[發明專利]一種水環境下混凝土自溶化學抗硫酸鹽腐蝕系統

在審

• 申請號: 201610005026.4
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105645848A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 蔣正武;朱旭晶;趙楠;李文婷;閆治國;朱合華
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B20/12
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明涉及混凝土工程領域，特別涉及一種水環境下混凝土自溶化學抗硫酸鹽 腐蝕系統。

背景技術

混凝土硫酸鹽侵蝕是危害性較大的一種侵蝕性介質破壞，也是影響混凝土耐久 性的重要因素之一，同時還是影響因素最復雜、危害性最大的一種環境水侵蝕。在 沿海和內陸鹽湖地區，尤其是在含酸性地下水以及含高鉆土土壤地區等環境中大多 含有硫酸鹽，混凝土組分本身也有可能帶有硫酸鹽，它們在各種條件下對混凝土產 生侵蝕作用，使混凝土產生膨脹、開裂、剝落等現象，并喪失強度和粘性，甚至使 其發生破壞。近年來，我國在公路、橋梁、水電等工程以及建筑物基礎中均發現混 凝土結構物受硫酸鹽侵蝕的問題，嚴重的甚至導致混凝土結構物的破壞。因此，混 凝土硫酸鹽侵蝕問題越來越受到人們的普遍關注。

當混凝土結構因疲勞荷載或其他原因出現裂縫時，地下水中大量的硫酸根離 子，在一定的滲透系數Kp和擴散系數Kd下，通過原有孔隙或因荷載產生的裂縫 進入混凝土內，通過溶解—結晶反應使石膏首先結晶，但并不產生膨脹。石膏比 氫氧化鈣更易溶解，它和水泥水化物反應產生硫鋁酸鹽結晶如鈣礬石，從而使腐蝕 進一步加深，內部出現微開裂，這又使得硫酸根離子滲透得更快。當孔溶液中硫 酸根離子過低時，鈣礬石可能會溶解再結晶，在空隙或者裂縫中形成大晶體。鈣 礬石和石膏等產物的溶解度都很小，而且結合了大量的結晶水，在上述反應前后 固相體積可增加2倍以上，從而在混凝土中產生極大的膨脹應力，使結構開裂破壞。 這其中，水泥石的堿度也在不斷降低，從而引起水化凝膠體的脫鈣分解，導致混凝 土結構逐漸失效。

鈣礬石膨脹破壞：SO₄^2-與水泥石中的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣反應生成三硫型 水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)，以Na₂SO₄為例，其反應方程式為：

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

3(CaSO₄·2H₂O)+4CaO·Al₂O₃·12H₂O+14H₂O＝

3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O+Ca(OH)₂

石膏膨脹破壞：如果硫酸鹽濃度較高時，則不僅生成鈣礬石，而且還會有石膏 結晶析出。其離子反應方程為：

Ca(OH)₂+Na₂SO₄→Ca²⁺+SO₄^2-+Na⁺+OH^-，

Ca²⁺+SO₄^2-+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

混凝土抗硫酸鹽侵蝕主要包括以下幾種方法：

(1)降低水泥熟料中C₃A與C₃S含量：水泥石中，水化產物3CaO·Al₂O₃·6H₂O 占首位，其次是Ca(OH)₂，兩者的含量由硅酸鹽水泥熟料中的硅酸三鈣C₃S和鋁酸 三鈣C₃A決定，因此控制水泥熟料中的C₃A與C₃S有助于提高混凝土的抗硫酸鹽 腐蝕能力。

(2)摻優質礦物摻合料：在混凝土中摻入優質的礦物摻和料(如粉煤灰，，礦 渣微粉，硅灰等)取代部分水泥，一方面減小C₃A與C₃S含量，另一方面將與Ca(OH)₂發生反應產生C-S-H凝膠，混凝土強度提高，結構改變，阻止SO₄^2-的腐蝕。