分析硫酸盐腐蚀混凝土构件损伤检测

时间：2024-04-25

文/孙贺双梁超，中国水利水电第八工程局有限公司

硫酸盐会对混凝土构建造成较为严重的腐蚀，该现象在许多建筑工程中都有所呈现。虽然人们已经意识到了研究硫酸盐对混凝土构建侵蚀的重要性，但是现阶段并未有一个被人们一致认同的标准，因此，要做好相应的研究工作是必要的。

1 硫酸盐腐蚀来源

1.1 大气中硫酸盐腐蚀

大气中的硫酸盐腐蚀指的是SO2气体，在特定温度下，由气态转变为液态，最终形成酸雨，从而将腐蚀混凝土结构。不同地区酸雨的来源也会有所不同，酸雨强度的不同，对于混凝土构件的腐蚀的强度也会有所不同。

在特定区域内，大气中存在的硫酸盐腐蚀来源具有特殊性。例如，在具有腐蚀作用气体加工车间、厂区、车间内，特别是存在排放SO3的气体的烟道，在该区域内，气体的腐蚀性与一般区域相比要高出很多。而在沿海区域附近，空气中将会含有大量海盐微尘，受到风力的影响，会进入到混凝土结构中，从而将会多对结构造成破坏。除此之外，干旱盐碱地，空气中会含有大量的尘埃，这类尘埃会还有大量的盐类物质，这些物质则会随着降雨进入到混凝土结构中，从而对结构造成较为严重的腐蚀，破坏混凝土的结构。

1.2 水中硫酸盐腐蚀

海水、内陆湖水与混凝土直接相接触，对混凝土结构会造成较为严重的侵蚀，对结构造成破坏。海水中含有大量的 Cl-和SO42-。一般来说，水中的Cl-的浓度是SO42-浓度的7倍左右，因此混凝土构件遭受的腐蚀更多的因为 Cl-引起的。由此可见，在实际分析过程中，应当加强对 Cl-的分析工作，并且要确保最终分析结果的合理性，从而为后续的分析工作提供支持。

1.3 土壤中硫酸盐腐蚀

土壤中硫酸盐腐蚀指的是埋在土壤中的混凝土构件，受硫酸盐影响，从而发生腐蚀。我国土壤类型如表1所示。

表1 我国土壤类型

2 混凝土微结构遭受硫酸盐腐蚀后的变化情况

2.1 未受腐蚀

混凝土在未受到腐蚀时，通过观察可以发现，混凝土水化硅酸钙凝胶密实、完整，并且具体结构中的氢氧化钙晶完整、整齐，具体应用过程中能够发挥相应的作用。

2.2 开始腐蚀

腐蚀60天后，通过观察可以发现，随着腐蚀的进行，氢氧化钙晶体会逐渐小时，此时会有大量的孔隙出现在混凝土的内部，同时可以发现少量的纤维积聚块状晶体和一些针状钙矾石[1]。

2.3 腐蚀加重

腐蚀达到120天后，随着腐蚀层数的不断增加，混凝土内部的空隙也会随着时间的推移不断变大，并且在该过程中，针状钙矾石也将会变大变多，并且纤维积聚型块状石膏晶体也将会增多，从而会对混凝土结构的性能，以及其应用造成不良影响[2]。

2.4 严重腐蚀

腐蚀180天后，随着腐蚀的深入，混凝土内部结构将会变得更加松散，并且结构中会出现大量裂缝，局部区域会出现一些贯穿裂缝，同时会有大量石膏晶体出现在空隙中，受腐蚀的影响，钙矾石和钙晶体以不可见，从而将会对混凝土造成较为严重的破坏。

综上所述，随着硫酸盐腐蚀程度的不断建设，混凝土内部微观结构会不断的发生改变，与此同时，腐蚀层的增加，会导致混凝土内部结构变得更加松散，情况严重时，会出现膨胀裂缝，造成的影响十分严重[3]。

3 检测硫酸盐腐蚀混凝土的腐蚀层厚度

3.1 超声波检测

超声波检测技术是依据超声波在混凝土传播速度的不同，反映被检测混凝土的损伤情况，通过该方式对混凝土进行检测，混凝土的结构不会遭受破坏。通过超声波检测技术对混凝土的损失程度进行检测，是建立在超声波在混凝土中传播速度会随着混凝土密实程度的增加而变快的基础上。

超声波检测法在检测硫酸盐腐蚀混凝土的应用十分广泛，并且从实际情况来看也取得了不错的效果。但是，具体操作过程中，因为人员的操作失误，会出现一些问题，因此，应当加强对相应技术人员的培训，提高工作人员的综合能力。

3.2 化学分析法

3.2.1 方法简介

目前，检测混凝土中硫酸根离子的可以采用硫酸钡重量法和E DTA容重法完成[4]。相关试验结果表明，当硫酸根的含量不足1%时，采用容重法检测，最终获取的检测结果在精度上与重量法相接近，因此在具体检测过程中，可以利用EDTA容重法取代重量法。混凝土耐久性试验侵蚀的时间相对较长，这也就会造成硫酸根浓度较高，此时，应用硫酸钡重量法进行检测，最终测量结果的精准度要优于EDTA容重法。因此，下面在对受腐蚀的混凝土进行化学分析时，采用硫酸钡重量法。

对被检测的受腐蚀的混凝土（试验过程中选用的为尺寸80 mm×80mm×200 mm的棱柱体试件,将其浸泡在硫酸盐溶液中）进行钻芯取样，取样过程中，依据不同厚度，切成若干层，在试件的表面，完成粉末样品的收集。利用电子秤量取重0.1mg的混凝土粉末，然后将粉末放入到300mL的烧杯中，向烧杯中缓慢的导入整流水集盐酸，从而使粉末状内含有的SO42-被充分溶解，然后将溶液中加入足量的氯化钡溶液，溶液中的与Ba2+与SO42-发生化学反应，生产硫酸钡沉淀，对沉淀进行过滤、洗涤、烘干、称重，最终得到硫酸的重量，从而完成对硫酸根总量的计算。

3.3.2 分析结果

通过对混凝土遭受硫酸盐腐蚀进程的不同进行化学分析，可以发现，混凝土试件遭受腐蚀越严重的区域，SO42-的含量也就越高，而遭受腐蚀相对较轻的区域，SO42-的含量则较低。对为遭受腐蚀的混凝土构件中的SO42-进行测量，对混凝土构件不同深度的具体情况进行化学分析，通过对比SO42-的质量分数，确认混凝土是否遭受到了硫酸盐的侵蚀。

在具体试验过程中，这对遭受不同腐蚀程度的试件进行深入分析，可以分析的试件，混凝土表面层0-20mm范围内，含有的SO3的质量最大，从表面层向过渡层（试件20-40mm）,SO3的具体含量将会出现快速下降，而到了本体层（试件35-45mm）中，SO3的含量几乎没有在发生改变[5]。依据分析结果可以发现，硫酸盐在对混凝土构件进行腐蚀时，对混凝土试件的腐蚀达到40mm左右后，对更深层的混凝土造成的腐蚀十分有限，因此在分析过程中，选取37.5mm。分析期间，将20-40mm作为够过渡层。而通过大量的实践经验可以发现，因为混凝土构件成分的不同，以及腐蚀环境的不同，硫酸盐对混凝土的腐蚀也会有所不同。

通过实验分析结果可知，随着腐蚀的进行，混凝土的内部结构将会逐渐被瓦解，而接触硫酸盐越早的混凝土，随着时间的推移，硫酸根离子将会达到饱和状态，而混凝土遭受的腐蚀现象，则会随着时间推移，不断向内部发展，对混凝土的结构遭受较为严重的破坏。