程有害，工業(yè)的發(fā)展給人們的生活和工作帶來了便利。然而，當前工業(yè)的發(fā)展，我們也污染了環(huán)境。當前降水過程的進行，空氣中漂浮的SO2成為對混凝土工程有害的酸雨。上述環(huán)境中的混凝土長期受到硫酸根的侵蝕。硫酸鹽自由基會滲入混凝土，與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應，產(chǎn)生混凝土膨脹、剝落、開裂等現(xiàn)象，這就使得混凝土性能不斷劣化，給混凝土工程的耐久性帶來很大挑戰(zhàn)。

三、混凝土硫酸鹽腐蝕的測試方法

國內(nèi)外有許多不同的硫酸鹽侵蝕評估和測試方法。室外檢測方法主要用于測試一些具體的結(jié)構參數(shù)，以確定結(jié)構是否受到硫酸鹽腐蝕和侵蝕的影響，并預測了剩余的使用壽命確定是否有必要修復或提供修復計劃的參考。主要測試方法是表面強度試驗方法表面光譜，主要用于保持混凝土結(jié)構?？焖僭u估方法通常與兩組水泥相比。砂漿或浸泡在硫酸鹽溶液和水中的混凝土樣品，以確定其抵抗腐蝕的能力。在混凝土中具有不同腐蝕的超聲波的傳播速度不同。按照大量的實驗數(shù)據(jù)，超聲波的速度在腐蝕的初始階段增加[2-3]。腐蝕進展，超聲速度最終得到降低。超聲波有不同的混凝土中超聲波傳輸?shù)乃俣?，腐蝕混凝土傳播速度與抗壓強度之間存在一定的回歸關系?；趯嶒灁?shù)據(jù)的分析，建立了超聲波速度和腐蝕混凝土強度的功能關系，給超聲波法檢測腐蝕混凝土強度提供到一定的依據(jù)。

四、混凝土硫酸鹽腐蝕機理

混凝土硫酸鹽腐蝕的機制不僅是化學反應過程，而且是一種非常復雜的物理和化學過程。腐蝕機制是硫酸鹽滲透到混凝土中并與混凝土的內(nèi)部結(jié)構反應，這使得難以溶解和擴展混凝土。這些膨脹物質(zhì)吸收大量水分分子，使混凝土逐漸擴大，形成內(nèi)應力。當膨脹應力超過混凝土的拉伸強度時，混凝土將被摧毀，另一方面，硫酸鹽也可以溶解或分解在硬化的水泥石中，導致混凝土的強度和粘度，并且混凝土最終出現(xiàn)表面，并且混凝土最終會出現(xiàn)混凝土在拐角處表面上表面，另一方面，硫酸鹽也可以溶解或分解硬化水泥漿料和CH CSH，導致混凝土的粘合強度降低，最后最終表面美白，啟動角度損壞，然后打開裂縫剝離，導致脆弱的狀態(tài)，混凝土硫酸鹽腐蝕主要可以分成了內(nèi)部腐蝕和外部腐蝕兩種類型。

（一）內(nèi)部腐蝕

內(nèi)腐蝕是指混凝土本身含有一種硫酸鹽，在攪拌混凝土時會出現(xiàn)這種硫酸鹽。因此，這部分硫酸鹽會當前混凝土老化的增加而減少，所以內(nèi)腐蝕是一個逐漸減緩的過程。

（二）外部腐蝕

外腐蝕是指混凝土在具有腐蝕性的硫酸鹽環(huán)境中，通過擴散、毛細吸收、滲透等方式滲入混凝土中，與混凝土中的水泥石發(fā)生反應，形成膨脹，最終破壞滲碳體。從結(jié)構上看，大多數(shù)硫酸鹽對混凝土有顯著的腐蝕作用。這些硫酸鹽與滲碳體中的Ca（OH）2反應生成硫酸鈣、硫酸鈣和滲碳體，鋁酸鈣反應生成鋁酸鈣。鈣礬石是一種鹽礦物，具有非常低的溶解度。結(jié)合了大量的晶體水中的化學結(jié)構。體積約為鋁酸鈣的2.5 倍，這顯著增加了固相體積。此外，它是一種礦物質(zhì)針晶體的形式。沉淀出原始鈣表面上的刺形狀的形狀，并在四個方向上生長，彼此擠出以產(chǎn)生大的內(nèi)應力。當液相低時，鈣礬石通常是大板狀晶體。水晶。這種類型的鈣礬石通常不會帶來危險的擴張。當液相高時，純波特蘭水泥混凝土系統(tǒng)中形成的鈣礬石通常是小針形或片狀，甚至凝膠形狀。本鈣礬石具有強烈的吸附能力，可以產(chǎn)生巨大的腫脹和腫脹效果以形成巨大因此，液相的理性控制的堿度是降低鈣礬石引起的損傷的有效方法之一。鈣礬石的膨脹是在混凝土樣品表面上的少量粗裂縫的特征。鈣礬石的形成導致混凝土中的大裂縫，使硫酸鹽更容易滲透到混凝土內(nèi)部，會出現(xiàn)惡性侵蝕循環(huán)。當SO42-中的濃度侵蝕溶液中大于1000mg/L 時，用飽和石灰溶液填充水泥漿料的孔不僅將形成鈣礬石，而且還沉淀石膏晶體。在水泥漿中形成的石膏二水合物的體積將增加1.24 倍，導致由于內(nèi)部應力過高而導致水泥漿料損壞。只有當SO42-和CA2 的濃度產(chǎn)物大于或等于CasO4 的濃度產(chǎn)物時，石膏才能結(jié)晶和沉淀，當SO42-的濃度小于1000mg/L 時，只形成鈣礬石晶體。當SO42-的濃度逐漸增加時，鈣礬石石膏化合物晶體開始平行，并且兩個晶體共存。然而，在各種各樣SO42-濃度，石膏晶體只發(fā)揮奴隸角色。當SO42-具有高濃度時，石膏晶體腐蝕起到了主導作用。事實上，如果混凝土是交替的干燥和可濕性狀態(tài)，即使SO42-濃度低，石膏晶體腐蝕常常施加優(yōu)勢，因為腐蝕溶液濃縮物導致形成石膏晶體的形成。有兩種晶體類型的碳酸鈣：一種通過C-S-H 反應直接形成水泥水合產(chǎn)物，另一個是鈣礬石逐漸轉(zhuǎn)化為鈣礬石；當然，兩者都是可能的。C-S-H 占50%-60%的水泥漿料，是水泥強度的主要來源。硫酸鹽攻擊可能導致C-S-H 的分解。CSH 的脫鈣主要是由于Ca（OH）2中的混凝土中的2 含量降低，pH 值的降低，CSH 凝膠的分解和氫氧化鈣的釋放，以保持混凝土的堿度，這使得混凝土失去凝聚力，強度和表面軟化。

五、影響因素

（一）混凝土本身的性能

通過改善這一效果，并沒有提高水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力，只是延緩了硫酸鹽侵蝕的時間，一旦硫酸鹽滲透到混凝土中，仍然會發(fā)生侵蝕，此時試樣（結(jié)構）突然損壞，水泥型，水泥種類混合料種類主要影響氫氧化鈣含量和氫氧化鈣含量，以往的研究表明，通過摻入低鋁硅酸鹽水泥，并摻入適量的礦渣、硅灰和粉煤灰，可以提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。

（二）侵蝕溶液的性質(zhì)

硫酸根離子的濃度是會影響到了其腐蝕重要的一個因素，當SO42-改變濃度時，反應機理發(fā)生了變化，生成的產(chǎn)物也發(fā)生了變化，我們在上述腐蝕機理中提到，SO42-濃度的差異會引起鈣鈦礦或石膏等膨脹有害物質(zhì)在混凝土中膨脹，因此，硫酸鹽的濃度會直接決定了腐蝕機理在腐蝕中的主導地位。然而，一些研究人員指出，過高的溫度可能影響水泥水合過程的水合和硫酸鹽侵蝕機理，這通常被認為是產(chǎn)生結(jié)晶壓力的濕循環(huán)，導致混凝土的膨脹和開裂，并加速硫酸鹽侵蝕率，在經(jīng)過一個年的干濕循環(huán)侵蝕混凝土的侵蝕損壞的程度相當于八年的浸沒侵蝕損傷。

六、結(jié)束語

由上可知，當前大型混凝土工程越來越多，使得其中存在的硫酸鹽腐蝕問題也隨之而暴露出來，容易影響到硫酸鹽腐蝕的因素很多，且其中不同的硫酸鹽溶液會對混凝土造成不同影響，為此有關人員應當增強到對其的研究。