《建筑材料》課件-硅酸鹽水泥的腐蝕和防護(hù)

建筑材料（1）硅酸鹽水泥腐蝕的類型（2）硅酸鹽水泥腐蝕的原因（3）硅酸鹽水泥腐蝕的防止硅酸鹽水泥的腐蝕與防止硅酸鹽水泥硬化后，在通常使用條件下具有優(yōu)良的耐久性。但在某些侵蝕性液體或氣體等介質(zhì)的作用下，水泥石結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸遭到破壞，這種現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。水泥石的結(jié)構(gòu)水泥漿硬化后的石狀物稱為水泥石。水泥石是由未水化的水泥顆粒A，凝膠體的水化產(chǎn)物B，結(jié)晶體的水化產(chǎn)物C，以及未被水泥顆粒和水化產(chǎn)物所填滿的原充水空間D（毛細(xì)孔或毛細(xì)孔水）及凝膠體中的孔E（凝膠孔）所組成的多孔體系（見(jiàn)右圖）。水泥石的結(jié)構(gòu)A-未水化水泥顆粒;B-膠體粒子（C-S-H等）；C-晶體粒子（Ca（OH）2等）；D-毛細(xì)孔（毛細(xì)孔水）；E-凝膠孔（1）硅酸鹽水泥腐蝕的類型

導(dǎo)致水泥石腐蝕的因素很多，作用過(guò)程亦甚為復(fù)雜，這里介紹幾種典型介質(zhì)對(duì)水泥石的侵蝕作用。

1）軟水侵蝕（溶出性侵蝕）

2）鹽類腐蝕：硫酸鹽腐蝕、鎂鹽腐蝕

3）酸類腐蝕

不含或僅含少量重碳酸鹽（含HCO3-的鹽）的水稱為軟水，如雨水、蒸餾水、冷凝水及部分江水、湖水等。當(dāng)水泥石長(zhǎng)期與軟水相接觸時(shí)，水化產(chǎn)物將按其穩(wěn)定存在所必需的平衡氫氧化鈣（鈣離子）濃度的大小，依次逐漸溶解或分解，從而造成水泥石的破壞，這就是溶出性侵蝕。軟水侵蝕

在各種水化產(chǎn)物中，Ca(OH)2的溶解最大（25℃約1.3gCaO/L），因此首先溶出，這樣不僅增加了水泥石的孔隙率，使水更容易滲入，而且由于Ca(OH)2濃度降低，還會(huì)使水化產(chǎn)物依次發(fā)生分解，如高堿性的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等分解成為低堿性的水化產(chǎn)物，并最終變成硅酸凝膠、氫氧化鋁等無(wú)膠凝能力的物質(zhì)。在靜水及無(wú)壓力水的情況下，由于周圍的軟水易為溶出的氫氧化鈣所飽和，使溶出作用停止，所以對(duì)水泥石的影響不大；但在流水及壓力水的作用下，水化產(chǎn)物的溶出將會(huì)不斷地進(jìn)行下去，水泥石結(jié)構(gòu)的破壞將由表及里地不斷進(jìn)行下去。當(dāng)水泥石與環(huán)境中的硬水接觸時(shí)，水泥石中的氫氧化鈣與重碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成的幾乎不溶于水的碳酸鈣積聚在水泥石的孔隙內(nèi)，形成致密的保護(hù)層，可阻止外界水的繼續(xù)侵入，從而可阻止水化產(chǎn)物的溶出。a.硫酸鹽腐蝕

硫酸鹽腐蝕，實(shí)際上是膨脹性化學(xué)腐蝕。當(dāng)水泥石受到侵蝕性介質(zhì)作用后生成新的化合物，由于新生成物的體積膨脹而使水泥石破壞的現(xiàn)象，稱為膨脹性化學(xué)腐蝕。例如，在海水、地下水及某些工業(yè)污水中常含有鈉、鉀、銨等的硫酸鹽，它們與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣與水泥石中固態(tài)的水化鋁酸鈣作用，生成比原體積增加1.5倍以上的高硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），由于體積膨脹而使已硬化的水泥石開(kāi)裂、破壞。因高硫型水化硫鋁酸鈣呈針狀晶體，故俗稱為“水泥桿菌”。其反應(yīng)式為：鹽類腐蝕4Ca?Al2O3?12H2O+3CaSO4+20H2O→3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O+Ca(OH)2b.鎂鹽腐蝕在海水及地下水中常含有大量鎂鹽，主要是硫酸鎂和氯化鎂。它們與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成易溶于水的新化合物。其反應(yīng)式如下：MgCl2＋Ca(OH)2→CaCl2

＋Mg(OH)2MgSO4

＋Ca(OH)2→CaSO4＋Mg(OH)2反應(yīng)生成的氫氧化鎂[Mg(OH)2]松軟而無(wú)膠凝能力；氯化鈣（CaCl2）易溶解于水，生成的硫酸鈣（CaSO4?2H2O）又將產(chǎn)生硫酸鹽腐蝕。因此，鎂鹽腐蝕屬于雙重腐蝕，腐蝕特別嚴(yán)重。a.碳酸腐蝕

工業(yè)污水、地下水中常溶解有較多的二氧化碳。水中的CO2與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)，生成的碳酸鈣如繼續(xù)與含碳酸的水作用，則變成易溶于水的碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2]，由于碳酸氫鈣的溶失以及水泥石中其它產(chǎn)物的分解，而使水泥石結(jié)構(gòu)破壞。其化學(xué)反應(yīng)如下：Ca(OH)2+CO2+H2O

→CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2

由碳酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟溻}的反應(yīng)是可逆的，只有當(dāng)其中所含的碳酸超過(guò)平衡濃度（溶液中的pH<7)時(shí)，則上式反應(yīng)向右進(jìn)行，形成碳酸腐蝕。酸類腐蝕b.一般酸的腐蝕

工業(yè)廢水、地下水中常含無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸；工業(yè)窯爐中煙氣常含有二氧化硫，遇水后即生成亞硫酸。各種酸類對(duì)水泥石也有不同程度的腐蝕作用。它們與水泥石中氫氧化鈣作用后生成的化合物，或者易溶于水，或者體積膨脹而導(dǎo)致水泥石破壞。對(duì)水泥石腐蝕作用最快的是無(wú)機(jī)酸中的鹽酸、氫氟酸、硫酸和有機(jī)酸中的醋酸、蟻酸和乳酸。

例如：鹽酸與水泥石中氫氧化鈣作用：2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+2H2O

生成的氯化鈣易溶于水而導(dǎo)致化學(xué)腐蝕型破壞。硫酸與水泥石中的氫氧化鈣作用，生成的石膏對(duì)水泥石產(chǎn)生硫酸鹽膨脹型破壞。

除了上述三種類型外，還有一些如糖類、脂肪、強(qiáng)堿性物質(zhì)對(duì)水泥石也有腐蝕作用。（2）硅酸鹽水泥腐蝕的原因

水泥石腐蝕，實(shí)際上是一個(gè)極為復(fù)雜的物理化學(xué)作用過(guò)程，且很少為單一的腐蝕作用，常常是幾種作用同時(shí)存在，互相影響。發(fā)生水泥受腐蝕的基本原因是：

1）水泥石內(nèi)存在著易受腐蝕的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；2）水泥石本身不密實(shí)而使侵蝕性介質(zhì)易于進(jìn)入其內(nèi)部；3）外界因素的影響：如腐蝕介質(zhì)的存在，環(huán)境溫度、濕度、介質(zhì)濃度的影響等。（3）硅酸鹽水泥腐蝕的防護(hù)1）根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種。

例如：選用水化物中氫氧化鈣含量少的水泥，可以提高對(duì)軟水等侵蝕作用的抵抗能力；為了抵抗硫酸鹽腐蝕，可使用鋁酸三鈣含量低于5%的抗硫酸鹽水泥等。2）提高水泥石的密實(shí)度。

水泥石越密實(shí)，抗?jié)B能力越強(qiáng)，侵蝕介質(zhì)越難滲入內(nèi)部，水泥石的抗侵蝕能力也越強(qiáng)。為了提高水泥混凝土的密實(shí)度，應(yīng)該合