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?，本文分析了硫酸鹽對混凝土結(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、硫酸鹽侵蝕對混凝土構(gòu)造的腐蝕原理分析

1.1硫酸鈉對混凝土的侵蝕原理

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的時候，水泥石的毛細(xì)孔如果被飽和的石灰溶液填滿，既會生成鈣礬石，又會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)境下會產(chǎn)生下面的結(jié)果：一是不會生成次生鈣礬石；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的膠體粘性小；三是為強(qiáng)化本身的穩(wěn)定性能，C-S-H膠體會繼續(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)。劃分兩個模塊對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度下烘八個小時，再浸泡十六小時為一個周期，測定在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，隨著時間的推移，混凝土的試件外表會覆蓋一層白色蓬松的生成物，而且這個生成物會逐漸變厚，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，隨著時間的延長，試件抗折的強(qiáng)度最初會漸漸下降，當(dāng)浸泡90天后會上升，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，會隨著濃度的增大，抗折強(qiáng)度會逐漸下降；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)度會呈現(xiàn)降低趨勢；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明顯不同，全部浸泡情況下硫酸鹽對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)會得到一定的發(fā)展，為增強(qiáng)對混凝土硫酸鹽侵蝕性的了解，應(yīng)當(dāng)對硫酸鹽的侵蝕產(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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