鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)硫酸鹽化學(xué)侵蝕破壞機理研究

戰(zhàn)美秋 齊 檸 李 梅

1吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院（130118） 2長春工程學(xué)院建筑與設(shè)計學(xué)院（130021）

混凝土的破壞程度與環(huán)境中硫酸鹽的含量、水分流動、水泥種類、混凝土性能及溶液在混凝土中的傳輸機理等因素有關(guān)。隨著硫酸鹽的侵蝕，硬化水泥不斷分解和失去強度，這對我國部分地區(qū)尤其是沿水沿湖地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施造成了巨大的硫酸鹽侵蝕風(fēng)險，尤其對隧道、建筑地基、護坡及地下管廊工程等造成較大的危害。實驗室研究中使用的侵蝕性環(huán)境和測試方法并非基于對實際損害工程的分析，甚至高度任意和主觀，從而導(dǎo)致許多不切實際情況和矛盾的結(jié)果和理論分析。

1 混凝土硫酸鹽侵蝕的實驗室研究

混凝土硫酸鹽侵蝕是指水泥水合產(chǎn)物與外部硫酸鹽環(huán)境、內(nèi)部混凝土中的硫酸鹽之間一系列復(fù)雜且相交的物理化學(xué)過程?；炷恋牧蛩猁}侵蝕是一個長期過程，不可能完全在侵蝕現(xiàn)場進行試驗研究。為加速測試過程，實驗室通常采用較嚴(yán)格的測試條件，如高濃度的硫酸鹽溶液，徹底改變干燥和澆水周期，使用中性硫酸鹽溶液（pH值為7）研究。但事實上，加速的實驗室研究未能在實際工程中正確反映硫酸鹽侵蝕惡化過程的實際過程[1]。

2 混凝土硫酸鹽侵蝕的機理

水泥水合產(chǎn)物主要是水合硅酸鈣（C·S·H）、氫氧化鈣（CH）、水合鋁鈣（C·A·H）、鈣礬石（AFT）和一硫化氫水合硫酸鋁鈣（AFT），其中的三種水合產(chǎn)物不能在硫酸鹽環(huán)境中穩(wěn)定存在，并且會發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生化學(xué)侵蝕產(chǎn)物：

主要的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物是：石膏、鈣礬石、硫鋁石、氫氧化鎂和硅膠。石膏和鈣礬石是硫酸鹽侵蝕中最常見的兩種化學(xué)侵蝕產(chǎn)物，氫氧化鎂和硅膠是硫酸鎂腐蝕的產(chǎn)物[2]。氫氧化鈣產(chǎn)生石膏的化學(xué)反應(yīng)如下：

外部侵蝕環(huán)境中的pH值和硫酸鹽濃度，尤其是pH值，在混凝土硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物和侵蝕機理中起著重要作用。表1列出了侵蝕環(huán)境濃度和形成石膏、鈣礬石和亞硫酸氫鹽的pH值的邊界條件。

表1 侵蝕環(huán)境濃度和形成石膏、鈣礬石和亞硫酸氫鹽的pH值的邊界條件

3 不同硫酸鹽對混凝土侵蝕的影響

水泥水合產(chǎn)物相比，通過硫酸鎂與水泥水合產(chǎn)物之間的反應(yīng)，還生成了氫氧化鎂MSH （3MgO·2SiO2·2H2O）和、無定形二氧化硅（SiO2·2H2O）、石膏和鈣礬石。氫氧化鎂是一種微溶堿，其產(chǎn)生會降低溶液中OH的含量，從而降低整個溶液的pH值，進一步導(dǎo)致嚴(yán)重的脫鈣反應(yīng)，使CSH凝膠分解[3]。除了鈣礬石和石膏的反應(yīng)外，其他主要反應(yīng)還包括：

4 結(jié)論

文章對所提出的混凝土硫酸鹽侵蝕進行了邏輯分析，并探討了實驗室研究與工程實例的對應(yīng)關(guān)系，最后提出了相應(yīng)的侵蝕機理。