硫酸盐侵蚀课件.ppt

关于硫酸盐侵蚀现在学习的是第1页，共31页 硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容，同时也是影硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容，同时也是影响因素最复杂，危害性最大的一种环境水侵蚀。土壤、地下水响因素最复杂，危害性最大的一种环境水侵蚀。土壤、地下水、海水、腐烂的有机物以及工业废水中都含有硫酸根离子，它、海水、腐烂的有机物以及工业废水中都含有硫酸根离子，它们渗入混凝土内部并与水泥水化物发生反应，产生膨胀、开裂们渗入混凝土内部并与水泥水化物发生反应，产生膨胀、开裂、剥落等现象，从而使混凝土的强度和粘性丧失。近年来，在、剥落等现象，从而使混凝土的强度和粘性丧失。近年来，在公路、海港以及机场等工程中都发现硫酸盐侵蚀的问题，严重公路、海港以及机场等工程中都发现硫酸盐侵蚀的问题，严重的甚至导致混凝土构筑物结构的破坏，使建筑物在没有达到其的甚至导致混凝土构筑物结构的破坏，使建筑物在没有达到其预期的设计使用寿命就过早的发生破坏，造成人力的财力的极预期的设计使用寿命就过早的发生破坏，造成人力的财力的极大浪费。因此混凝土硫酸盐侵蚀问题越来越受到广大科研工作大浪费。因此混凝土硫酸盐侵蚀问题越来越受到广大科研工作者和工程技术人员的普遍重视。者和工程技术人员的普遍重视。现在学习的是第2页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理硅酸盐水泥水化过程:硅酸二钙C2S硅酸三钙C3S铝酸三钙C3A铁铝酸四钙C4AF3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)23CaOAl2O36H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)23CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 水泥熟料水泥熟料H20 3CaOAl2O36H2O+Ca4SO46H2O(石膏)+H2O3CaOAl2O33CaSO46H2O现在学习的是第3页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理水化硅酸钙和水化铁酸钙几乎不溶于水，以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成凝胶凝胶氢氧化钙在溶液浓度达到饱和后，以立方体晶体析出水化硫铝酸钙沉积在未水化的水泥颗粒表面，形成保护膜，阻止水化，延缓水泥凝结时间成分成分水化硅酸钙水化硅酸钙 C-S-H氢氧化钙氢氧化钙水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙比率比率%505025257 7现在学习的是第4页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理混凝土硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物理化学过程，机理十分复杂。其实质是:(1)环境中的SO42-进入混凝土内部，与水泥的某些固相成分发生化学反应生成一些难溶的盐类矿物，盐类矿物吸收大量水分子产生体积膨胀，造成混凝土开裂。(2)另一方面也可使硬化水泥石中CH和C-S-H等组分溶出或分解，导致混凝土强度和粘结性能损失S24现在学习的是第5页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理混凝土受硫酸盐侵蚀的破坏特征1 1、表面发白、表面发白2 2、损伤通常在棱角处开始，接着裂缝开展并剥落、损伤通常在棱角处开始，接着裂缝开展并剥落现在学习的是第6页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理现在学习的是第7页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理现在学习的是第8页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理2、石膏结晶型3、MgSO4溶蚀结晶型5、碳硫钙矾石结晶型1、钙矾石结晶5、碳硫钙矾石结晶型4、碱金属硫酸盐结晶型2、石膏结晶型3、MgSO4溶蚀结晶型1、钙矾石结晶5、碳硫钙矾石结晶型4、碱金属硫酸盐结晶型2、石膏结晶型3、MgSO4溶蚀结晶型1、钙矾石结晶现在学习的是第9页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理NaSO4+Ca(OH)2CaSO4+3CaOAl2O36H2O钙矾石钙矾石1 1、钙矾石结晶型、钙矾石结晶型Na2SO4H2O+Ca(OH)2=CaSO4H2O+2NaOH+8H2O3(CaSO42H2O)+4CaOAl2O312H2O+14H2O=3CaOAl2O33CaSO432H2O+Ca(OH)2现在学习的是第10页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理水化硅酸铝钙矾石2.5现在学习的是第11页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理产生破坏原因1、钙矾石使固相体积增大2、矿物形态是针状晶体，在固相表面以放射状向四方生长，互相挤压产生极大的内应力，致使混凝土结构破坏破坏形态：混凝土试件表面出现少数较粗大的裂缝现在学习的是第12页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理2 2、石膏结晶型石膏结晶型当侵蚀溶液中当侵蚀溶液中SO42-的浓度大于的浓度大于1000毫克毫克/升时，若水泥石的毛细孔为饱和石灰溶液所填升时，若水泥石的毛细孔为饱和石灰溶液所填充，不仅会有钙矾石生成，还会有石膏结晶析出。其离子反应式为：充，不仅会有钙矾石生成，还会有石膏结晶析出。其离子反应式为：在水泥石内部形成二水石膏体积增大1.24倍，使水泥因应力过大而破坏Ca(OH)2+Na2SO4Ca2+SO42-+Na+OH-Ca2+SO42-+2H2OCaSO4 H2O现在学习的是第13页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理SO42-浓度（毫克浓度（毫克/升升）非常高相当大1000只有钙矾石生成只有钙矾石生成石膏结晶侵蚀起石膏结晶侵蚀起从属作用从属作用石膏结晶侵蚀石膏结晶侵蚀起主导作用起主导作用根据浓度积规则，只有当根据浓度积规则，只有当SO42-和和Ca2+浓度大于等浓度大于等于于CaSO4 浓度时才有石膏结晶析出。浓度时才有石膏结晶析出。显然显然SO42-浓度和毛细孔中石灰溶液浓度具有重要浓度和毛细孔中石灰溶液浓度具有重要意义。意义。现在学习的是第14页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理产生破坏原因：在水泥石内部形成二水石膏体积增大1.24 倍，使水泥因应力过大而破坏 破坏形态：事件没有粗大裂纹但遍体遗散。现在学习的是第15页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理3 3、MgSOMgSO4 4溶蚀溶蚀结晶型结晶型在所有硫酸盐类型中，MgSO4侵蚀是对混凝土侵蚀破坏形最大的一种。MgSO4+Ca(OH)2+2H2OCaS042H2O+Mg(OH)2CSH+MgSO4+5H2OMg(OH)2+CaSO42H2O+2H2SiO4MSH+CaSO4 2H2O4CaOAl2O313H2O+3MgSO4+2Ca(OH)23CaOAl2O33CaSO432H2O+3Mg(OH)2现在学习的是第16页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理破坏原因：1、反应生成的钙矾石和石膏会引起混凝土体积膨胀，产生内应力。2、C-S-H分解产生M-S-H，M-S-H粘结性差，强度低，导致混凝土强 度和粘结性降低。破坏特征：严重时混凝土会变成完全没有胶结性能的糊状物，其微观结构通常是在混凝土表面形成双层结构现在学习的是第17页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理4 4、碱金属硫酸盐结晶型、碱金属硫酸盐结晶型以硫酸钠为例，当混凝土孔隙中硫酸钠浓度足够高时，则发生下列反应以硫酸钠为例，当混凝土孔隙中硫酸钠浓度足够高时，则发生下列反应Na2SO4+10H2ONa2SO410H2O现在学习的是第18页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理破坏原因：1、析出带有结晶水的盐类，产生极大结晶压力，造成混凝土破碎或分裂2、特别是在结构物一部分浸入盐液中，另一部分暴露在干燥空气中，盐液在毛细血管抽吸作用下上升至液相线以上蒸发，致使盐液浓缩，很容易引起混凝土强烈破坏。现在学习的是第19页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理5 5、碳硫硅钙石结晶型、碳硫硅钙石结晶型化学式：CaCO3CaSiO3CaSO415H2O结构式：Ca6Si(OH)624H2O(SO4)2(CO3)2由水泥水化物中C-S-H直接反应生成由硅钙石逐渐转化而成形成途径现在学习的是第20页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理5、1 由由C-S-H直接反应生成：直接反应生成：混凝土水泥中水化物有C-S-H和Ca(OH)2；生产水泥时需加入一定量石膏CaSO4，并在硫酸盐环境下，水泥中的Ca2+可能和环境水中的SO42-反应生成CaSO4;当水泥中的水化产物Ca(OH)2与潮湿空气接触生成CaCO3，或在水泥中加入一定石灰石填料。这些条件加上充足的水会发生如下反应：Ca3Si2O73H20+2CaSO42H2O+2CaCO3+24H2OCa6Si2(OH)624H2O(SO4)2(CO3)2+Ca(OH)2Ca(OH)2+CO2+nH2OCaCO3+(n+1)H2O现在学习的是第21页，共31页一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理5、2由硅钙石逐渐转化而成由硅钙石逐渐转化而成水泥水化产物水化铝酸钙与石膏反应生成的钙矾石3CaOAl2O33CaSO432H2O通常被CSH凝胶所包裹。当有CaCO3存在时，CSH中的Si4+取代钙矾石中的Al3+先形成硅钙矾石CaCO3CaSiO3CaSO415H2O，在适当的条件下，Si4+取代Al3+的量逐渐增多，直至最终钙矾石中的Al3+全部被CSH中的Si4+取代，形成碳硫硅钙石针状晶体。现在学习的是第22页，共31页破坏原因：反应导致CSH的分解和强度的降低，使混凝土凝结力降低。破坏特征：没有明显的体积膨胀现象，在腐蚀的混凝土的孔隙和裂缝中充满白色烂泥状腐蚀产物一、混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理现在学习的是第23页，共31页二、混凝土硫酸盐侵蚀影响因素内因内因外因外因水泥品种混凝土密实性和配合比侵蚀溶液硫酸根离子浓度侵蚀溶液硫酸根和镁离子共存侵蚀溶液硫酸根和氯离子共存侵蚀溶液PH值现在学习的是第24页，共31页二、混凝土硫酸盐侵蚀影响因素1 1、内因、内因1.1、水泥品种、水泥品种混凝土抗硫酸盐侵蚀能力在很大程度上取决于水泥熟料的矿物组成及其相对含量尤其是C3A和C3S的含量混凝土破坏C3AC3S氢氧化钙水化铝酸钙石膏结晶钙矾石结晶现在学习的是第25页，共31页二、混凝土硫酸盐侵蚀影响因素1.2、混凝土密实性和配合比、混凝土密实性和配合比混凝土密实性越高，即孔隙率越小，那么侵蚀溶液就越难渗入混凝土的内部。另外，混凝土的密实性越高，也会使混凝土强度提高，因此合理设计配合比显得更加重要。现在学习的是第26页，共31页二、混凝土硫酸盐侵蚀影响因素2 2、外因、外因2.1、侵蚀溶液中、侵蚀溶液中SO42-的浓度的浓度SO42-浓度400ppm时，对混凝土不构成显著破坏 4001200ppm时，为微弱性破坏 12002000ppm时，为中等程度破坏 20005000ppm时为极强烈破坏现在学习的是第27页，共31页二、混凝土硫酸盐侵蚀影响因素2.2、侵蚀溶液中、侵蚀溶液中SO42-和和Mg2+共存共存如果侵蚀溶液中只有Mg2+而没有SO42将会发生镁盐侵蚀Mg2+Ca(OH)2=Ca2+Mg(OH)2Mg(OH)2溶解度很小，它是无胶结能力的松散物，且强度不高，它会淤塞毛细孔，阻止侵蚀液向混凝土内部扩散，使镁盐侵蚀停止。若共存时，会发生MgSOMgSO4 4溶蚀溶蚀结晶型破坏结晶型破坏现在学习的是第28页，共31页二、混凝土硫酸盐侵蚀影响因素2.3、侵蚀溶液中、侵蚀溶液中SO42+和和Cl-共存共存当侵蚀溶液中SO42+和Cl-共存时，Cl-的存在显著缓解硫酸盐侵蚀破坏的程度和速度，这就是由于Cl-的渗透速度大于SO42+，对于表面的混凝土，水泥石中的水化铝酸钙先于SO42+反应生成钙矾石，当耗尽后才与Cl-反应。而对于内部的混凝土，由于Cl-的渗透速度大于SO42+，因此Cl-先行渗入并与OH-置换反应方程式为：Ca(OH)2+2Cl-=CaCl2+2OH-当Cl-浓度相当高时，Cl-还可以与水化铝酸钙反应生成三氯铝酸钙。由于水化铝酸钙的减少，使钙矾石结晶数量减少，从而减轻硫酸盐侵蚀破坏程度现在学习的是第29页，共31页二、混凝土硫酸盐侵蚀影响因素2.4、侵蚀溶液的、侵蚀溶液的PH值值12.51211.610.68.8PH值值钙矾石结晶析出钙矾石结晶析出石膏结晶析出石膏结晶析出钙矾石开始分解钙矾石开始分解即使掺超塑化剂和活性混即使掺超塑化剂和活性混合材料的混凝土也难免遭合材料的混凝土也难免遭受侵蚀受侵蚀现在学习的是第30页，共31页9/7/2022感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第31页，共31页