混凝土环境腐蚀机理浅析

1、Word文档 混凝土环境腐蚀机理浅析 土木工程与井巷工程材料中，混凝土具有成本低廉、来源简单、经久耐用、修理能耗低等优点，因此被广泛应用于土木工程的各个方面和井巷工程中的锚喷支护、锚网支护等方面。但是，由于设计、施工和选材不当、炭化作用、环境污染、化冰盐的使用、外力冲撞、微生物的腐蚀等物理和化学作用，大量的混凝土构筑物不能达到预期寿命而破坏，并因此而带来财产损失和能源、资源的铺张以及平安隐患。因此深化讨论混凝土的腐蚀机理，从而实行相应措施进行防护是非常现实而迫切的。 1 混凝土的腐蚀机理 1.1物理作用 物理作用主要是指在没有化学反应发生时，混凝土在各种环境因素的影响下，发生溶解或膨胀，引起混

2、凝土强度降低，导致结构破坏。 （1）浸析作用。外界环境介质雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐少的江河水、湖水，即临时硬度较小的水。当混凝土与这些软水长期接触时，由于水泥石中的Ca(OH)2可溶于水，首先被溶析出。在静水及无水压的状况下，四周的水易被Ca(OH)2所饱和，使溶解作用停止。溶出反应仅限于混凝土表面，影响不大；但在流水及压力水作用下，Ca(OH)2会不断流失，随着Ca(OH)2浓度降低，还会使CSH凝胶等产物分解溶蚀，使混凝土患病进一步破坏。 （2）外力作用。混凝土结构承受荷载超过设计承载力或外界物体对混凝土结构的撞击等使混凝土构筑物遭到损害。外力作用常使混凝土结构爱护层损坏

3、，表面产生裂缝和裂纹以及钢筋暴露，锈蚀等。 （3）结晶作用。混凝土内的某些盐类（包括外来的和自身的）在湿度较高时溶于水中，在湿度较低时结晶析出，由于各结晶体具有各自的结晶习性，晶体结晶时的特定生长可能对混凝土孔壁造成极大的结晶压力，从而引起混凝土内部产生裂纹，力学性能劣化。 1.2化学腐蚀 自然环境中的混凝土结构，有可能与各种腐蚀介质如CO2、CI-、SO42-、H、OH-等接触，并与之发生化学反应，生成一些易溶、易水解、易鼓胀的物质，使混凝土侵蚀破坏，强度降低等。 （1）碳化作用。空气中或溶于水中的CO2与水泥石中的Ca(OH)2、水化硅酸钙（3CaO2SiO 23H 2O）等起反应，导致混

4、凝土中碱度降低和混凝土本身的粉化。混凝土碳化受多种因素影响，混凝土的材料、配比、环境条件如温度、湿度、CO2浓度等对其都有影响，碳化作用对混凝土的腐蚀作用是最明显的，其主要反应式如下： Ca(OH)2+CO2CaCO3+H 2O CO2+H 2OH 2 CO3 Ca(OH)2H 2 CO3CaCO3H 2O （2）氯盐腐蚀。氯盐腐蚀是沿海混凝土建筑物和大路混凝土结构腐蚀破坏最重要的缘由之一。氯盐既可能来自于外部的海水、海雾、化冰盐；也可能来自于建筑过程中使用的海砂、早强剂、防冻剂等。它可以和混凝土中的Ca(OH)2、3CaO2Al2O33H 2O等起反应，生成易溶的Ca Cl2和带有大量结晶水

5、、比反应物体积大几倍的固相化合物，造成混凝土的膨胀破坏，其反应式如下： 2Cl+Ca(OH)2CaCl2+2OH- 2Ca(OH)2+2Cl-+(n-1)H2OCaOCaCl2nH 2O 3CaCl2+3CaOAl2O36H2O+25H 2O3CaOAl2O33CaCl231H2O （3）硫酸盐的腐蚀。硫酸盐也是破坏混凝土结构耐久性的一个重要因素，硫酸及硫酸盐溶液进入混凝土的毛细孔中，硬化时水分蒸发，浓度提高，直接结晶，体积膨胀或直接与水泥石成分发生化学反应，生成晶体，体积鼓胀，从而导致混凝土胀裂破坏。在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污水及流经高炉渣或煤渣的水中常含有钠、钾、铵、镁等硫酸

6、盐，与Ca(OH)2起置换反应，生成硫酸钙。生成物的体积比反应物大1.5倍以上，呈针状结晶，引起很大的内应力。其破坏特征是在表面消失几条粗大的裂缝。反应式如下： 4CaOAl2O312H2O3Na2SO4+2Ca(OH)2+20H2O3CaOAl2O3 Ca SO431 H 2O+6 NaOH Ca(OH)2+SO42-+2H2OCaSO42H 2O+2OH- （4）酸的腐蚀。在硫酸、盐酸等生产车间和受酸雨危害的地区，混凝土构筑物受到的剧烈腐蚀作用。酸对混凝土的腐蚀主要是酸能与水泥石中的Ca(OH)2发生中和反应生成可溶性的钙盐，破坏了水泥石中的碱度，使水化硅酸钙等其它水化产物自行分解，而且盐

7、酸还能直接与这些水化物反应生成可溶性钙盐，使单位体积内Ca(OH)2和CSH(B)含量削减。混凝土孔隙率增大，力学性能劣化。酸还可以与混土中的某些成分发生反应生成非凝胶性物质或易溶于水的物质，使混凝土产生由外及内的逐层破坏。另外，酸还可以促使水化硅酸钙和水化铝酸钙的水解，从而破坏了孔隙结构的胶凝体，使混凝土的力学性能劣化。 （5）碱的腐蚀。碱对混凝土的腐蚀主要表现在与空气中的CO2在混凝土表面或孔隙中产生剧烈的碳化作用，其反应式如下： CO2+2NaOHNa2CO3+H2O CO2+2KOHK2CO3+ H2O 水分蒸发后碳酸盐结晶： Na2CO3+10 H2ONa2CO310 H2O K2C

8、O3+15 H2OK2CO315H2O 当混凝土没有蒸发表面时，主要表现为碱骨料反应。所谓碱骨料反应是指混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料和水中的碱（Na2O或 K2O）与骨料中的活性成分（氧化硅、碳酸盐等）发生反应，生成物重新排列和吸水膨胀所产生的应力诱发产生裂缝，最终导致混凝土结构的破坏。依据反应机理，碱骨料反应又可分为三种类型：碱硅酸反应，碱与骨料中的活性SiO2反应，生成碱硅酸凝胶，碱硅酸凝胶吸水膨胀后产生内应力，导致混凝土开裂，碱硅酸反应发生最为普遍，危害也最为严峻；碱碳酸盐反应，碱与骨料中的碳酸钙镁反应，将白云石转化为水镁石和粘土，水镁石结晶重排和黏土吸水膨胀产生应力导致破坏；

9、碱硅酸盐反应，从机理上说仍属于碱硅酸反应，但膨胀进程缓慢。碱骨料反应发生需要两个条件：首先混凝土原材料中含碱量高，现在大多数国家规定骨料中的碱不超过0.6或混凝土含碱量不超过30kg/m3；其次是有水分和空气的供应，越是潮湿的环境碱骨料反应越简单发生硅灰、粉煤灰和高炉矿渣均可缓解、抑制碱骨料反应的发生。 1.3生物腐蚀 生物对混凝土的腐蚀主要有以下几种形式：一是生物物理作用，草、树根等在生长过程中，钻入混凝土的缺陷，破坏其密实度，将混凝土劈裂；二是类似于混凝土的化学腐蚀，生物在新陈代谢过程中，分泌出各种化学物质，如硝酸、碳酸与混凝土发生化学反应。此外，混凝土霉变生成的各种细菌，如硫化细菌利用下列反应，将S转变成H2SO4，从而引起混凝土的硫酸和硫酸盐腐蚀。反应式如下： 2S+ SO22H 2 SO4 2 结论 通过对混凝