浅谈如何提高混凝土的硫酸盐的腐蚀性

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1、浅 谈 如 何 提 高 混 凝 土 的 耐 硫 酸 盐 腐 蚀 性中铁大桥局集团有限公司兰武二线项目部二工区 施 忠 张家升提 要 ： 我 国 的 西 北 、 西 南 和 沿 海 的 许 多 地 区 地 下 含 硫 酸 盐 的 水 对 混 凝 土有 侵 蚀 性 。 分 析 原 因 ， 导 致 混 凝 土 被 侵 蚀 破 坏 主 要 有 物 理 性 侵 蚀 和 化 学 性 侵 蚀两 个 方 面 。 在 施 工 黄 河 特 大 桥 时 ， 我 们 采 取 在 混 凝 土 中 掺 WQ 系 列 的 防 腐剂 以 及 其 他 相 关 措 施 ， 提 高 混 凝 土 耐 硫 酸 盐 的 腐 蚀 ， 取

2、得 较 好 的 效 果 。 可 以 推广 使 用 WQ 系 列 防 腐 剂 ， 提 高 混 凝 土 工 程 耐 侵 蚀 性 和 工 程 质 量 。关 键 词 ： 混 凝 土 环 境 地 下 水 硫 酸 盐 耐 腐 蚀一 、 概 述1、 自 然 界 中 使 用 的 混 凝 土 ， 由 于 受 环 境 条 件 的 影 响 ， 可 能 引 起 混 凝 土 性能 的 变 化 ， 我 国 的 西 北 、 西 南 和 沿 海 的 许 多 地 区 ， 地 下 水 和 土 壤 中 含 有 大 量 硫酸 盐 、 镁 盐 和 氯 化 物 。 由 于 混 凝 土 在 这 种 环 境 中 使 用 遭 受 这 些 有

3、害 离 子 的 侵 蚀 ，引 起 硬 化 后 水 泥 成 分 的 变 化 ， 使 其 强 度 降 低 而 遭 破 坏 。 如 干 湿 循 环 、 高 温 、 低温 的 交 替 ， 都 能 使 多 孔 结 构 的 混 凝 土 产 生 破 坏 ， 甚 至 导 致 完 全 崩 溃 。2、 我 们 施 工 的 兰 武 铁 路 二 线 工 程 河 口 黄 河 特 大 桥 地 处 我 国 的 西 北 ， 位 于黄 河 的 上 游 段 兰 州 西 固 区 河 口 乡 境 内 ， 桥 位 上 游 1.5 公 里 为 八 盘 峡 水 库 大坝 ， 本 桥 处 于 水 库 影 响 区 内 。 水 库 的 畜 、

4、放 水 对 桥 位 处 流 量 影 响 很 大 ， 水 位 涨落 幅 度 在 1.5-2.5 米 之 间 。 桥 位 处 于 西 北 寒 冷 干 燥 地 区 ， 冬 季 最 冷 月 月 平 均 气温 在 -10 ， 日 温 差 较 大 ， 一 般 1020 之 间 。 据 水 文 地 质 勘 测 显 示 沿 桥 向有 一 跨 越 黄 河 支 沟 ， 该 沟 汇 水 面 积 较 大 ， 常 年 流 水 ， 水 量 平 时 不 大 ， 水 质 对 混凝 土 工 具 硫 酸 盐 强 腐 蚀 性 ， 黄 河 支 沟 从 桥 的 22 号 墩 、 23 号 墩 中 间 穿 过 ，因 此 对 22 号 、

5、 23 号 墩 砼 影 响 最 大 。 本 桥 其 它 墩 台 处 于 硫 酸 盐 中 等 腐 蚀 性 区 。在 这 种 环 境 中 使 用 的 混 凝 土 很 容 易 遭 受 这 些 不 利 因 素 的 影 响 ， 使 混 凝 土 的 强 度降 低 而 破 坏 ， 甚 至 完 全 崩 溃 。3、 为 了 防 止 混 凝 土 遭 受 硫 酸 盐 侵 蚀 我 们 采 取 了 选 择 C3A 含 量 较 低 、水 泥 标 号 较 高 的 水 泥 、 严 格 控 制 骨 料 的 级 配 、 尽 量 掺 入 磨 细 粉 料 、 在 混 凝 土 中掺 入 了 对 混 凝 土 有 防 腐 阻 锈 作 用

6、的 WQ6 系 列 防 腐 阻 锈 剂 、 同 时 在 混 凝 土 中掺 入 高 效 减 水 剂 、 加 强 混 凝 土 养 护 等 措 施 。二 、 混 凝 土 受 侵 蚀 破 坏 机 理导 致 混 凝 土 的 破 坏 主 要 有 物 理 性 侵 蚀 和 化 学 性 侵 蚀 两 个 方 面 。1、 硫 酸 盐 类 结 晶 的 破 坏具 有 一 定 硫 酸 盐 的 环 境 水 ， 在 混 凝 土 毛 细 管 的 作 用 下 ， 被 吸 入 混 凝 土 体 中 ，而 暴 露 在 大 气 中 的 混 凝 土 ， 由 于 毛 细 管 的 作 用 ， 将 传 递 水 分 蒸 发 。 溶 解 在 水 中

7、的 矿 物 质 ， 经 浓 缩 而 析 出 ， 从 而 残 留 在 混 凝 土 的 表 面 和 内 部 ， 呈 现 出 白 迹 、 白霜 ， 使 混 凝 土 遭 受 硫 酸 盐 结 晶 的 膨 胀 压 力 ， 促 使 混 凝 土 从 表 层 开 始 破 坏 ， 其 破坏 首 先 发 生 在 水 位 变 化 区 ， 干 湿 交 替 地 带 以 及 单 侧 受 水 头 压 力 的 砼 薄 壁 结 构 。在 返 潮 段 均 遭 受 到 侵 蚀 ， 地 面 上 某 些 地 段 ， 有 的 霜 状 盐 的 结 晶 ， 有 的 地 区 呈 现豆 腐 渣 状 ， 使 建 筑 物 的 混 凝 土 强 度 降

8、低 ， 最 后 导 致 完 全 破 坏 。2、 环 境 水 对 普 通 硅 酸 盐 水 泥 的 化 学 腐 蚀硫 酸 盐 侵 蚀 ： 某 些 地 区 的 地 下 水 和 地 表 水 ， 含 有 硫 酸 盐 ， 如 硫 酸 钠（ Na2SO4） 、 硫 酸 钙 （ CaSO4） 、 硫 酸 镁 （ MgSO4） 等 ， 环 境 水 中 的 硫 酸 钠和 普 通 硅 酸 盐 水 泥 石 中 的 碱 性 固 态 游 离 石 灰 质 及 水 化 铝 酸 钙 发 生 化 学 反 应 ， 生成 石 膏 和 硫 铝 酸 钙 ， 产 生 体 积 膨 胀 ， 使 混 凝 土 破 坏 。硫 酸 钠 和 氢 氧 化

9、 钙 的 反 应 式 ：Ca(OH)2+ Na2SO410H2O CaSO42H2O+2NaOH+8 H2O这 种 反 应 在 流 动 的 硫 酸 盐 水 溶 液 里 进 行 ， 可 以 一 直 进 行 下 去 ， 直 至 水 泥 中的 Ca(OH)2 完 全 被 反 应 完 。 如 果 NaOH 被 积 聚 ， 反 应 达 到 平 衡 ， 只 有 一 部分 CaSO4 沉 定 成 石 膏 。 水 泥 石 中 的 氢 氧 化 钙 转 变 为 石 膏 （ CaSO42H2O） ， 体积 增 加 原 来 的 两 倍 ， 产 生 膨 胀 。硫 酸 钠 和 水 化 铝 酸 钙 的 反 应 式 ： 2(

10、3CaOAl2O312H2O)+3(Na2SO410H2O) 3CaOAl2O33CaSO432H2O+2Al(OH)3+6NaOH+16H2O水 化 铝 酸 钙 变 成 硫 铝 酸 钙 时 ， 体 积 增 大 。环 境 中 的 硫 酸 镁 （ MgSO47H2O） ， 除 了 能 侵 害 水 化 铝 酸 钙 和 氢 氧 化 钙之 外 ， 还 能 和 水 化 硅 酸 钙 反 应 ， 其 反 应 式 ：3CaOSiO3H2O + MgSO47H2O CaSO42H2O+ Mg (OH)2+ SiO2这 一 反 应 ， 是 由 于 氢 氧 化 镁 的 溶 解 度 很 低 ， 造 成 饱 和 溶 液

11、 PH 值 也 低 。氢 氧 化 镁 的 溶 解 能 度 每 升 仅 为 0.01 克 ， 它 的 饱 和 溶 液 PH 值 约 为 10.5。这 个 数 值 低 ， 致 使 水 化 硅 酸 钙 有 硫 酸 镁 溶 液 存 在 的 条 件 下 ， 不 断 分 解 出 石 灰 。所 以 硫 酸 镁 较 其 他 的 硫 酸 盐 ， 具 有 更 大 的 侵 蚀 性 。硫 酸 盐 的 侵 蚀 的 速 度 ， 随 其 溶 液 浓 度 的 增 加 而 增 加 硫 酸 盐 浓 度 ， 以SO42-来 表 示 。 当 环 境 水 SO42-大 于 500mg/l 时 ， 环 境 水 就 有 硫 酸 盐 侵 蚀

12、 。SO42-在 15002500mg/l 时 为 中 等 侵 蚀 。 SO42-在 2500mg/以 上 时 为 强 侵蚀 。混 凝 土 遭 受 硫 酸 盐 侵 蚀 的 特 征 是 表 面 发 白 ， 菱 角 破 坏 ， 接 着 裂 缝 展 开 并 剥落 ， 使 混 凝 土 破 碎 和 松 散 而 破 坏 。三 、 采 取 措 施 提 高 混 凝 土 耐 硫 酸 盐 侵 蚀就 以 上 两 个 导 致 混 凝 土 遭 受 硫 酸 盐 侵 蚀 硫 破 坏 的 机 理 ， 我 们 在 混 凝 土 施 工中 采 取 防 止 混 凝 土 遭 受 硫 酸 盐 侵 蚀 的 措 施 ， 可 以 起 到 很

13、有 效 的 作 用 。1、 硫 酸 盐 腐 蚀 的 程 度 与 水 泥 中 的 矿 物 成 分 C3A 的 含 量 有 关 ， 水 泥 中 的C3A 含 量 越 少 对 耐 硫 酸 盐 腐 蚀 越 有 利 ， 因 此 我 们 尽 量 选 择 C3A 含 量 较 少 、标 号 较 高 的 水 泥 。2、 硫 酸 盐 腐 蚀 的 程 度 与 混 凝 土 的 密 实 程 度 有 关 ， 混 凝 土 越 密 实 耐 硫 酸 盐 腐蚀 的 性 能 就 越 好 ， 因 此 我 们 在 施 工 中 严 格 控 制 骨 料 的 级 配 ， 尽 量 掺 入 磨 细 粉 料 ，使 混 凝 土 达 到 较 高 的

14、致 密 性 。3、 凝 土 中 掺 入 了 对 混 凝 土 有 防 腐 效 果 、 对 钢 筋 有 防 锈 作 用 的 WQ 系列 防 腐 阻 锈 剂 。 WQ 系 列 防 腐 阻 锈 剂 应 用 了 双 掺 技 术 。 采 用 了 高 效 阻 锈 材 料 、对 混 凝 土 有 耐 硫 酸 盐 侵 蚀 作 用 的 材 料 、 磨 细 材 料 及 减 水 剂 。 该 外 加 剂 主 要 的 化学 成 分 为 SiO2 和 Al2O3 及 细 磨 材 料 ， 这 些 化 学 物 质 在 混 凝 土 中 的 水 化 产 物 主要 是 硫 铝 酸 钙 （ 3CaOAl2O33CaSO432H2O） 、

15、 水 化 硅 酸 钙 凝 胶 （ C-S-H） 和 氢 氧 化 铝 凝 胶 （ Al2O33H2O） ， 水 泥 中 没 有 游 离 氧 化 钙 存 在 ， 因 此 水泥 石 在 硫 酸 盐 溶 液 中 很 难 形 成 引 起 膨 胀 的 石 膏 （ CaSO42H2O） 结 晶 。 再者 水 泥 石 中 的 钙 矾 石 是 在 水 泥 水 化 硬 化 过 程 中 形 成 的 ， 不 会 引 起 水 泥 石 体 积 的破 坏 。 在 MgSO3 溶 液 中 ， 既 有 Mg2+和 SO42-离 子 存 在 ， Mg2+就 不 易 和 氧 化铝 凝 胶 反 应 ， 阻 碍 了 Mg2+腐 蚀 。

16、 耐 硫 酸 盐 的 腐 蚀 的 性 能 好 与 坏 还 与 混 凝 土 的水 灰 比 有 关 ， 我 们 的 桥 位 于 干 湿 交 替 的 地 区 ， 还 要 遭 受 冻 融 的 反 复 作 用 和 盐 类结 晶 产 生 的 破 坏 作 用 。 我 们 位 于 西 北 地 区 由 于 气 候 干 燥 ， 温 差 变 化 大 ， 卤 水 浓度 又 很 高 ， 盐 类 的 结 晶 破 坏 尤 其 严 重 。 大 量 的 实 际 试 验 证 明 减 小 水 灰 比 ， 能 够减 轻 混 凝 土 抗 物 理 结 晶 的 破 坏 ， 因 此 水 灰 比 越 小 耐 腐 蚀 性 能 越 好 ， WQ 系列 防 腐 阻 锈 剂 同 时 具 有 减 水 作 用 经 ， 检 验 其 减 水 率 达 到 7.5%。 因 此 我 们 在混 凝 土 中 掺 入 15%的 WQ 系 列 防 腐 阻 锈 剂 可 以 有 效 的 防 止 硫 酸 盐 对 混 凝 土 的侵 蚀 。