《建筑材料》课件-硅酸盐水泥的腐蚀和防护

建筑材料（1）硅酸盐水泥腐蚀的类型（2）硅酸盐水泥腐蚀的原因（3）硅酸盐水泥腐蚀的防止硅酸盐水泥的腐蚀与防止硅酸盐水泥硬化后，在通常使用条件下具有优良的耐久性。但在某些侵蚀性液体或气体等介质的作用下，水泥石结构会逐渐遭到破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。水泥石的结构水泥浆硬化后的石状物称为水泥石。水泥石是由未水化的水泥颗粒A，凝胶体的水化产物B，结晶体的水化产物C，以及未被水泥颗粒和水化产物所填满的原充水空间D（毛细孔或毛细孔水）及凝胶体中的孔E（凝胶孔）所组成的多孔体系（见右图）。水泥石的结构A-未水化水泥颗粒;B-胶体粒子（C-S-H等）；C-晶体粒子（Ca（OH）2等）；D-毛细孔（毛细孔水）；E-凝胶孔（1）硅酸盐水泥腐蚀的类型

导致水泥石腐蚀的因素很多，作用过程亦甚为复杂，这里介绍几种典型介质对水泥石的侵蚀作用。

1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）

2）盐类腐蚀：硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀

3）酸类腐蚀

不含或仅含少量重碳酸盐（含HCO3-的盐）的水称为软水，如雨水、蒸馏水、冷凝水及部分江水、湖水等。当水泥石长期与软水相接触时，水化产物将按其稳定存在所必需的平衡氢氧化钙（钙离子）浓度的大小，依次逐渐溶解或分解，从而造成水泥石的破坏，这就是溶出性侵蚀。软水侵蚀

在各种水化产物中，Ca(OH)2的溶解最大（25℃约1.3gCaO/L），因此首先溶出，这样不仅增加了水泥石的孔隙率，使水更容易渗入，而且由于Ca(OH)2浓度降低，还会使水化产物依次发生分解，如高碱性的水化硅酸钙、水化铝酸钙等分解成为低碱性的水化产物，并最终变成硅酸凝胶、氢氧化铝等无胶凝能力的物质。在静水及无压力水的情况下，由于周围的软水易为溶出的氢氧化钙所饱和，使溶出作用停止，所以对水泥石的影响不大；但在流水及压力水的作用下，水化产物的溶出将会不断地进行下去，水泥石结构的破坏将由表及里地不断进行下去。当水泥石与环境中的硬水接触时，水泥石中的氢氧化钙与重碳酸盐发生反应生成的几乎不溶于水的碳酸钙积聚在水泥石的孔隙内，形成致密的保护层，可阻止外界水的继续侵入，从而可阻止水化产物的溶出。a.硫酸盐腐蚀

硫酸盐腐蚀，实际上是膨胀性化学腐蚀。当水泥石受到侵蚀性介质作用后生成新的化合物，由于新生成物的体积膨胀而使水泥石破坏的现象，称为膨胀性化学腐蚀。例如，在海水、地下水及某些工业污水中常含有钠、钾、铵等的硫酸盐，它们与水泥石中的氢氧化钙反应生成硫酸钙，硫酸钙与水泥石中固态的水化铝酸钙作用，生成比原体积增加1.5倍以上的高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），由于体积膨胀而使已硬化的水泥石开裂、破坏。因高硫型水化硫铝酸钙呈针状晶体，故俗称为“水泥杆菌”。其反应式为：盐类腐蚀4Ca•Al2O3•12H2O+3CaSO4+20H2O→3CaO•Al2O3•3CaSO4•31H2O+Ca(OH)2b.镁盐腐蚀在海水及地下水中常含有大量镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙反应，生成易溶于水的新化合物。其反应式如下：MgCl2＋Ca(OH)2→CaCl2

＋Mg(OH)2MgSO4

＋Ca(OH)2→CaSO4＋Mg(OH)2反应生成的氢氧化镁[Mg(OH)2]松软而无胶凝能力；氯化钙（CaCl2）易溶解于水，生成的硫酸钙（CaSO4•2H2O）又将产生硫酸盐腐蚀。因此，镁盐腐蚀属于双重腐蚀，腐蚀特别严重。a.碳酸腐蚀

工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳。水中的CO2与水泥石中的Ca(OH)2反应，生成的碳酸钙如继续与含碳酸的水作用，则变成易溶于水的碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，由于碳酸氢钙的溶失以及水泥石中其它产物的分解，而使水泥石结构破坏。其化学反应如下：Ca(OH)2+CO2+H2O

→CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2

由碳酸钙转变为碳酸氢钙的反应是可逆的，只有当其中所含的碳酸超过平衡浓度（溶液中的pH<7)时，则上式反应向右进行，形成碳酸腐蚀。酸类腐蚀b.一般酸的腐蚀

工业废水、地下水中常含无机酸和有机酸；工业窑炉中烟气常含有二氧化硫，遇水后即生成亚硫酸。各种酸类对水泥石也有不同程度的腐蚀作用。它们与水泥石中氢氧化钙作用后生成的化合物，或者易溶于水，或者体积膨胀而导致水泥石破坏。对水泥石腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸。

例如：盐酸与水泥石中氢氧化钙作用：2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+2H2O

生成的氯化钙易溶于水而导致化学腐蚀型破坏。硫酸与水泥石中的氢氧化钙作用，生成的石膏对水泥石产生硫酸盐膨胀型破坏。

除了上述三种类型外，还有一些如糖类、脂肪、强碱性物质对水泥石也有腐蚀作用。（2）硅酸盐水泥腐蚀的原因

水泥石腐蚀，实际上是一个极为复杂的物理化学作用过程，且很少为单一的腐蚀作用，常常是几种作用同时存在，互相影响。发生水泥受腐蚀的基本原因是：

1）水泥石内存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；2）水泥石本身不密实而使侵蚀性介质易于进入其内部；3）外界因素的影响：如腐蚀介质的存在，环境温度、湿度、介质浓度的影响等。（3）硅酸盐水泥腐蚀的防护1）根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。

例如：选用水化物中氢氧化钙含量少的水泥，可以提高对软水等侵蚀作用的抵抗能力；为了抵抗硫酸盐腐蚀，可使用铝酸三钙含量低于5%的抗硫酸盐水泥等。2）提高水泥石的密实度。

水泥石越密实，抗渗能力越强，侵蚀介质越难渗入内部，水泥石的抗侵蚀能力也越强。为了提高水泥混凝土的密实度，应该合