混凝土硫酸盐侵蚀破坏机理与预防措施.pdf
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1、1 2 2 低温建筑技术 2 0 1 0年第 9 期( 总第 1 4 7 期) 混凝土硫酸盐侵蚀破坏机理与预 防措施 曾京生 , 郑俊 , 费成欣 ( 中交集团第一公路工程局有限公 司 。 北京1 0 0 0 2 4 ) 【 摘要】 根据腐蚀产物将水泥混凝土硫酸盐侵蚀分为钙矾石型和碳硫硅酸钙型两大类, 分析了不同类型 硫酸盐侵蚀的发生条件、 化学反应机理和混凝土外观破坏特征, 并从原材料选择、 配合比设计等方面提出不同类 型硫酸盐侵蚀破坏的预防措施, 从而为实际混凝土工程硫酸盐侵蚀破坏原因分析和耐久性设计提供参考。 【 关键词】 硫酸盐侵蚀 ; 腐蚀产物; 破坏机理; 预防措施 【 中图分类号
2、】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 90 1 2 2 0 3 硫酸盐侵蚀是指硬化水泥石 中的水化产物与来 自环境 中或混凝土 自身的硫酸 盐发 生物理 、 化 学反应 而引起 的混凝 土结构 劣化 、 破坏 现象 的总称 。除 了 硫酸钡外, 绝大多数硫酸盐都对水泥混凝土产生侵蚀 作用 。通常 , 海水 、 地下水 中含 有大量 的硫酸 盐 , 风化 的土壤中F e S等氧化形成了硫酸盐 , 硫酸胺化肥生产 的排污 、 多施肥土壤 中的雨水 、 高硫燃料燃烧后 的灰尘 和气体等都会成为混凝 土受 侵蚀破
3、坏的硫 酸盐来 源 , 因而硫酸盐侵 蚀是 一 种 比较 普遍 的混凝 土耐 久性 破 坏形式 。我 国是混凝 土硫酸盐 侵蚀 的 多发地 区, 沿 海 地区、 西北地区、 西南地区的混凝土建筑物均存在硫酸 盐侵蚀而引起破坏的工程实例 。我国的北部、 西部 地 区如松嫩平原 、 吉林 、 甘肃、 青海 、 四川等地 都存在硫 酸盐 富含 区 , 因此研究混 凝土硫酸盐 侵蚀对我 国基础 建设具有重要意义 。众所 周知 , 硫酸盐 侵蚀对 混凝土 的破坏主要表现为膨胀、 开裂、 剥落直至解体, 因而它 对结构 的破坏性较 大 ; 混凝 土硫酸盐侵蚀 除了与外界 硫酸盐种类 和浓度 有关 , 还与
4、其它离子 的存 在和气候 条件 有 关 , 除 了钙 矾 石 ( 3 C a O A 1 O 3 C a S O 3 2 H O ) 之外 , 混凝 土受硫酸盐侵蚀还可能形成碳硫 硅酸钙 ( C a C O C a S i O C a S O 1 5 H , O ) , 不 同腐 蚀产 物所对 应 的混凝 土内外部 条件 和反 应机 理是 完 全不同的 , 所应采 取的预防措施 也不尽 相同。因此 , 文 中根据腐蚀产物将硫酸盐侵蚀分为两种类型, 并分别 ( 2 ) 墙体钻 孔时 , 应 按设计 要求先 画线标 出穿 墙 筋位 置 , 并应采用 电钻 打孔 , 穿墙 孔直径宜比 s 形筋 大
5、2 m m, 钢 筋 插 入 孔 洞 后 应 采 用 高 标 号 水 泥 砂 浆 填实。 ( 3 ) 铺设钢筋网片时, 竖向钢筋应靠墙面并用 钢筋头支起 ; 应保证竖 向钢筋 锚固于混凝土条基之 中。 ( 4 ) 抹水泥砂浆并养护。抹水泥砂浆时, 应先 在墙面刷水泥砂浆一道在分层抹灰, 且每层厚度不应 超过 1 5 ra m; 面层应浇水养护 , 防止 阳光暴晒 。 4 5 碳纤维布加 固楼板 ( 1 ) 找平处理。用环宇修复材料将表面凹陷部 位修复平整。 ( 2 ) 粘贴碳 纤维布 。按一 定 比例配 置浸渍树 脂 胶 , 一次 配置量应根据 现场 温度 、 施 工条 件确定 ; 首 先 按
6、现场实际长度裁剪碳纤维布; 然后将浸渍树脂胶均 匀涂抹于所要粘贴的部位 ; 用特制刮板沿纤维方向挤 压, 挤出气泡, 并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布; 粘贴 第二层布应等纤 维 表面 浸渍 树 脂指 触 干燥后 立 即进 行; 最后均匀涂抹浸渍树脂粘贴横向碳纤维布。 ( 3 ) 表 面 糙 化。为 了保证 玻 璃 丝 布表 面 粗糙 度, 使其与上层构造层粘结牢固, 在浸渍树脂干燥之前 表面均匀撒上干砂 。 5 结语 该工程加固方案合理、 施工操作方便、 工期短。经 过加固整修, 既满足了安全要求, 又保持了建筑外貌 , 经济合理, 经过一年多的使用, 情况 良好, 达到了投资 方预期 目的,
7、受到业主好评。该项 目的成功 , 给此类 工 程一些借鉴 , 取得 了良好的综合效益 。 参考文献 1 0 3 S G 6 l 1 , 砖混结构加固与修复 s 【 2 C B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 , 混凝土结构加固设计规范 s 3 D B J 0 8 2 9 2 9 2 , 现有建筑抗震鉴定与加固设计规范 s 4 马杰 某砌体结构旅馆 的加固设计 J 四川建筑科学研究 , 2 0 0 9, ( 1 ) : 9 4 9 5 , 1 0 4 。 5 何建 砌体结构房屋墙体加固技术及其应用 J 四川建筑, 2 0 0 9, ( 4 ) : 1 3 61 3 7 , 1 4 0 收稿
8、日期 2 0 1 00 42 I 作者简介 刘凌 云( 1 9 7 4一) , 女, 湖南周 口人 , 研究方 向: 建 筑结构教学与设计。 曾京生等 : 混凝 土硫酸盐侵蚀 破坏机理 与预 防措施 1 2 3 探讨其 发生条件和反应机理 , 并提出相应的预防措施 。 1 硫酸盐侵蚀分 类与发 生条件 根据硫酸盐来源, 混凝土硫酸盐侵蚀可分为内部 侵蚀与外部侵蚀 , 内部硫 酸盐侵蚀 主要 是指早 期受 高 温养护的水泥制品中因延迟钙矾石形成而导致 的破 坏 ; 通 常所 说 的硫 酸盐 侵蚀都 是指 外部 硫 酸盐侵 蚀 。 根据水泥水化 产物 是 否与 硫酸 盐 发生 化学 反应 生 成
9、新 的物质 , 又可将硫 酸盐侵蚀分 为物理 侵蚀 破坏 和化 学侵蚀破坏两大类 。实 际工程 中 , 以外 部硫 酸盐来 源 引起 的化学侵蚀最 为普 遍 , 因此通常未 加特殊 定义 时 均指这类侵蚀 。由于材料组成 与外界 环境 条件差 异 , 混凝土受硫酸盐 侵蚀的腐蚀 产物组成 并不 完全相 同, 从而引起混凝 土 宏观 性能 的衰变 规律 和外 观 特征 也 不同。除了长期以来得到普遍认可的钙矾石与石膏之 外 , 碳硫硅酸钙则是 最近几年得 到 国际上认 可 的另 一 种混凝 土硫酸盐腐蚀产物 ; 实际工程 中 , 混凝 土受硫酸 盐侵蚀通 常生成 以某一 种腐蚀产物为 主的混合物
10、 。因 此 , 根据腐蚀产物组成 , 可以将硫酸盐侵蚀分为钙矾石 型和碳硫硅酸钙 型。 当混凝 土受 到外 界硫 酸盐 介质 侵 蚀并 有充 足 水 存在时 , 便会与水泥 中的铝相组份反应生成钙矾石 , 导 致混凝土开裂破坏 。对 于钙矾石 硫酸 盐侵 蚀来说 , 硫 酸盐浓度越高 、 外界温度越高时 , 破坏越严重 。而碳硫 硅酸钙型侵蚀 的发生条件除了要有足够的硫酸盐与 水外 , 还需要 有来 自外界 或 混凝 土 自身 的碳 酸 盐 ( 如 碳化 、 石灰岩 质骨 料或 掺合 料等 ) 以及 较低 的温度 条 件( 通常认 为低 于 l 5 o C) 。尽 管实 验室 研究 也发 现
11、在高于 l 5 时也会有碳硫硅酸钙 型硫酸盐 侵蚀发 生 , 但是所有这类破坏 的实际工程均处于较低温度下 。 2不 同硫酸盐侵蚀 的破坏特征 2 1 钙矾石型 来 自外界环境中的 S O 离子通 过孔 隙或裂缝 往 混凝 土中迁移和扩散 , 与水 泥石中的 C a ( o H) 作用 生 成硫酸钙 , 硫酸钙再与水泥石中的水化铝酸钙或单硫 型硫铝酸钙水 化反应生 成三硫型 水化硫 铝酸 钙 , 即钙 矾石 。由于钙矾石是 溶解度极 小 的盐类 矿物 , 在 化学 结构上结合 了大量的结 晶水 , 其体积 约为 原水化 铝酸 钙的2 5 倍 , 使固体体积显著增大, 加之它在矿物形态 上是针状
12、 晶体 , 在原水 化铝酸钙 的 固相 表 面成刺猥 状 析 出, 放射状 向四周生长 , 互相挤压而产生极大 的内应 力 , 从而导致混凝土结构物的膨胀开裂 。因此 , 钙矾石 型侵蚀 破坏 的特点 是混 凝 土表 面 出现 少数 较粗 大 的 裂缝 , 边角处出现明显剥落、 缺损。 2 2碳 硫硅酸钙型 早在 2 0世纪 6 0年代 , E r l i n和 S t a r k 就首次发现并 报道 了受硫 酸盐 侵蚀 的水 泥基材 料 中存 在碳 硫 硅酸 钙晶体 , 但 长期 以来 并 没 有 引起 人 们 的重 视。直 到 1 9 9 8年 , 英 国成 立 了关 于 此 类 破 坏
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- 混凝土 硫酸盐 侵蚀 破坏 机理 预防措施
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