混凝土硫酸盐侵蚀的危害和侵蚀机理
日期：2019-08-01
硫酸盐侵蚀的危害
硫酸盐对混凝土的侵蚀，通过与水泥的水化作用，生成膨胀性的水化产物，使硬化的混凝土开裂、崩坏。侵蚀过程只是在有水分存在的地方发生。
硫酸盐结晶型侵蚀
反应方程如下：
Na2SO4 + 10 H2O→ Na2SO4.10H2O
MgSO4 + 7 H2O→ MgSO4.7H2O
体积膨胀4～5倍。这种侵蚀通常发生在干湿循环区，硫酸根的浓度需足够高。
硫酸盐对混凝土的侵蚀，通过与水泥的水化作用，生成膨胀性的水化产物，使硬化的混凝土开裂、崩坏。侵蚀过程只是在有水分存在的地方发生。
侵蚀发生后，不仅使得混凝土的强度和承载力降低，而且裂化的混凝土为侵蚀介质以及空气和水分提供通道，加速钢筋的锈蚀。
硫酸盐侵蚀的机理
分为下面六种情况
—— 硫酸盐结晶型侵蚀
—— 石膏型硫酸盐侵蚀
—— 钙矾石型硫酸盐侵蚀
—— 形成滞后钙矾石
—— 碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀
—— CSH分解型硫酸盐侵蚀
反应方程如下：
Na2SO4 + 10 H2O→ Na2SO4.10H2O
MgSO4 + 7 H2O→ MgSO4.7H2O
体积膨胀4～5倍。这种侵蚀通常发生在干湿循环区，硫酸根的浓度需足够高。
石膏型硫酸盐侵蚀
反应方程如下：
Na2SO4 + Ca（OH）2 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + 2NaOH
MgSO4 + Ca（OH）2 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + Mg(OH)2
石膏的形成，体积增大为原来的1.2倍,引起膨胀。
只有在SO42－浓度非常高时，石膏型侵蚀才起主导作用。
其特征是试件没有粗大裂纹，但遍体溃散。
钙矾石型硫酸盐侵蚀
反应方程如下：
SO42－ + Ca（OH）2 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + 2OH－3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O + 2（CaSO4.2H2O）+ 16H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O（Aft）
3CaO.Al2O3.6H2O + 3（CaSO4.2H2O）+ 20H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O （Aft）
钙矾石的体积为C3A体积的6倍,引起硬化混凝土开裂。
反应方程如下：
Na2SO4 + Ca（OH）2 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + 2NaOH
MgSO4 + Ca（OH）2 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + Mg(OH)2
石膏的形成，体积增大为原来的1.2倍,引起膨胀。
只有在SO42－浓度非常高时，石膏型侵蚀才起主导作用。
其特征是试件没有粗大裂纹，但遍体溃散。
反应方程如下：
SO42－ + Ca（OH）2 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + 2OH－3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O + 2（CaSO4.2H2O）+ 16H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O（Aft）
3CaO.Al2O3.6H2O + 3（CaSO4.2H2O）+ 20H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O （Aft）
钙矾石的体积为C3A体积的6倍,引起硬化混凝土开裂。
滞后钙矾石的形成
扩散到混凝土中的硫酸盐，反应生成石膏：
SO42－ + Ca（OH）2 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + 2OH－
石膏与铝酸盐反应，生成钙矾石：
3CaO.Al2O3 + 3（CaSO4.2H2O）+ 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O（Aft）
由于钙矾石的形成发生在混凝土硬化后，称为滞后钙矾石，引起硬化混凝土膨胀开裂。
碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀（TSA）
在0～15℃环境条件下，扩散到混凝土中的硫酸盐和碳酸盐，反应生成石膏和碳酸钙，进而与水化产物CSH凝胶反应：
Ca3Si2O7.3H20+2CaSO4. 2H20+2CaCO3 +24H20→ CaCO3.CaSiO3.CaSO4.15H2O+ Ca(OH)2
生成的碳硫硅钙石TS，无胶凝性质，致使水泥石被分解，混凝土强度降低。
CSH分解型硫酸盐侵蚀
SO42－侵入到混凝土中，在pH值较低的条件下，与水化硅酸钙CSH反应，分成石膏和无定型硅酸，使混凝土强度降低：
2CaOSiO2.1.17H20+ SO42－+2.83H20→ 2CaSO4.2H2O + H4SiO4 +OH－