混凝土化学反应侵蚀的分类
化学反应侵蚀按其破坏性质可分为四大类,如下:
1.溶出性侵蚀
长期与水接触的混凝土建筑物,混凝土中的CaO(石灰)被水溶失,使液相CaO浓度下降,造成水泥水化物分解,称为溶出性侵蚀。CaO溶出可分为两种方式:一种为渗漏,对承受水压的建筑物,环境水经过连通的毛细管道向无压边渗出,将CaO溶解成Ca(OH)2渗出;另一种为扩散,对优质密实混凝土,连通毛细管很少,几乎不渗漏,但在内外浓度差扩散动力作用下,也能使CaO溶解溶出。
2.分解性侵蚀
由于物理或化学作用,造成混凝土介质碱度下降,造成水泥水化物质分解,称为分解性侵蚀。分解性侵蚀又分为酸性侵蚀、碳酸与氢硫酸侵蚀、镁盐与氨盐侵蚀三种。
(1)酸性侵蚀。
混凝土中Ca(OH)2与酸反应转化成盐,Ca(OH)2被分解,反应式为:
Ca(OH)2+H2SO4→Ca2SO4·2H2O
(2)碳酸与氢硫酸侵蚀。
大气中CO2、H2S气体溶于水后转化成碳酸与氢硫酸,混凝土中Ca(OH)2与酸反应转化成盐而流失。
(3)镁盐与氨盐侵蚀。
矿化度较高的环境水中普遍存在Mg2+,而海水中Mg2含量更高,Mg2+与混凝土中Ca(OH)2反应转化成难溶于水的Mg(OH)2.混凝土中的Ca(OH)2被不断分解掉,反应式为:
Ca(OH)2+Mg2+→Mg(OH)2↓+Ca2+
3.盐类侵蚀
环境水中含有盐类物质时,经过物理或化学作用会产生结晶,对混凝土产生很大的膨胀破坏作用,当中以硫酸盐化学侵蚀和因水分蒸发造成盐类结晶的物理侵蚀最为严重。盐类侵蚀又分为硫酸盐侵蚀、盐类结晶侵蚀、苛性碱侵蚀三种。
(1)硫酸盐侵蚀。
水泥中C3A水化物质与硫酸钙反应转化成硫铝酸三钙(称为钙矶石)。由于硫铝酸三钙晶体体积增大(C3A转变成钙矶石体积增大8倍)产生较大膨胀力,造成混凝土开裂破坏。反应式为:
4CaO.Al2O3·19H20+CaSO4+13H20→
3CaO·Al2O3·CaSO4·32H20+Ca(OH)2
除钙矶石外,硫酸盐还与Ca(OH)2反应析出石膏晶体,反应式为:
Ca(OH)2+SO42++2H2O→CaSO4.2H20↓+OH-
由于转变为石膏,其体积增大一倍,因此硫酸盐侵蚀包括钙矶石膨胀与石膏膨胀两种膨胀破坏。
(2)盐类结晶侵蚀。
盐类结晶侵蚀是指混凝土一旦与含盐溶液接触,经过毛细作用,溶液沿毛细管上升至混凝土临空面水分蒸发,溶液达到饱和,在毛细管中析出晶体,在转化温度下,由带水晶体向含结晶水晶体转化,体积显著增加而产生膨胀力,造成混凝土破坏。
盐类结晶侵蚀以Na2SO4最为严重,在32.3℃以上析出无水硫酸钠,在32.3℃下列析出Na2SO4·10H2O(芒硝)。因此在日温差较大地区,白天混凝土表面温度大于32.3℃,析出无水硫酸钠,夜间气温低,在大气湿度条件下,使无水硫酸钠晶体软化成Na2SO4·10H20.而产生膨胀力,造成混凝土破坏。
(3)苛性碱侵蚀。
碱金属与硫酸盐一样,也会对混凝土造成盐类结晶侵蚀,以NaOH为例,不仅NaOH与大气中CO2反应(碳化)转化成Na2CO3.另一方面因水的蒸发,使含有结晶水的Na2CO3·10H2O晶体聚集在混凝土表面的孔隙中,造成盐类结晶侵蚀。
4.有机质侵蚀
(1)油类侵蚀:豆油、花生油、核桃油、牛油、猪油等对混凝土均有较强的侵蚀。
(2)生物侵蚀:生物侵蚀是指菌类、细菌、藻类、苔鲜、幼虫在混凝土表面生长繁殖时,会留下很多斑点及污迹。