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硅酸盐水泥的腐蚀与防止-建筑材料第2版成果

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:3)镁盐的腐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。氢氧化钙浓度的降低还会导致水泥石中其他水泥水化物的分解,使腐蚀作用进一步加剧。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。提高水泥石的密实度,可以有效延缓各类腐蚀作用。

硅酸盐水泥的腐蚀与防止-建筑材料第2版成果

硅酸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。

引起水泥石腐蚀的原因有很多,下面介绍几种典型的腐蚀。

1)软水腐蚀(溶出性侵蚀)

软水是不含或仅含少量钙、镁可溶性盐的水。如雨水、雪水、蒸馏水以及含重碳酸盐很少的河水和湖水等。当水泥石长期与软水接触时,水泥石中的某些水化物按照溶解度的大小依次缓慢地被溶解。在静止的和无压力的水中,水泥石周围的水很快被溶出的Ca(OH)2所饱和,溶出停止,影响的部位仅限于水泥石的表面部位,对水泥石性能基本无不良影响。但在流动水、压力水中,水流不断地将溶出的Ca(OH)2带走,降低周围Ca(OH)2的浓度。水泥石中水化产物都必须在一定的石灰浓度的液相中才能稳定存在,低于此极限石灰浓度时,水化产物将会逐步发生分解。各主要水化产物稳定存在时所必需的极限石灰(CaO)浓度是:氢氧化钙约为1.3g/L,水化硅酸三钙稍大于1.2g/L,水化铁铝酸四钙约为1.06g/L,水化硫铝酸钙约为0.045g/L。

各种水化产物与水作用时,Ca(OH)2由于溶解度最大,首先被溶出。在水量不多或无水压的情况下,由于周围的水被溶出的Ca(OH)2所饱和,溶出作用很快中止。但在大量水或流动水中,Ca(OH)2会不断溶出,特别是当水泥石渗透性较大而又受压力水作用时,水不仅能渗入内部,而且还能产生渗流作用,将Ca(OH)2溶解并摄滤出来,因此不仅减小了水泥石的密实度,影响其强度,而且由于液相中Ca(OH)2的浓度降低,还会使一些高碱性水化产物向低碱性转变或溶解。于是水泥石的结构会相继受到破坏,强度不断降低,裂隙不断扩展,渗漏更加严重,最后可能导致整体破坏。

环境水的水质较硬,环境水中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,可阻滞外界水的浸入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)硫酸盐腐蚀

在一些湖水、海水、沼泽水、地下水以及某些工业污水中,常含钠、钾、铵等的硫酸盐,水泥石将发生硫酸盐腐蚀。以硫酸钠为例,硫酸钠(如10个结晶水的芒硝)与氢氧化钙反应生成二水石膏,即:

然后二水石膏与水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙,即:

生成的高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水,体积增加到1.5倍,由于是在已经硬化的水泥石中发生上述反应,因此对水泥石的破坏作用很大。高硫型水化硫铝酸钙呈针状晶体,俗称“水泥杆菌”。

当水中硫酸盐浓度较高时,硫酸钙会在毛细孔中直接结晶成二水石膏,体积增大,同样会引起水泥石的破坏。

3)镁盐的腐蚀

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腐蚀的作用。

4)碳酸腐蚀

在工业污水和地下水中常溶解有一定量的二氧化碳,它对水泥石的腐蚀作用如下:

首先弱碳酸与水泥石中的氢氧化钙反应生成碳酸钙:

然后再与弱碳酸作用生成碳酸氢钙(这是一个可逆反应):

生成的碳酸氢钙易溶于水。当水中含有较多的碳酸,并超过平衡浓度时,反应向右进行。因此,水泥石中固体的氢氧化钙不断地转变为易溶的重碳酸钙而溶失。氢氧化钙浓度的降低还会导致水泥石中其他水泥水化物的分解,使腐蚀作用进一步加剧。(www.xing528.com)

5)一般酸类腐蚀

工业废水、地下水、沼泽水中常含有无机酸和有机酸,工业窑炉的烟气中常含有二氧化硫,通水后生成亚硫酸。各种酸类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。腐蚀作用较强的无机酸有盐酸氢氟酸硝酸、硫酸,有机酸有醋酸等。

例如,盐酸与水泥石中的氢氧化钙起反应:

生成的氯化钙易溶于水。硫酸与水泥石中的氢氧化钙起反应:

生成的二水石膏能与水泥石中的水化铝酸钙起反应,生成高硫型的水化硫铝酸钙或直接在水泥石孔隙中结晶产生膨胀压力。

6)强碱腐蚀

碱类溶液如果浓度不大时一般认为是无害的,但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱作用后也会破坏。如氢氧化钠可与水泥石中未水化的铝酸钙起反应,生成易溶的铝酸钠:

当水泥石被NaOH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,可使水泥石胀裂。

7)水泥石腐蚀的根本原因和防止措施

(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。

实际的腐蚀往往是一个极为复杂的过程,可能是几种类型作用同时存在,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,腐蚀介质就越难以进入。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。

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