混凝土硫酸鹽侵蝕的機理與防治

□羅 斐

（河南大學土木建筑學院 河南 開封 475004）

混凝土硫酸鹽侵蝕的機理與防治

□羅 斐

（河南大學土木建筑學院 河南 開封 475004）

硫酸鹽侵蝕是混凝土侵蝕的重要內容，是混凝土破壞的主要原因之一，被稱為混凝土的“癌癥”。這篇論文主要分析了近些年對于混凝土硫酸鹽侵蝕研究的具體現狀，列出了硫酸鹽對于混凝土侵蝕的幾種原因，分析其作用機理。綜合列出了幾種對于混凝土硫酸鹽侵蝕的實驗方法，并分析對于預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 硫酸鹽侵蝕的現狀

在我國，有1/3的地區處于酸雨地帶，在天津、青海等地也有大部分的鹽堿地區。在這些地區，混凝土的硫酸鹽侵蝕現象十分嚴重，尤其是酸雨會造成墻體的腐蝕和紀念性建筑物毀壞[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重要內容。我國每年因為混凝土腐蝕而遭受到的損失在400億元以上，而硫酸鹽侵蝕占據主要部分。據研究表明，在土壤及巖石裂隙水中，都存在SO42-，SO42-離子濃度的高低，對于混凝土的侵蝕有著直接的聯系。隨著SO42-濃度的升高，對于混凝土的腐蝕能力越大。另外，我國西部地區分布著一千多個鹽湖，其面積約占國土面積的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，建筑物基本上都是一年粉化三年倒塌。鋪設在鹽湖下邊的混凝土管道，基本上一年左右就已經成為一團爛泥，失去其功能。

2 硫酸鹽對混凝土的侵蝕機理

（1）硫酸鹽侵蝕的主要機理是，環境中過量的的SO42-離子與硬化水泥漿體中的Ca(OH)2發生反應，生成CaSO4·2H2O,二水石膏又與水泥中的水化鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O發生化學反應，生成鈣礬石 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O。由于鈣礬石和二水石膏都會發生體積膨脹，膨脹體積達到混凝土體積的一倍以上，因此會使混凝土膨脹開裂，發生腐蝕。嚴重時可能會使混凝土失去任何強度，呈現豆腐渣狀。反應方程式為：

（2）當SO42-濃度低于1000mg/L時，環境中發生侵蝕的SO42-全部轉化為鈣礬石，只發生E鹽破壞，而當SO42-濃度高于1000mg/L時，由于過量的SO42-會產生更多的CaSO4·2H2O。因此，不僅會發生E鹽破壞，還會發生G鹽破壞。因此，SO42-濃度越高，對于混凝土的侵蝕就越嚴重。反應方程式為

（3）在眾多硫酸鹽侵蝕中MgSO4對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）,此時混凝土能產生微小的膨脹，但M-S-H能使混凝土強度下降，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物發生反應導致混凝土表面的剝落。[3]

3 硫酸鹽侵蝕的實驗方法

3.1 國家規范中抗硫酸鹽侵蝕實驗方法

在最新國家規范中，檢測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驗方法，簡稱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，使過量的SO42-能夠直接與水泥中能夠發生反應的Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O反應，使漿試件發生膨脹反應，然后檢測試件的膨脹率，來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稱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，養護28d,測試兩組試樣的抗折強度，得出兩者的抗折強度比，該抗折強度比為此批試件的抗硫酸鹽侵蝕系數K，K值越高，水泥膠砂試件的抗硫酸鹽侵蝕的能力越強。[4]

3.2 加速腐蝕試驗方法

除了國家標準給予的實驗方法之外，還有許多試驗方法。比如梁永寧等人提出的加速腐蝕實驗法[5]。這種方法多用于實驗室檢測混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能。加速腐蝕的方法，就是通過增加反應面積；提高侵蝕溶液中侵蝕離子濃度；增加結晶壓力；升高溫度和增加試件滲透性等措施，來加快侵蝕的過程。這種試驗方法的主要優點是，實驗周期短，能夠獲得比較系統的實驗資料。

4 硫酸鹽對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

我國廣泛使用的是硅酸鹽水泥。水泥實中的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水化的主要產物就是Ca(OH)2,而C3A的含量雖然沒有C3S的含量高，但是它是3CaO·Al2O3·6H2O的主要反應物。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于混凝土的侵蝕作用。

4.2 摻加優質的礦物摻合料

粉煤灰能使混凝土的密實度增大；當粉煤灰代替了一部分的水泥時，就會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；由于粉煤灰會發生二次水化，吸收一部分的Ca(OH)2，從而減少硫酸鹽的侵蝕。根據Lj Fi-sang[6]的研究，當R值小于1.5且粉煤灰代替水泥量不大于25%時，能夠有效防止硫酸鹽對于混凝土的侵蝕。

結束語

硫酸鹽對混凝土的侵蝕會對混凝土的強度，耐久性以及美觀度都產生巨大的影響，所以，我們要嚴格把控，減少硫酸鹽對混凝土的侵蝕。

我們可以根據所在環境中SO42-的量選用不同的水泥品種，當環境中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：當環境中SO42-濃度 ＞8000mg/L,應采用高抗硫水泥,還應摻適量的粉煤灰或其它摻合料。[7]

現如今，對于混凝土抗硫酸鹽侵蝕的研究，世界各國的研究機構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出了許多有效的措施。但是尚有許多問題需要解決，比如對于長期對混凝土硫酸鹽侵蝕的檢測，及時的修復硫酸鹽侵蝕的破壞等。還需要我們更加努力，潛心鉆研，來滿足實際工程實踐的需求。

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

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

[3]GB/T749-2008水泥抗硫酸鹽侵蝕實驗方法.

[4]梁詠寧，袁迎曙.硫酸鹽侵蝕環境因素對混凝土性能退化的影響[J].中國礦業大學學報,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，河南南陽人，河南大學土木建筑學院，2017級研究生，研究方向：結構工程。