混凝土環(huán)境腐蝕機理淺析

1、Word文檔 混凝土環(huán)境腐蝕機理淺析 土木工程與井巷工程材料中，混凝土具有成本低廉、來源簡單、經(jīng)久耐用、修理能耗低等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于土木工程的各個方面和井巷工程中的錨噴支護、錨網(wǎng)支護等方面。但是，由于設(shè)計、施工和選材不當(dāng)、炭化作用、環(huán)境污染、化冰鹽的使用、外力沖撞、微生物的腐蝕等物理和化學(xué)作用，大量的混凝土構(gòu)筑物不能達(dá)到預(yù)期壽命而破壞，并因此而帶來財產(chǎn)損失和能源、資源的鋪張以及平安隱患。因此深化討論混凝土的腐蝕機理，從而實行相應(yīng)措施進行防護是非?，F(xiàn)實而迫切的。 1 混凝土的腐蝕機理 1.1物理作用 物理作用主要是指在沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時，混凝土在各種環(huán)境因素的影響下，發(fā)生溶解或膨脹，引起混

2、凝土強度降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。 （1）浸析作用。外界環(huán)境介質(zhì)雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳酸鹽少的江河水、湖水，即臨時硬度較小的水。當(dāng)混凝土與這些軟水長期接觸時，由于水泥石中的Ca(OH)2可溶于水，首先被溶析出。在靜水及無水壓的狀況下，四周的水易被Ca(OH)2所飽和，使溶解作用停止。溶出反應(yīng)僅限于混凝土表面，影響不大；但在流水及壓力水作用下，Ca(OH)2會不斷流失，隨著Ca(OH)2濃度降低，還會使CSH凝膠等產(chǎn)物分解溶蝕，使混凝土患病進一步破壞。 （2）外力作用?；炷两Y(jié)構(gòu)承受荷載超過設(shè)計承載力或外界物體對混凝土結(jié)構(gòu)的撞擊等使混凝土構(gòu)筑物遭到損害。外力作用常使混凝土結(jié)構(gòu)愛護層損壞

3、，表面產(chǎn)生裂縫和裂紋以及鋼筋暴露，銹蝕等。 （3）結(jié)晶作用?；炷羶?nèi)的某些鹽類（包括外來的和自身的）在濕度較高時溶于水中，在濕度較低時結(jié)晶析出，由于各結(jié)晶體具有各自的結(jié)晶習(xí)性，晶體結(jié)晶時的特定生長可能對混凝土孔壁造成極大的結(jié)晶壓力，從而引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，力學(xué)性能劣化。 1.2化學(xué)腐蝕 自然環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，有可能與各種腐蝕介質(zhì)如CO2、CI-、SO42-、H、OH-等接觸，并與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一些易溶、易水解、易鼓脹的物質(zhì)，使混凝土侵蝕破壞，強度降低等。 （1）碳化作用?？諝庵谢蛉苡谒械腃O2與水泥石中的Ca(OH)2、水化硅酸鈣（3CaO2SiO 23H 2O）等起反應(yīng)，導(dǎo)致混

4、凝土中堿度降低和混凝土本身的粉化?；炷撂蓟芏喾N因素影響，混凝土的材料、配比、環(huán)境條件如溫度、濕度、CO2濃度等對其都有影響，碳化作用對混凝土的腐蝕作用是最明顯的，其主要反應(yīng)式如下： Ca(OH)2+CO2CaCO3+H 2O CO2+H 2OH 2 CO3 Ca(OH)2H 2 CO3CaCO3H 2O （2）氯鹽腐蝕。氯鹽腐蝕是沿?；炷两ㄖ锖痛舐坊炷两Y(jié)構(gòu)腐蝕破壞最重要的緣由之一。氯鹽既可能來自于外部的海水、海霧、化冰鹽；也可能來自于建筑過程中使用的海砂、早強劑、防凍劑等。它可以和混凝土中的Ca(OH)2、3CaO2Al2O33H 2O等起反應(yīng)，生成易溶的Ca Cl2和帶有大量結(jié)晶水

5、、比反應(yīng)物體積大幾倍的固相化合物，造成混凝土的膨脹破壞，其反應(yīng)式如下： 2Cl+Ca(OH)2CaCl2+2OH- 2Ca(OH)2+2Cl-+(n-1)H2OCaOCaCl2nH 2O 3CaCl2+3CaOAl2O36H2O+25H 2O3CaOAl2O33CaCl231H2O （3）硫酸鹽的腐蝕。硫酸鹽也是破壞混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個重要因素，硫酸及硫酸鹽溶液進入混凝土的毛細(xì)孔中，硬化時水分蒸發(fā)，濃度提高，直接結(jié)晶，體積膨脹或直接與水泥石成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成晶體，體積鼓脹，從而導(dǎo)致混凝土脹裂破壞。在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業(yè)污水及流經(jīng)高爐渣或煤渣的水中常含有鈉、鉀、銨、鎂等硫酸

6、鹽，與Ca(OH)2起置換反應(yīng)，生成硫酸鈣。生成物的體積比反應(yīng)物大1.5倍以上，呈針狀結(jié)晶，引起很大的內(nèi)應(yīng)力。其破壞特征是在表面消失幾條粗大的裂縫。反應(yīng)式如下： 4CaOAl2O312H2O3Na2SO4+2Ca(OH)2+20H2O3CaOAl2O3 Ca SO431 H 2O+6 NaOH Ca(OH)2+SO42-+2H2OCaSO42H 2O+2OH- （4）酸的腐蝕。在硫酸、鹽酸等生產(chǎn)車間和受酸雨危害的地區(qū)，混凝土構(gòu)筑物受到的劇烈腐蝕作用。酸對混凝土的腐蝕主要是酸能與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生中和反應(yīng)生成可溶性的鈣鹽，破壞了水泥石中的堿度，使水化硅酸鈣等其它水化產(chǎn)物自行分解，而且鹽

7、酸還能直接與這些水化物反應(yīng)生成可溶性鈣鹽，使單位體積內(nèi)Ca(OH)2和CSH(B)含量削減?；炷量紫堵试龃?，力學(xué)性能劣化。酸還可以與混土中的某些成分發(fā)生反應(yīng)生成非凝膠性物質(zhì)或易溶于水的物質(zhì)，使混凝土產(chǎn)生由外及內(nèi)的逐層破壞。另外，酸還可以促使水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的水解，從而破壞了孔隙結(jié)構(gòu)的膠凝體，使混凝土的力學(xué)性能劣化。 （5）堿的腐蝕。堿對混凝土的腐蝕主要表現(xiàn)在與空氣中的CO2在混凝土表面或孔隙中產(chǎn)生劇烈的碳化作用，其反應(yīng)式如下： CO2+2NaOHNa2CO3+H2O CO2+2KOHK2CO3+ H2O 水分蒸發(fā)后碳酸鹽結(jié)晶： Na2CO3+10 H2ONa2CO310 H2O K2C

8、O3+15 H2OK2CO315H2O 當(dāng)混凝土沒有蒸發(fā)表面時，主要表現(xiàn)為堿骨料反應(yīng)。所謂堿骨料反應(yīng)是指混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合材料和水中的堿（Na2O或 K2O）與骨料中的活性成分（氧化硅、碳酸鹽等）發(fā)生反應(yīng)，生成物重新排列和吸水膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生裂縫，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。依據(jù)反應(yīng)機理，堿骨料反應(yīng)又可分為三種類型：堿硅酸反應(yīng)，堿與骨料中的活性SiO2反應(yīng)，生成堿硅酸凝膠，堿硅酸凝膠吸水膨脹后產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂，堿硅酸反應(yīng)發(fā)生最為普遍，危害也最為嚴(yán)峻；堿碳酸鹽反應(yīng)，堿與骨料中的碳酸鈣鎂反應(yīng)，將白云石轉(zhuǎn)化為水鎂石和粘土，水鎂石結(jié)晶重排和黏土吸水膨脹產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致破壞；

9、堿硅酸鹽反應(yīng)，從機理上說仍屬于堿硅酸反應(yīng)，但膨脹進程緩慢。堿骨料反應(yīng)發(fā)生需要兩個條件：首先混凝土原材料中含堿量高，現(xiàn)在大多數(shù)國家規(guī)定骨料中的堿不超過0.6或混凝土含堿量不超過30kg/m3；其次是有水分和空氣的供應(yīng)，越是潮濕的環(huán)境堿骨料反應(yīng)越簡單發(fā)生硅灰、粉煤灰和高爐礦渣均可緩解、抑制堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。 1.3生物腐蝕 生物對混凝土的腐蝕主要有以下幾種形式：一是生物物理作用，草、樹根等在生長過程中，鉆入混凝土的缺陷，破壞其密實度，將混凝土劈裂；二是類似于混凝土的化學(xué)腐蝕，生物在新陳代謝過程中，分泌出各種化學(xué)物質(zhì)，如硝酸、碳酸與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此外，混凝土霉變生成的各種細(xì)菌，如硫化細(xì)菌利用下列反應(yīng)，將S轉(zhuǎn)變成H2SO4，從而引起混凝土的硫酸和硫酸鹽腐蝕。反應(yīng)式如下： 2S+ SO22H 2 SO4 2 結(jié)論 通過對混凝