戰(zhàn)美秋 齊 檸 李 梅
1吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院(130118) 2長(zhǎng)春工程學(xué)院建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院(130021)
混凝土的破壞程度與環(huán)境中硫酸鹽的含量、水分流動(dòng)、水泥種類(lèi)、混凝土性能及溶液在混凝土中的傳輸機(jī)理等因素有關(guān)。隨著硫酸鹽的侵蝕,硬化水泥不斷分解和失去強(qiáng)度,這對(duì)我國(guó)部分地區(qū)尤其是沿水沿湖地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施造成了巨大的硫酸鹽侵蝕風(fēng)險(xiǎn),尤其對(duì)隧道、建筑地基、護(hù)坡及地下管廊工程等造成較大的危害。實(shí)驗(yàn)室研究中使用的侵蝕性環(huán)境和測(cè)試方法并非基于對(duì)實(shí)際損害工程的分析,甚至高度任意和主觀,從而導(dǎo)致許多不切實(shí)際情況和矛盾的結(jié)果和理論分析。
混凝土硫酸鹽侵蝕是指水泥水合產(chǎn)物與外部硫酸鹽環(huán)境、內(nèi)部混凝土中的硫酸鹽之間一系列復(fù)雜且相交的物理化學(xué)過(guò)程。混凝土的硫酸鹽侵蝕是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程,不可能完全在侵蝕現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。為加速測(cè)試過(guò)程,實(shí)驗(yàn)室通常采用較嚴(yán)格的測(cè)試條件,如高濃度的硫酸鹽溶液,徹底改變干燥和澆水周期,使用中性硫酸鹽溶液(pH值為7)研究。但事實(shí)上,加速的實(shí)驗(yàn)室研究未能在實(shí)際工程中正確反映硫酸鹽侵蝕惡化過(guò)程的實(shí)際過(guò)程[1]。
水泥水合產(chǎn)物主要是水合硅酸鈣(C·S·H)、氫氧化鈣(CH)、水合鋁鈣(C·A·H)、鈣礬石(AFT)和一硫化氫水合硫酸鋁鈣(AFT),其中的三種水合產(chǎn)物不能在硫酸鹽環(huán)境中穩(wěn)定存在,并且會(huì)發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生化學(xué)侵蝕產(chǎn)物:
主要的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物是:石膏、鈣礬石、硫鋁石、氫氧化鎂和硅膠。石膏和鈣礬石是硫酸鹽侵蝕中最常見(jiàn)的兩種化學(xué)侵蝕產(chǎn)物,氫氧化鎂和硅膠是硫酸鎂腐蝕的產(chǎn)物[2]。氫氧化鈣產(chǎn)生石膏的化學(xué)反應(yīng)如下:
外部侵蝕環(huán)境中的pH值和硫酸鹽濃度,尤其是pH值,在混凝土硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物和侵蝕機(jī)理中起著重要作用。表1列出了侵蝕環(huán)境濃度和形成石膏、鈣礬石和亞硫酸氫鹽的pH值的邊界條件。
表1 侵蝕環(huán)境濃度和形成石膏、鈣礬石和亞硫酸氫鹽的pH值的邊界條件
水泥水合產(chǎn)物相比,通過(guò)硫酸鎂與水泥水合產(chǎn)物之間的反應(yīng),還生成了氫氧化鎂MSH (3MgO·2SiO2·2H2O)和、無(wú)定形二氧化硅(SiO2·2H2O)、石膏和鈣礬石。氫氧化鎂是一種微溶堿,其產(chǎn)生會(huì)降低溶液中OH的含量,從而降低整個(gè)溶液的pH值,進(jìn)一步導(dǎo)致嚴(yán)重的脫鈣反應(yīng),使CSH凝膠分解[3]。除了鈣礬石和石膏的反應(yīng)外,其他主要反應(yīng)還包括:
文章對(duì)所提出的混凝土硫酸鹽侵蝕進(jìn)行了邏輯分析,并探討了實(shí)驗(yàn)室研究與工程實(shí)例的對(duì)應(yīng)關(guān)系,最后提出了相應(yīng)的侵蝕機(jī)理。