钢筋混凝土结构硫酸盐化学侵蚀破坏机理研究

战美秋 齐 柠 李 梅

1吉林建筑大学土木工程学院（130118） 2长春工程学院建筑与设计学院（130021）

混凝土的破坏程度与环境中硫酸盐的含量、水分流动、水泥种类、混凝土性能及溶液在混凝土中的传输机理等因素有关。随着硫酸盐的侵蚀，硬化水泥不断分解和失去强度，这对我国部分地区尤其是沿水沿湖地区的基础设施造成了巨大的硫酸盐侵蚀风险，尤其对隧道、建筑地基、护坡及地下管廊工程等造成较大的危害。实验室研究中使用的侵蚀性环境和测试方法并非基于对实际损害工程的分析，甚至高度任意和主观，从而导致许多不切实际情况和矛盾的结果和理论分析。

1 混凝土硫酸盐侵蚀的实验室研究

混凝土硫酸盐侵蚀是指水泥水合产物与外部硫酸盐环境、内部混凝土中的硫酸盐之间一系列复杂且相交的物理化学过程。混凝土的硫酸盐侵蚀是一个长期过程，不可能完全在侵蚀现场进行试验研究。为加速测试过程，实验室通常采用较严格的测试条件，如高浓度的硫酸盐溶液，彻底改变干燥和浇水周期，使用中性硫酸盐溶液（pH值为7）研究。但事实上，加速的实验室研究未能在实际工程中正确反映硫酸盐侵蚀恶化过程的实际过程[1]。

2 混凝土硫酸盐侵蚀的机理

水泥水合产物主要是水合硅酸钙（C·S·H）、氢氧化钙（CH）、水合铝钙（C·A·H）、钙矾石（AFT）和一硫化氢水合硫酸铝钙（AFT），其中的三种水合产物不能在硫酸盐环境中稳定存在，并且会发生以下化学反应，从而产生化学侵蚀产物：

主要的化学反应产物是：石膏、钙矾石、硫铝石、氢氧化镁和硅胶。石膏和钙矾石是硫酸盐侵蚀中最常见的两种化学侵蚀产物，氢氧化镁和硅胶是硫酸镁腐蚀的产物[2]。氢氧化钙产生石膏的化学反应如下：

外部侵蚀环境中的pH值和硫酸盐浓度，尤其是pH值，在混凝土硫酸盐侵蚀产物和侵蚀机理中起着重要作用。表1列出了侵蚀环境浓度和形成石膏、钙矾石和亚硫酸氢盐的pH值的边界条件。

表1 侵蚀环境浓度和形成石膏、钙矾石和亚硫酸氢盐的pH值的边界条件

3 不同硫酸盐对混凝土侵蚀的影响

水泥水合产物相比，通过硫酸镁与水泥水合产物之间的反应，还生成了氢氧化镁MSH （3MgO·2SiO2·2H2O）和、无定形二氧化硅（SiO2·2H2O）、石膏和钙矾石。氢氧化镁是一种微溶碱，其产生会降低溶液中OH的含量，从而降低整个溶液的pH值，进一步导致严重的脱钙反应，使CSH凝胶分解[3]。除了钙矾石和石膏的反应外，其他主要反应还包括：

4 结论

文章对所提出的混凝土硫酸盐侵蚀进行了逻辑分析，并探讨了实验室研究与工程实例的对应关系，最后提出了相应的侵蚀机理。