简述水泥石的腐蚀过程?

如题所述

一、水泥石的腐蚀

在正常环境条件下,水泥石的强度会不断增长。 然而 某些环境因素(如某些侵蚀性液体或气体)却能引起水泥石强度的降低,严重的甚至引起混凝土的破坏,这种现象称为水泥石的腐蚀 。 在道路与桥隧构筑物中,可能遇到。 腐蚀情况有以下几种:

(一)水化物氢氧化钙Ca(OH) 2 的溶失

1、溶析性侵蚀

溶析性侵蚀又称淡水侵蚀或溶出侵蚀,是指硬化水泥石中的水化产物被淡水溶解并带走的一种侵蚀现象。 在水泥石的各种水化物中,Ca(OH) 2 溶解度最大,在淡水中会首先被溶出。 当水量不多,或在静水、无压的情况下,水中Ca(OH) 2 浓度很快达到饱和程度,溶出作用也就中止。 但在大量或流动的水中,水流会不断地将Ca(OH) 2 溶出并带走。

2、镁盐侵蚀

在海水、地下水或矿泉水中,常含有较多的镁盐,一般以氯化镁、硫酸镁形态存在。 镁盐与水泥石中的氢氧化钙起置换作用,生成松软且胶凝性不高的氢氧化镁。

3、碳酸侵蚀

在工业污水或地下水中常溶解有较多的二氧化碳(CO 2 ),CO 2 与水泥石中的氢氧化钙Ca(OH) 2 作用,可生成碳酸钙(CaCO 3 ),CaCO 3 再与水中的碳酸作用,生成可溶的重碳酸钙Ca(HCO 3 ) 2 而溶失。

氢氧化钙的大量溶失,不仅使水泥石的密度和强度降低,而且导致水泥石的碱度降低,随之将引起水化矽酸钙(CSH)和水化铝酸钙的不断分解,水泥石内部不断受到破坏,强度不断降低,最终将会引起整个混凝土结构物的破坏。

(二)硫酸盐侵蚀

穿越海湾、沼泽或跨越污染河流的道路结构、沿线桥涵墩台,有时会受到海水、沼泽水、工业污水的侵蚀,这些水中常常含有碱性硫酸盐(如Na 2 SO 4 、K 2 SO 4 )等。 这些硫酸盐先与水泥石中的氢氧化钙作用生成硫酸钙,即二水石膏(CaSO 4 ·2H 2 O),这种生成物再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矶石,其体积约为原来的水化铝酸钙体积的2.5倍,从而使硬化水泥石中的固相体积增加很多,产生相当大的结晶压力,造成水泥石开裂甚至毁坏。

(三)强酸与强碱的腐蚀

1、酸

酸类离解出来的H + 离子和酸根R - 离子,分别与水泥石中Ca(OH) 2 的OH - 和Ca 2+ 结合成水和钙盐。

2H + + 2OH - = 2H 2 ö

的Ca 2+ + 2R - = CAR 2

碳酸腐蚀

在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳,这种水对水泥石的腐蚀作用是通过下面方式进行的:

开始时二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙:

Ca(OH) 2 + CO 2 + H 2 O→CaCO 3 + 2H 2 O

生成的碳酸钙再与含碳酸的水作用转变成重碳酸钙,是可逆反应:  

碳酸钙 3 + CO 2 + H 2 O

Ca(HCO3)2

生成的重碳酸钙易溶於水。 当水中含有较多的碳酸,并超过平衡浓度,则上式反应向右进行。 因此水泥石中的氢氧化钙,通过转变为易溶的重碳酸钙而溶失。 氢氧化钙浓度降低,还会导致水泥石中其他水化物的分解,使腐蚀作用进一步加剧。

一般酸的腐蚀

在工业废水、地下水、沼泽水中常含无机酸和有机酸,工业窑炉中的烟气常含有氧化硫,遇水後即生成亚硫酸。
各种酸类对水泥石都有不同程度的腐蚀作用。
它们与水泥石中的氢氧化钙作用後生成的化合物,或者易溶於水,或者体积膨胀,在水泥石内造成内应力而导致破坏。
腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸。

例如,盐酸与水泥石中的氢氧化钙作用:

2HCl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2H 2 O

生成的氯化钙易溶於水。

硫酸与水泥石中的氢氧化钙作用:

H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 = CaSO 4 ·2H 2 O

生成的二水石膏或者直接在水泥石孔隙中结晶产生膨胀,或者再与水泥石中的水化铝酸钙作用,生成高硫型水化硫铝酸钙,其破坏性更大。

2、碱

碱类溶液如浓度不大时一般是无害的。 但铝酸盐含量较高的矽酸盐水泥遇到强碱(如氢氧化钠)作用後也会破坏。 氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用,生成易溶的铝酸钠:

3CaO.Al 2 O 3 + 6NaOH = 3Na 2 O.Al 2 O 3 + 3Ca(OH) 2

当水泥石被氢氧化钠浸透後又在空气中乾燥,与空气中的二氧化碳作用而生成碳酸钠:

2NaOH + CO 2 =  
  Na 2 CO 3 + H 2 O

碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积,而使水泥石胀裂。

NaOH + CO 2 + H 2 O→Na 2 CO 3 .10H 2 O

二、水泥石的腐蚀的原因

1、水泥石中存在有引起腐蚀的组分氢氧化钙和水化铝酸钙。

2、水泥石本身不密实,有很多毛细孔通道,侵蚀介质易於进入其内部。

3、腐蚀与通道相互作用。

三、水泥石的腐蚀的防止

根据以上分析可知,引起水泥石腐蚀的主要内因是水泥石中含有相当数量氢氧化钙,以及一定数量的水化铝酸钙(C 3 A的水化产物)。 水泥石中的各种孔隙及孔隙通道使得外界侵蚀性介质易於侵入。 所以为防止或减轻水泥石的腐蚀,通常可采用下列措施:

1、根据腐蚀环境特点,合理选用水泥品种:可以选用水化产物中Ca(OH) 2 含量少的水泥,以降低氢氧化钙溶失对水泥石的危害;选用C 3 A的含量低的水泥,降低硫酸盐类的腐蚀作用。

2、提高水泥石的密实程度,降低水泥石的孔隙率。

3、可以在水泥混凝土表面敷设一层耐腐蚀性强且不透水的保护层(通常可采用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料或沥青等),以杜绝或减少腐蚀介质渗入水泥石内部。

4、浸渍。

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第1个回答  2020-11-17
溶析性侵蚀溶析性侵蚀又称淡水侵蚀或溶出侵蚀,是指硬化水泥石中的水化产物被淡水溶解并带走的一种侵蚀现象。在水泥石的各种水化物中,Ca(OH)2溶解度最大,在淡水中会首先被溶出。当水量不多,或在静水、无压的情况下,水中Ca(OH)2浓度很快达到饱和程度,溶出作用也就中止。但在大量或流动的水中,水流会不断地将Ca(OH)2溶出并带走。2、镁盐侵蚀在海水、地下水或矿泉水中,常含有较多的镁盐,一般以氯化镁、硫酸镁形态存在。镁盐与水泥石中的氢氧化钙起置换作用,生成松软且胶凝性不高的氢氧化镁。3、碳酸侵蚀在工业污水或地下水中常溶解有较多的二氧化碳(CO2),CO2与水泥石中的氢氧化钙Ca(OH)2作用,可生成碳酸钙(CaCO3),CaCO3再与水中的碳酸作用,生成可溶的重碳酸钙Ca(HCO3)2而溶失。氢氧化钙的大量溶失,不仅使水泥石的密度和强度降低,而且导致水泥石的碱度降低,随之将引起水化硅酸钙(CSH)和水化铝酸钙的不断分解,水泥石内部不断受到破坏,强度不断降低,最终将会引起整个混凝土结构物的破坏。(二)硫酸盐侵蚀穿越海湾、沼泽或跨越污染河流的道路结构、沿线桥涵墩台,有时会受到海水、沼泽水、工业污水的侵蚀,这些水中常常含有碱性硫酸盐(如Na2SO4、K2SO4)等。这些硫酸盐先与水泥石中的氢氧化钙作用生成硫酸钙,即二水石膏(CaSO4·2H2O),这种生成物再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矶石,其体积约为原来的水化铝酸钙体积的2.5倍,从而使硬化水泥石中的固相体积增加很多,产生相当大的结晶压力,造成水泥石开裂甚至毁坏。本回答被网友采纳