硅酸盐水泥的腐蚀与防治方法

（一）硅酸盐水泥石的腐蚀

硅酸盐水泥硬化以后在通常的使用条件下，其强度在几年甚至几十年中仍有提高，并且有较好的耐久性。但在某些腐蚀性介质作用下，强度下降，起层剥落，严重时会引起整个工程结构的破坏。引起水泥石腐蚀的主要原因为：①水泥石中的氢氧化钙或其他成分，能一定程度地溶解于水（特别是软水），导致水泥石中其他水化产物稳定存在的条件受到影响；②氢氧化钙、水化铝酸钙等都是碱性物质，若环境水中有酸类或某些盐类时，它们能与其发生化学反应，新生成的化合物或易溶于水、或无胶结力、或因结晶膨胀而引起内应力，都将导致水泥石结构的破坏。根据环境水质的不同，几种主要的侵蚀破坏作用如下：

1.软水腐蚀（溶出性侵蚀）

水泥石中的水化产物，一般在一定浓度的石灰溶液中才能稳定存在。如果溶液中的石灰浓度小于该水化产物的极限石灰浓度，则该水化产物将被溶解或分解，其中氢氧化钙的溶解度较大，特别是在软水（暂时硬度较小的水）中时，其溶解度更大。

当水泥石处于水中，特别是软水中时，氢氧化钙将首先被溶解，直至使溶液中石灰浓度达到极限石灰浓度时才能停止。但若环境水是流动水，溶解的氢氧化钙被水带走，溶液中石灰浓度总是低于极限石灰浓度，则氢氧化钙将不断被溶解。特别当混凝土不够密实或有缝隙时，在压力水作用下，水渗入混凝土内部，将氢氧化钙溶解并渗滤出来，溶解作用更为严重。这一过程的连续进行，使孔隙内石灰浓度逐渐降低，并将逐步引起水化硅酸钙、水化铝酸钙等分解，于是水泥石的结构受到破坏，强度不断降低，最后引起整个建筑物的毁坏。

当环境水的水质较硬时，环境水中的重碳酸盐能与水泥石中的Ca（OH）2 起作用，生成几乎不溶于水的CaCO3。其化学反应式为：

生成的碳酸钙积聚在已硬化水泥石的孔隙内，可阻滞外界水的浸人和内部的氢氧化钙向外扩散，所以硬水不会对水泥石产生腐蚀。

2.碳酸性侵蚀

在工业污水、雨水、地下水中，含有一些游离的CO2，当其含量过多时，将对水泥石起破坏作用。这是因为水泥石中的氢氧化钙能与CO2 起化学反应，生成碳酸钙，而碳酸钙会进一步与CO2 反应，生成易溶于水的碳酸氢钙。其化学反应式为：

如果水泥石是在有渗滤的压力水作用下，生成的碳酸氢钙将被水带走，上述反应将永远达不到平衡。氢氧化钙更快地不断流失，使水泥石中石灰浓度逐渐降低，水泥石结构被破坏。环境水中游离的CO2 越多，其侵蚀性能也越强烈；如水温较高，则侵蚀速度加快。

3.一般酸性侵蚀

在工业废水、地下水、沼泽水中常含有无机酸和有机酸。它们对水泥石有不同程度的腐蚀作用。它们与水泥石中的氢氧化钙起中和反应，生成的化合物或者易溶于水，或者体积膨胀，在水泥石中形成孔洞或膨胀压力，使水泥石遭受腐蚀，并且由于氢氧化钙被大量消耗，引起水泥石的碱度降低，促使其他水化物分解，使水泥石进一步腐蚀。腐蚀作用较强的无机酸有盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸，有机酸有醋酸、蚁酸等。

例如，盐酸与水泥石中的氢氧化钙发生反应：

生成的氯化钙易溶于水。

又如硫酸与水泥石中的氢氧化钙发生反应：

生成的二水石膏或直接在水泥石孔隙中结晶产生膨胀，或再与水泥石中的水化铝酸钙作用生成高硫型的水化硫铝酸钙，其破坏作用更大。

4.硫酸盐侵蚀

在海水、地下水及盐沼水等矿物水中，常含有大量的硫酸盐，如硫酸镁（MgSO4）、硫酸钠（Na2SO4）及硫酸钙（CaSO4）等，它们对水泥石有严重的破坏作用。

硫酸盐能与水泥石中的氢氧化钙起反应，生成石膏，石膏在水泥石孔隙中结晶时体积膨胀，使水泥破坏；更严重的是，石膏与硬化水泥石中的水化铝酸钙起作用，生成水化硫铝酸钙。以硫酸钠为例，其化学反应式为：

生成的水化硫铝酸钙（即钙矾石）含有大量的结晶水，其体积增大达到原有水化铝酸钙体积的2.5 倍左右；由于水化硫铝酸钙呈针状结晶，且是在已经硬化的水泥石中产生，具有很大的结晶膨胀破坏作用，故常称为“水泥杆菌”。(www.xing528.com)

5.镁盐侵蚀

在海水及地下水中，含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氯氧化钙发生如下化学反应：

生成的氢氧化镁松软而无胶凝能力，氯化钙易溶于水；生成的二水石膏则会引起硫酸盐腐蚀。因此，硫酸镁对水泥石起着镁盐和硫酸盐双重的腐蚀作用。

6.含碱溶液

一般情况下，水泥混凝土能够抵抗碱类的侵蚀。但如果长期处于较高浓度（＞10%）的含碱溶液中，也会发生缓慢破坏。温度升高时，侵蚀作用会加速。碱溶液侵蚀主要包括化学侵蚀反应和结晶侵蚀两方面作用。

化学侵蚀是碱溶液与硬化水泥浆组分之间发生化学反应，生成胶结力弱、易为碱溶液析出的产物，如：

而结晶侵蚀则是因碱液渗入浆体孔隙，然后蒸发呈结晶析出，产生结晶应力引起的胀裂。又如NaOH 渗入后，再在空气中二氧化碳作用下形成含大量结晶水的碳酸钠，在结晶时也会造成浆体结构胀裂。

除上述六种侵蚀作用外，糖、含大量环烷酸的石油产品等对水泥石也有一定的侵蚀作用。

（二）水泥石腐蚀的基本原因和防治措施

1.引起水泥石腐蚀的根本原因

①水泥石中含有氢氧化钙、水化铝酸钙等不耐腐蚀的水化产物。

②水泥石本身不密实，有很多毛细孔，腐蚀性介质容易通过毛细孔深入到水泥石内部，加速腐蚀的进程或引起盐类的循环结晶腐蚀。

实际的腐蚀往往是一个极为复杂的过程，可能是几种类型的作用同时存在，互相影响。促使腐蚀发展的因素还有较高的温度、较快的水流速、干湿循环等。

2.防止水泥石腐蚀的措施

①根据工程所处的环境特点，选择适宜的水泥品种。硅酸盐水泥的水化产物中氢氧化钙和水化铝酸钙含量都较高，因此耐腐蚀性差。在有腐蚀性介质的环境中应优先考虑采用掺混合材料的硅酸盐水泥或特种水泥。

②提高水泥石的密实程度。水泥石密实度越高，抗渗能力越强，腐蚀介质难以进入。有些工程因为混凝土不够密实，在腐蚀的环境中过早破坏。提高水泥石的密实度，可以有效地延缓各类腐蚀作用。降低水灰比、掺加减水剂、改进施工方法等可提高水泥石的密实程度。

③表面防护处理

在腐蚀作用较强时，可采用表面涂层或表面加保护层的方法。如采用各种防腐涂料、玻璃、陶瓷、塑料、沥青防腐层等。