硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕

一、土構(gòu)筑物中硫酸根的改變混凝土結(jié)構(gòu)的服務(wù)年限已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)?；炷辆哂懈邚?qiáng)度、高壓實(shí)、長(zhǎng)期使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。已形成的混凝土構(gòu)筑物,有的壽命已達(dá)50-80年,現(xiàn)仍然完好無(wú)損,如天津、上海等地20世紀(jì)初的水泥洋樓,但近幾年建成的鋼筋混凝土橋梁、閘涵、房屋梁柱板墻等,如新疆巴楚縣永安壩水庫(kù)中干渠現(xiàn)澆混凝土板,圖市過(guò)境公路橋涵,大量混凝土構(gòu)筑物由于硫酸鹽的侵蝕嚴(yán)重縮短混凝土服役壽命,也造成了社會(huì)綜合資源的巨大浪費(fèi);投資效益的嚴(yán)重下滑;有時(shí)還會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)不應(yīng)有的損失,顯然違背了科學(xué)發(fā)展的基本原則?；炷亮蛩猁}侵蝕病害近年呈現(xiàn)高發(fā)和愈益嚴(yán)重的趨勢(shì)。在我國(guó)西部沿古絲綢之路行進(jìn),穿越河西走廊進(jìn)入天山南北到中亞地區(qū),氣候干旱少雨,鹽漬土壤和咸水湖廣泛分布,混凝土多受鹽堿侵蝕病害,沿天山南部庫(kù)爾勒博斯騰湖一帶至喀什,土壤中的硫酸鹽含量高達(dá)1%以上,當(dāng)?shù)鼗炷灵l涵、橋墩、柏油路面、混凝土渠道襯砌板等,完工投入使用1-2年即顯蜂窩爛泥狀侵蝕病害,有的強(qiáng)度已經(jīng)全部喪失,3-5年內(nèi)就不得不被迫拆除重建,損失巨大。在氣候潮濕地區(qū),燃煤排放的S02就地轉(zhuǎn)入水體和濕潤(rùn)的土壤中,首先造成樹(shù)木和農(nóng)作物的枯萎死亡,即所謂的酸雨效應(yīng),同時(shí)對(duì)混凝土構(gòu)筑物也會(huì)造成嚴(yán)重的侵蝕傷害。GB50046-95(工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范)3.1條文明確規(guī)定:當(dāng)土壤中硫酸根離子大于250mg/kg或水體中硫酸根離子含量大于250mg/L時(shí),就會(huì)對(duì)混凝土構(gòu)筑物形成侵蝕傷害。而我們地區(qū)混凝土拌和水中的硫酸根離子含量為653mg/L對(duì)普通水泥的混凝土已構(gòu)成強(qiáng)侵蝕,屬結(jié)晶類侵蝕。二、鈣鹽腐蝕1環(huán)境檢測(cè)報(bào)告中有害物質(zhì)的影響硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕通常是指鈣礬石在混凝土硬化后的膨脹傷害。自然界儲(chǔ)存的硫酸鹽通常是芒硝和石膏,芒硝進(jìn)入混凝土后也會(huì)與水泥水化產(chǎn)生生成石膏。我們小海子墾區(qū)所用的粗細(xì)骨料,系分化石灰石質(zhì)材料,雖經(jīng)篩分和沖洗后使用,由于篩洗過(guò)程很短,很難把粘附在石質(zhì)表面的有害成份溶解和摩擦去除。后發(fā)現(xiàn)分化后的石灰石內(nèi)還存在有大量的氧化鈣、氫氧化鈣、硫酸根離子及鎂離子。它們微溶于水,粘結(jié)在石質(zhì)表面,是形成混凝土破壞的介質(zhì)之一。水和土壤中也含有大量的硫酸根和鎂離子等有害物質(zhì),對(duì)混凝土造成侵蝕破壞。2000年,我們對(duì)98年度施工40M鋼筋混凝土橋井柱腐蝕破壞情況在橋下位置取地下水樣,送環(huán)境檢測(cè)部門(mén)進(jìn)行了十三項(xiàng)理化分析測(cè)試,其結(jié)果為:氯化物含量最大值達(dá)2710mg/L,硫酸鹽含量最大值達(dá)2180mg/L,結(jié)論為:“根據(jù)地質(zhì)工程手冊(cè)”結(jié)構(gòu)類腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)定的項(xiàng)目中,硫酸鹽含量對(duì)混凝土腐蝕等級(jí)為強(qiáng)腐蝕,起特征為硫酸鹽與混凝土成份起化合作用,形成水化物及穩(wěn)定的含水結(jié)晶體,由膨脹引起脹裂破壞,影響混凝土的耐久性。從上述檢測(cè)報(bào)告中要了解水泥石被侵蝕破壞的原因,應(yīng)先從水泥石本身成份來(lái)分析,水泥熟料中的四種礦物成份:硅酸二鈣,硅酸三鈣、鋁酸三鈣,鐵鋁酸四鈣,經(jīng)水化作用后,生成氫氧化鈣,水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物,在一般正常情況下,這些成份是穩(wěn)定的,但在某些特殊條件下,如遇有害的地下水侵蝕,這些成份可能就不會(huì)穩(wěn)定,會(huì)起化學(xué)反應(yīng),從而破壞水泥石的結(jié)構(gòu)。2004年5月,我們把永安壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的水洗砂0.5～2的小石,2～4的中石,混凝土板樣品送自治區(qū)水利水電科學(xué)進(jìn)行分析,結(jié)論為硫酸根含量:水洗砂4213～6187mg/kg,石子5948～6313mg/kg,混凝土板1295mg/kg,GB50046-95“工業(yè)建筑防腐規(guī)范”中,腐蝕性的水對(duì)建筑材料的腐蝕等級(jí),對(duì)硫酸根離子含量大于4000為強(qiáng)度腐蝕,1000～4000為中度腐蝕,250～1000為弱腐蝕。2外加劑的選擇1、所用水泥品質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,最好使用低堿水泥。2、選擇本地區(qū)總含鹽量、硫酸根離子和氯離子含量最低值的水。3、對(duì)外加劑的選擇,避免使用含活性鈉、鈣、硫酸根離子、碳酸根離子的外加劑。4、硫酸根離子含量小于8000mg/L時(shí),采用高抗硫水泥。5、在有環(huán)境水的混凝土中,要象重視強(qiáng)度一樣重視混凝土的抗侵蝕性,首先做好預(yù)防,及時(shí)檢驗(yàn)水質(zhì)和材料中的有害侵蝕介質(zhì),分析可能產(chǎn)生的侵蝕,正確選擇抗侵蝕性好的水泥,采用外加劑和摻和料技術(shù),配制高性能的混凝土。三、碳硫硅鈣石的結(jié)構(gòu)和組成變化碳硫硅石型腐蝕是由于硫酸鹽與混凝土或砂漿中的碳酸鹽和水化硅酸鈣反應(yīng)生成無(wú)膠結(jié)作用的碳硫硅鈣石,隨著水化硅酸鈣的不斷消耗,膠凝材料逐漸變成“泥質(zhì)”,碳硫硅鈣石與鈣礬石的結(jié)構(gòu)非常接近,都是針狀晶體,且X射線衍射圖譜也很接近,所以在實(shí)際工作中往往將碳硫硅鈣石型腐蝕誤認(rèn)為鈣礬石型腐蝕。但預(yù)防這兩種腐蝕的措施完全不同。1碳酸鈣鹽砂石(1)存在著硫酸根離子是生成碳硫硅鈣石的必要條件。流經(jīng)石膏或芒硝礦得地下水,含有硫酸鹽或硫化物的粘土,某些煤炭和油頁(yè)巖中都可能含有硫酸根離子,當(dāng)混凝土或砂漿與這些物質(zhì)接觸時(shí),這些物質(zhì)中的硫酸根離子回滲入材料,造成硫酸鹽腐蝕。(2)存在著碳酸根離子,混凝土和砂漿中的碳酸根離子主要來(lái)自水泥中的石灰石填充料和碳酸類集料。(3)結(jié)構(gòu)中有水。(4)低溫條件。一般認(rèn)為在低于10℃。容易形成碳酸硫硅鈣石。普遍認(rèn)為混凝土和砂漿中所用的集料種類對(duì)碳硫硅鈣石的形成有很大的影響,采用碳酸鹽類集料更易產(chǎn)生碳硫硅鈣石型的破壞。2提高礦渣混凝土耐碳硫硅鈣石混凝土所處的環(huán)境難以人為改變,現(xiàn)代混凝土有時(shí)必須在比較復(fù)雜的環(huán)境下使用,混凝土中的集料用量占到70%以上,如果不用石灰石質(zhì)集料石是不現(xiàn)實(shí)的。目前認(rèn)為,在有硫酸鹽侵蝕地區(qū)主要應(yīng)采取以下幾條措施來(lái)防止碳硫硅鈣石的腐蝕。(1)采用礦渣含量為70%礦渣水泥。(2)降低混凝土水灰比。密實(shí)成型及適當(dāng)增大水泥用量,適當(dāng)摻入減水劑和引氣劑。(3)對(duì)混凝土進(jìn)行早期空氣養(yǎng)護(hù)。研究表明,對(duì)混凝土進(jìn)行早期空氣養(yǎng)護(hù),使混凝土表面產(chǎn)生致密的碳化層可有效提高其耐碳硫硅鈣石腐蝕能力。(4)配制混凝土?xí)r用部分粉煤灰取代水泥,可以在不增加混凝土成本的情況下,延緩腐蝕速度,提高混凝土的耐抗性。碳硫硅鈣石腐蝕被人們發(fā)現(xiàn)的時(shí)間較短。由于碳硫硅鈣石和鈣礬石在晶體結(jié)構(gòu)上非常相似,它們?cè)谛纬蓷l件方面也有許多相近之處,所以人們往往把碳硫硅鈣石型破壞誤認(rèn)為鈣礬石型破壞。在通常情況下不會(huì)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),這種破壞不易被發(fā)現(xiàn),而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑物起著主要支撐作用,一旦基礎(chǔ)變成泥質(zhì)而失去強(qiáng)度,將會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成威脅。四、