水泥石的腐蚀与防止-《土木工程材料》成果

2023-09-01 理论教育版权反馈

【摘要】：但在腐蚀性液体或气体的长期作用下，水泥石仍会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显下降，甚至完全破坏。硬化的水泥石中含有20%的氢氧化钙晶体，具有溶解性。在静水及无水压的水中，由于周围的水被Ca2饱和，使水泥石的溶出逐渐停止，在此情况下，软水侵蚀作用仅限于表面，影响不大。硫酸盐类能与水泥石中的氢氧化钙起作用，生成CaSO4·2H2O。因此，镁盐对水泥石起着镁盐和硫酸盐的双重侵蚀作用。

硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在一般使用条件下是能够抵抗多种介质侵蚀的。但在腐蚀性液体或气体的长期作用下，水泥石仍会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显下降，甚至完全破坏。

1.水泥石腐蚀的种类

（1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）

硅酸盐水泥作为水硬性胶凝材料的代表，有足够抵抗腐蚀的能力。但是受到含重碳酸盐甚少的软水作用后水泥石会被腐蚀，如工业冷凝水、蒸馏水、天然的雨水、雪水及相当多的河水、江水、湖泊水等都属于软水。

硬化的水泥石中含有20%的氢氧化钙晶体，具有溶解性。如果水泥石长期处于流动的软水环境下，其中的氢氧化钙将逐渐溶出并被水流带走，并促使其他水化产物发生分解，所以软水侵蚀也称为溶出性侵蚀，会使水泥石出现孔洞，降低水泥石的密实度及其他性能。

在静水及无水压的水中，由于周围的水被Ca（OH）2饱和，使水泥石的溶出逐渐停止，在此情况下，软水侵蚀作用仅限于表面，影响不大。但是在流水或有水压的水中，溶出Ca（OH）2不断被水冲走，则侵蚀作用不断深入内部，使水泥石孔隙增大，强度下降，以致全部溃裂。

当环境水中含有一定量重碳酸盐，即水的硬度较高时，重碳酸盐能与水泥石中的Ca（OH）2进行化学反应，形成不溶于水的CaCO3、MgCO3，生成物可积聚在水泥石的孔隙中，形成致密的保护层，阻止外界水的侵入和内部氢氧化钙的扩散析出。因此，对需与软水接触的混凝土，应事先在其表面形成一层CaCO3、MgCO3外壳，可对溶出性侵蚀起到一定的防护作用。

（2）一般酸的腐蚀

某些地下水或工业废水中常含有游离的酸类。这些酸类能与水泥石中的氢氧化钙起作用，生成化合物可能易溶于水，或可能在水泥石孔隙内形成结晶，体积膨胀，产生破坏作用。腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋、蚁酸和乳酸等。

（3）碳酸的腐蚀

工业污水、地下水、雨水中常溶解有较多的CO2，水中的CO2与水泥石中的Ca（OH）2会发生反应

当水中CO2浓度较低时，CaCO3积聚在水泥石的表面，形成密实的保护层使腐蚀停止；当浓度较高时，CO2会与CaCO3在水中继续反应，生成易溶于水的Ca（HCO3）2，使水泥石腐蚀，其反应如下：

（4）盐类的腐蚀

在海水、湖水、地下水及工业污水中，常不同程度地含有一些盐类，它们对水泥石都有不同程度的腐蚀作用，比较严重的是镁盐和硫酸盐。

①硫酸盐腐蚀

在海水、地下水及盐沼水等矿物水中，常含有大量的硫酸盐类，如硫酸镁、硫酸钠及硫酸钙等，对水泥均有严重的破坏作用，硫酸盐腐蚀实质上是膨胀性化学腐蚀。当水泥石受到侵蚀性介质作用后生成新的化合物，由于新生成物的体积膨胀而使水泥石破坏的现象。

硫酸盐类能与水泥石中的氢氧化钙起作用，生成CaSO4·2H2O。硫酸钙在水泥石孔隙中结晶时体积膨胀，使水泥石破坏，更严重的是，硫酸钙与水泥石中的固态水化铝酸钙作用将生成高硫型水化硫铝酸钙，体积增大1.5倍左右，由于生成的高硫型水化硫铝酸钙属于针状晶体，其危害作用很大，所以被称之为“水泥杆菌”，其反应如下：

②镁盐侵蚀

在海水及地下水中含有的镁盐，将与水泥石中的氢氧化钙发生复分解反应

生成的氢氧化镁松软、无胶结能力，氯化钙易溶于水，二水石膏还可能引起硫酸盐侵蚀作用。因此，镁盐对水泥石起着镁盐和硫酸盐的双重侵蚀作用。

（5）强碱的腐蚀

碱类溶液如果浓度不高时一般无害。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠）作用后也会被腐蚀破坏。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，引起侵蚀，其反应如下：

另外，当水泥石被氢氧化钠溶液浸透后，又在空气中干燥，会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，可使水泥石胀裂。

2.造成腐蚀的原因

由上述水泥石腐蚀的类型可以归纳出引起腐蚀的主要原因是：

①水泥石中存在着易受腐蚀的成分，如Ca（OH）2和C3AH6；

②水泥石的结构本身不密实而使侵蚀性介质易于进入其内部；

③水泥石周围有以液相形式存在的侵蚀性介质，有适宜的环境温度、湿度、介质浓度等。

3.防止水泥石腐蚀的措施