[发明专利]一种水环境下混凝土自溶化学抗硫酸盐腐蚀系统

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土工程领域，特别涉及一种水环境下混凝土自溶化学抗硫酸盐 腐蚀系统。

背景技术

混凝土硫酸盐侵蚀是危害性较大的一种侵蚀性介质破坏，也是影响混凝土耐久 性的重要因素之一，同时还是影响因素最复杂、危害性最大的一种环境水侵蚀。在 沿海和内陆盐湖地区，尤其是在含酸性地下水以及含高钻土土壤地区等环境中大多 含有硫酸盐，混凝土组分本身也有可能带有硫酸盐，它们在各种条件下对混凝土产 生侵蚀作用，使混凝土产生膨胀、开裂、剥落等现象，并丧失强度和粘性，甚至使 其发生破坏。近年来，我国在公路、桥梁、水电等工程以及建筑物基础中均发现混 凝土结构物受硫酸盐侵蚀的问题，严重的甚至导致混凝土结构物的破坏。因此，混 凝土硫酸盐侵蚀问题越来越受到人们的普遍关注。

当混凝土结构因疲劳荷载或其他原因出现裂缝时，地下水中大量的硫酸根离 子，在一定的渗透系数Kp和扩散系数Kd下，通过原有孔隙或因荷载产生的裂缝 进入混凝土内，通过溶解—结晶反应使石膏首先结晶，但并不产生膨胀。石膏比 氢氧化钙更易溶解，它和水泥水化物反应产生硫铝酸盐结晶如钙矾石，从而使腐蚀 进一步加深，内部出现微开裂，这又使得硫酸根离子渗透得更快。当孔溶液中硫 酸根离子过低时，钙矾石可能会溶解再结晶，在空隙或者裂缝中形成大晶体。钙 矾石和石膏等产物的溶解度都很小，而且结合了大量的结晶水，在上述反应前后 固相体积可增加2倍以上，从而在混凝土中产生极大的膨胀应力，使结构开裂破坏。 这其中，水泥石的碱度也在不断降低，从而引起水化凝胶体的脱钙分解，导致混凝 土结构逐渐失效。

钙矾石膨胀破坏：SO₄^2-与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成三硫型 水化硫铝酸钙(钙矾石)，以Na₂SO₄为例，其反应方程式为：

Na₂SO₄·10H₂O+Ca(OH)₂＝CaSO₄·2H₂O+2NaOH+8H₂O，

3(CaSO₄·2H₂O)+4CaO·Al₂O₃·12H₂O+14H₂O＝

3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O+Ca(OH)₂

石膏膨胀破坏：如果硫酸盐浓度较高时，则不仅生成钙矾石，而且还会有石膏 结晶析出。其离子反应方程为：

Ca(OH)₂+Na₂SO₄→Ca²⁺+SO₄^2-+Na⁺+OH^-，

Ca²⁺+SO₄^2-+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

混凝土抗硫酸盐侵蚀主要包括以下几种方法：

(1)降低水泥熟料中C₃A与C₃S含量：水泥石中，水化产物3CaO·Al₂O₃·6H₂O 占首位，其次是Ca(OH)₂，两者的含量由硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙C₃S和铝酸 三钙C₃A决定，因此控制水泥熟料中的C₃A与C₃S有助于提高混凝土的抗硫酸盐 腐蚀能力。

(2)掺优质矿物掺合料：在混凝土中掺入优质的矿物掺和料(如粉煤灰，，矿 渣微粉，硅灰等)取代部分水泥，一方面减小C₃A与C₃S含量，另一方面将与Ca(OH)₂发生反应产生C-S-H凝胶，混凝土强度提高，结构改变，阻止SO₄^2-的腐蚀。