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四川泸州混凝土切割化学侵蚀

四川泸州混凝土切割化学侵蚀

混凝土在侵蚀性的介质中,可能遭受化学侵蚀而破坏。对混凝土有侵蚀性的介质包括酸、碱、硫酸盐、压力流动水等。混凝土的化学侵蚀可分为三类:①某些水化产物被水溶解、流失,如混凝土在压力流动水作用下的溶出性侵蚀;②混凝土的某些水化产物与介质起化学反应,生成易溶或没有胶凝性能的产物,如酸、碱对混凝土的溶解性侵蚀;③混凝土的某些水化产物与介质起化学反应,生成膨胀性的产物,如硫酸盐对混凝土的膨胀性侵蚀。

1.溶出性侵蚀

密实性较差、渗透性较大的混凝土,在一定压力的流动水中,水化产物Ca(OH)。会不断溶出并流失。Ca(OH)。是维持水化硅酸钙与水化铝酸钙稳定性的重要条件,Ca(OH)。的溶出使水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而水解、溶出;这些水化产物的溶出使混凝土的强度不断降低。中国水利科学研究院研究成果表明,随着Ca(OH)。的不断流失,混凝土的抗压强度不断下降,当Ca(OH)。溶出量(以CaO量计)为25%时抗压强度将下降35.8%,抗拉强度下降更快,当溶出量为25%时抗拉强度将下降66.4%,如图12-5所示。

2.溶解性侵蚀

溶解性侵蚀一般可分为弱酸侵蚀、强酸侵蚀和碱侵蚀。弱酸侵蚀主要有碳酸和硫氢酸侵蚀,前者指在直接临水或强透水层情况下,CO,>15mg/L的碳酸与混凝土中的Ca(OH)。反应生成可溶性的碳酸氢钙并被水带走,使水泥石中的Ca(OH)。的浓度降低,对混凝土产生的侵蚀作用;后者指受污染土壤、城市污水管道及食品工业废水中由硫化氢气体溶于水中而成的硫氢酸,与Ca(OH)。反应生成易溶的硫氢酸钙而随水流失,对混凝土产生的弱酸侵蚀。盐酸、硫酸、硝酸等无机酸及醋酸、甲酸、乳酸等有机酸会对混凝土产生强酸侵蚀。强酸先与Ca(OH)。反应,然后与水化硅酸钙反应生成可溶性钙盐并溶出,使反应不断进行,混凝土的碱度和强度随之不断降低,参见式(12-10),式(12-11)。SO离子还参与类似于硫酸盐侵蚀的腐蚀反应,C1还会引起钢筋锈蚀,故硫酸与盐酸的破坏作用更明显。图12-6给出了同济大学关于硫酸侵蚀对混凝土强度影响的试验结果。硫酸与Ca(OH)2的反应生成不溶性的钙盐,堵塞在混凝土的孔隙中,能减缓后续的侵蚀作用,但也使混凝土强度不断下降,直到最后破坏。


图12-5混凝土溶蚀过程 中的强度变化曲线

图12-5混凝土溶蚀过程

中的强度变化曲线

图12-6受硫酸侵蚀后 混凝土抗压强度的变化

图12-6受硫酸侵蚀后

混凝土抗压强度的变化

Ca(OH).+2H+→Ca2++2H20(12-10)

3CaO·2SiO2·2H20+6H*→3Ca2++2(SiO2·H2O)+3H2O(12-11)

高浓度的碱溶液或溶融状碱会对混凝土产生侵蚀作用,苛性碱(NaOH,KOH)对混凝土的侵蚀作用包括化学侵蚀和结晶侵蚀两个方面。化学侵蚀主要是苛性碱与水泥石中的水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物发生反应,生成胶结性差、易于浸析的产物所致,其反应式如下:

3CaO·2SiO2·3H2O+4NaOH→3Ca(OH),+2Na SiO,+2H,O(12-12)

3CaO·Al2O:·12H20+2NaOH→3Ca(OH),+NasO·Al,O.+10H2O(12-13)

3.膨胀性侵蚀

硫酸盐与混凝土水化产物发生化学反应,对混凝土产生膨胀破坏作用,是典型的膨胀性侵蚀。硫酸盐侵蚀是混凝土化学侵蚀中最广泛和最普通的形式,如硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁等硫酸盐的侵蚀作用。土壤的地下水是一种硫酸盐溶液,土壤硫酸盐的浓度超过一定限值时就会对混凝土产生侵蚀作用。在污水处理厂、化纤工业、制盐、制皂业等厂房附近的地下水中,硫酸盐浓度较高,经常发现有混凝土结构物的硫酸盐侵蚀破坏现象。硫酸盐也是海水的主要成分。

硫酸盐侵蚀过程中产生石膏、钙矾石和钙硅石是引起混凝土腐蚀破坏的主要原因。

溶液中的硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁与水泥水化产物Ca(OH)。反应生成石膏,以硫酸钠为例,发生如下的化学反应:

Ca(OH)2+Na2SO,·10H2O→CaSO,·2H2O+2NaOH+8H,O(12-14)在流动的水中,反应可不断进行,直至Ca(OH)。被完全消耗;在不流动的水中,随着Na(OH)。

的聚集,可达到化学平衡,一部分SO,以石膏析出。Ca(OH)。转化为石膏,体积是原来的2倍

多,从而对混凝土产生膨胀破坏作用。

水泥熟料矿物CaA的水化产物水化铝酸钙(4CaO·Al2O,·19H,O)及水化单硫铝酸钙(3CaO·Al2O3·CaSO。·18H2O)都能与石膏发生反应生成水化三硫铝酸钙(钙矾石):

4CaO·Al2O3·19H20+3CaSO,+14H2O→3CaO·Al2Oa·3CaSO,·32H2O+Ca(OH)2

(12-15)

3CaO·Al,O,·CasO,·18H,O+2CaSO,+14H,O→3CaO·Al,O,·3CaSO,·32H2O

(12-16)钙矾石的溶解度很低,容易在溶液中析出,水化铝酸钙和水化单硫铝酸钙转化为钙矾石,其体积有大量增加,从而对混凝土产生破坏作用。

硫酸盐侵蚀过程中还产生另一种膨胀性产物——钙硅石,其化学式为CaCO,·CaSO,.

CaSiO,·15H,O,是Ca(OH)。和CaCO;与无定形的SiO2及石膏在低温下形成的。钙硅石使混凝土表面产生胀裂,鼓泡和凸起等现象,混凝土变得松软,强度降低。

由上述分析可知,硫酸钙对混凝土产生钙矾石和钙硅石腐蚀,硫酸钠、硫酸钾和硫酸镁对混凝土同时产生钙矾石、钙硅石和石膏腐蚀。而硫酸镁还能与水化硅酸钙发生如下的化学反应:

3CaO·2SiO。·3H20+3MgSO,+10H20→3(CaSO,·2H2O)

+3Mg(OH)2+2SiO2·4H20(12-17)

由此可见,硫酸镁还能分解水泥水化产物——水化硅酸钙,破坏其胶凝性,比其他硫酸盐具有更强的破坏作用。

受硫酸盐侵蚀的混凝土的特征是表面发白,损坏一般从棱角开始,接着裂缝开展,表层剥落,使混凝土成为一种易碎的,甚至松散的状态。受硫酸盐侵蚀的混凝土强度变化一般经历两个阶段:在侵蚀初期,由于新生成的盐结晶体的体积增长,使混凝土孔隙率变小,密实度提高;此时混凝土强度有所提高;在侵蚀后期,由于大量膨胀性产物在孔结构内的膨胀应力不断增长,使孔结构遭到破坏,内部微裂缝不断扩展,导致混凝土强度不断降低。同济大学通过系列试验研究获得了受硫酸钠溶液侵蚀后混凝土抗压强度的变化规律,如图12-7所示。

图12-7受硫酸钠溶液侵蚀后 混凝土抗压强度的变化

图12-7受硫酸钠溶液侵蚀后

混凝土抗压强度的变化


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