(一)硅酸盐水泥的腐蚀
硬化水泥石在通常条件下具有较好的耐久性,但在某些含腐蚀性物质的介质中,有害介质会侵入水泥石内部,使硬化的水泥石结构遭到破坏,强度降低,最终甚至造成建筑物的破坏,这种现象称为水泥石的腐蚀。它对水泥耐久性影响较大,必须采取有效措施予以防止。
1.软水侵蚀
工业冷凝水、雪水、雨水、蒸馏水及含碳量较少的河水与湖水等均属于软水。在静水或无水压的水中,软水的侵蚀仅限于表面,影响不大。但在流动的软水作用下,水泥石中的Ca(OH)2将不断溶解流失,使水泥石的碱度降低,同时,水泥的水化产物必须在一定的碱性环境中才能稳定,Ca(OH)2的溶出又导致其他水化产物分解,最终使水泥石遭到破坏。
当水中含有较多的重碳酸盐时,重碳酸盐会与水泥石中的Ca(OH)2发生反应,生成不溶于水的碳酸钙,阻止外界水分的侵入和氢氧化钙的析出。所以,含有较多的重碳酸盐的水,一般不会对水泥石造成溶出性腐蚀。因此,对需与软水接触的混凝土构件,应预先在空气中放置一段时间,使水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2作用形成碳酸钙外壳,则可对溶出性腐蚀起到一定的抑制作用。
2.酸类侵蚀
溶解于水中的酸类和盐类可以与水泥石中的氢氧化钙发生置换反应,生成易溶性盐或无胶结能力的物质,使水泥石的结构破坏。
(1)碳酸的侵蚀。在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳,当含量超过一定值时,将对水泥石造成破坏。这种碳酸水对水泥石的侵蚀作用反应式如下:
生成的碳酸钙再与含碳酸的水作用转变成重碳酸钙,此反应为可逆反应,其反应式如下:
生成的碳酸氢钙溶解度大,易溶于水。由于碳酸氢钙的溶失以及水泥石中其他产物的分解,故使水泥石结构遭到破坏。
(2)一般酸的侵蚀。工业污水、地下水中常含有多种无机酸和有机酸,各种酸类会对水泥石造成不同程度的损害。无机酸中的盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸和有机酸中的醋酸、蚁酸、乳酸对水泥石的腐蚀尤为严重。以盐酸、硫酸与水中的Ca(OH)2作用为例,其反应式如下:
硫酸与水泥石中的Ca(OH)2作用,其反应式如下:
反应生成的CaCl2易溶于水,生成二水石膏(CaSO4·2H2O)结晶膨胀,将导致水泥石被破坏,而且会进一步引起硫酸盐的侵蚀。
3.盐类侵蚀(www.daowen.com)
(1)硫酸盐侵蚀。在海水、地下水中含有钾、钠、氨的硫酸盐,与水泥石中的Ca(OH)2反应生成硫酸钙,硫酸钙再与水泥石中的固态水化铝酸钙作用生成高硫型水化硫铝酸钙,其反应式如下:
生成的高硫型水化硫铝酸钙含大量结晶水,体积膨胀1.5倍以上,在水泥石中会造成极大的膨胀性破坏。
(2)镁盐侵蚀。在海水和地下水中常含有大量的镁盐,主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的Ca(OH)2起置换反应,其反应式如下:
反应生成的Mg(OH)2松软而无胶结能力,CaSO4·2H2O和CaCl2易溶于水,而CaSO4·2H2O还会进一步引起硫酸盐膨胀性破坏。因此,硫酸镁对水泥石起着镁盐和硫酸盐的双重侵蚀作用。
4.强碱侵蚀
碱类溶液如浓度不大,一般是无害的,但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(如氢氧化钙)作用时也会被破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用,生成易溶的铝酸钠。其反应式如下:
当水泥石被氢氧化钠溶液浸透后又在空气中干燥,与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠,碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉淀,可导致水泥石胀裂。
(二)硅酸盐水泥腐蚀的预防措施
水泥石腐蚀实际上是一个极其复杂的物理化学作用过程,常常是几种作用同时存在、相互影响。引起水泥石腐蚀的外在因素是侵蚀性介质,内在因素主要有两个:一是水泥石中存在易引起腐蚀的成分,如氢氧化钙、水化铝酸钙等;二是水泥石本身不密实,使侵蚀性介质易进入内部引起破坏。预防水泥石腐蚀可采取以下措施:
(1)根据侵蚀环境特点,合理选用水泥品种。例如,在软水侵蚀条件的工程中,选用水化生成物中Ca(OH)2含量少的水泥。为了抵抗硫酸盐侵蚀,可选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,降低孔隙率。为了使有害物质不易渗入内部,水泥石中的孔隙率越小越好。为了提高水泥混凝土的密实度,应合理设计混凝土的配合比,采用低水胶比,并选择最优的施工方法。另外,还可采取适当措施,如机械搅拌、振捣等,以提高水泥石密实度,改善水泥石的耐腐蚀性。
(3)加做保护层。用耐腐蚀的石料、陶瓷、塑料、沥青等覆盖于水泥石的表面,以防止侵蚀性介质与水泥石直接接触,达到抗侵蚀的目的。
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