2016年一级结构:水泥(8)

7.抗蚀性

对于水泥石耐久性有害的环境介质主要为:淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。

(1)淡水

硅酸盐水泥属于水硬性胶凝材料,理应有足够的抗水能力。但是硬化浆体如不断受 淡水的浸析时,其中一些组成如Ca(OH)₂等将按照溶解度的大小,依次逐渐被水溶解，产生溶出性侵蚀,最终会导致破坏。

在各种水化产物中, Ca(OH)₂的溶解度最大( 20t约为1.2gCaO/L) ,所以首先被溶解。如水量不多,水中的Ca(OH)₂的浓度很快就达到饱和程度,溶出也就停止。但在流动水中，特别在有水压作用且混凝土的渗透性又较大的情况下,水流就不断将Ca(OH)₂溶出并带走,不仅增加了孔隙率,使水更易渗透,而且由于液相中Ca(OH)₂浓度降低,还会使其他水化产物发生分解。

泥的水化产物都必须在一定浓度的CaO液相中才能稳定存在,各主要水化产物的CaO极限浓度如下:

2CaO·SiO₂·aq       接近Ca(OH)₂饱和浓度

3CaO·Si O₂·aq       接近Ca(OH)₂饱和浓度

CaO·Si O₂·aq        0.031 ~0.52gCaO/L

4CaO·Al₂O₃·12HzO     1.06~ 1. 08gCaOIL

3CaO·Al₂O₃ ·6HzO       0.415~0. 56gCaOIL

4CaO·Fe₂O₃·aq           1.06 gCaO/L

3CaO·Al₂O₃·3Ca(SO)₄.32HzO 0.045g   CaOIL

可见随着CaO的溶出,首先是Ca(OH)z晶体被溶解,其次高碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐分解而成为低碱性的水化产物。如果不断浸析,最后会变成硅酸盐凝胶、氢氧化铝等无胶结能力的产物。

对于抗渗性良好的混凝土、水泥浆体、淡水溶出过程一般发展很慢,几乎可以忽略不计。

（2)酸与酸性水

当水中溶有一些无机酸或有机酸时,硬化水泥浆体就受到溶析和化学溶解双重作用,浆体组成被转变为易溶盐类,侵蚀明显加速,酸类离解出来的H+和酸根R^一,分别与浆体所含Ca(OH)₂、OH-和Ca^z+组合生成水和钙盐:

H⁺ +OH^－ =HzO

Ca^z++2R^－＝CaR₂

所以.酸'性水侵蚀作用的强弱,决定于水中氢离子浓度。如果pH值小于6,硬化浆体就能受到侵蚀。pH值越小,H^－离子越多,侵蚀就越强烈,当H⁺离子达到足够浓度时，还能直接与水化硅酸钙、水化铝酸钙甚至未水化的硅酸钙、铝酸钙等起作用,使浆体结构遭到严重破坏。

上述的无机酸与有机酸很多是在化工厂或工业废水中遇到的。化工防腐已是一个重要的专业课题,而自然界中对水泥有侵蚀作用的酸类并不多见。不过,在多数的天然水中多少总存在碳酸,大气中的COz溶于水中能使其具有明显的酸性(pH＝5.72),再加上生物化学作用所形成的COz,常会产生碳酸侵蚀。

碳酸与水泥混凝土相遇时,首先与Ca(OH)z作用,生成不溶于水的碳酸钙。但是水中的碳酸还要进一步与碳酸钙作用,生成易溶于水的碳酸氢钙:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O= Ca(HCO₃)₂

使氢氧化钙不断溶失,从而引起水泥石的解体。

（3）硫酸盐

绝大部分硫酸盐对水泥浆体都有显著的侵蚀作用,只有硫酸钡除外。在一般的河水和湖水中，硫酸盐含量不多,但海水中SO₄^2－离子的含量常达8500mgIL ~ 2700mgIL。

硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与浆体所含的氢氧化钙作用生成硫酸钙,再和水化铝酸钙反应生成钙钒石,从而使固相体积增加很多,分别为124%和94% ,产生相、Il 晶压力,造成膨胀开裂以至毁坏。以硫酸纳为例,

其作用如下式:（见教材）

在海水和地下水中常含有大量的硫酸镁, Mg²⁺离子还会进入水化硅酸钙凝胶,使其胶结性能变差。而且反应生成的氢氧化镁饱和溶液其pH值低,会导致水化产物不稳定而离解。因此硫酸镁溶液除产生硫酸盐侵蚀外,还有Mg²⁺离子严重危害,常称为"侵蚀"。

(4)含碱溶液

一般情况下,水泥混凝土能够抵抗碱类的侵蚀。但如果长期处于较高浓度( >10％)的含碱溶液中,也会发生缓慢的破坏。温度升高时,侵蚀作用会加速。碱溶液侵蚀主要包括化学侵蚀反应和结晶侵蚀两方面作用。

化学侵蚀是碱溶液与硬化水泥浆组分之间产生化学反应,生成胶结力弱、易为碱溶液析出的产物,如:

而结晶侵蚀则是因碱液渗入浆体孔隙,然后蒸发呈结晶析出,产生结晶应力引起胀裂。又如NaOH渗入后,再在空气中二氧化碳作用下形成含大量结晶水的破 (Na₂CO₃·10H₂O),在结晶时也会造成浆体结构胀裂。

例：

1体积安定性不合格的水泥,应该(B)。

(A)降级使用; (B)视为废品;

(C)应用于非结构部位; (D)与合格水泥混合使用。

2国家标准规定,硅酸盐水泥的初凝时间不得(A)。

(A)早于45分钟; (B)迟于45分钟;

(C)早于12小时; (D)迟于12小时。

3细度是影响水泥性能的重要物理指标,以下各项中(C)不正确。

(A)颗粒越细,水泥早期强度越高;

(B)颗粒越细,水泥凝结硬化速度越快;

(C)颗粒越细,水泥越不易受潮;

(D)颗粒越细,水泥成本越高。