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混凝土切割化學侵蝕

futao 拆除技術 2020-10-05 2760 0
川渝拆除17713551981

混凝土在侵蝕性的介質中,可能遭受化學侵蝕而破壞。對混凝土有侵蝕性的介質包括酸、堿、硫酸鹽、壓力流動水等。混凝土的化學侵蝕可分為三類:①某些水化產物被水溶解、流失,如混凝土在壓力流動水作用下的溶出性侵蝕;②混凝土的某些水化產物與介質起化學反應,生成易溶或沒有膠凝性能的產物,如酸、堿對混凝土的溶解性侵蝕;③混凝土的某些水化產物與介質起化學反應,生成膨脹性的產物,如硫酸鹽對混凝土的膨脹性侵蝕。

1.溶出性侵蝕

密實性較差、滲透性較大的混凝土,在一定壓力的流動水中,水化產物Ca(OH)。會不斷溶出并流失。Ca(OH)。是維持水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣穩定性的重要條件,Ca(OH)。的溶出使水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣失去穩定性而水解、溶出;這些水化產物的溶出使混凝土的強度不斷降低。中國水利科學研究院研究成果表明,隨著Ca(OH)。的不斷流失,混凝土的抗壓強度不斷下降,當Ca(OH)。溶出量(以CaO量計)為25%時抗壓強度將下降35.8%,抗拉強度下降更快,當溶出量為25%時抗拉強度將下降66.4%,如圖12-5所示。

2.溶解性侵蝕

溶解性侵蝕一般可分為弱酸侵蝕、強酸侵蝕和堿侵蝕。弱酸侵蝕主要有碳酸和硫氫酸侵蝕,前者指在直接臨水或強透水層情況下,CO,>15mg/L的碳酸與混凝土中的Ca(OH)。反應生成可溶性的碳酸氫鈣并被水帶走,使水泥石中的Ca(OH)。的濃度降低,對混凝土產生的侵蝕作用;后者指受污染土壤、城市污水管道及食品工業廢水中由硫化氫氣體溶于水中而成的硫氫酸,與Ca(OH)。反應生成易溶的硫氫酸鈣而隨水流失,對混凝土產生的弱酸侵蝕。鹽酸、硫酸、硝酸等無機酸及醋酸、甲酸、乳酸等有機酸會對混凝土產生強酸侵蝕。強酸先與Ca(OH)。反應,然后與水化硅酸鈣反應生成可溶性鈣鹽并溶出,使反應不斷進行,混凝土的堿度和強度隨之不斷降低,參見式(12-10),式(12-11)。SO離子還參與類似于硫酸鹽侵蝕的腐蝕反應,C1還會引起鋼筋銹蝕,故硫酸與鹽酸的破壞作用更明顯。圖12-6給出了同濟大學關于硫酸侵蝕對混凝土強度影響的試驗結果。硫酸與Ca(OH)2的反應生成不溶性的鈣鹽,堵塞在混凝土的孔隙中,能減緩后續的侵蝕作用,但也使混凝土強度不斷下降,直到最后破壞。


圖12-5混凝土溶蝕過程 中的強度變化曲線

圖12-5混凝土溶蝕過程

中的強度變化曲線

圖12-6受硫酸侵蝕后 混凝土抗壓強度的變化

圖12-6受硫酸侵蝕后

混凝土抗壓強度的變化

Ca(OH).+2H+→Ca2++2H20(12-10)

3CaO·2SiO2·2H20+6H*→3Ca2++2(SiO2·H2O)+3H2O(12-11)

高濃度的堿溶液或溶融狀堿會對混凝土產生侵蝕作用,苛性堿(NaOH,KOH)對混凝土的侵蝕作用包括化學侵蝕和結晶侵蝕兩個方面。化學侵蝕主要是苛性堿與水泥石中的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產物發生反應,生成膠結性差、易于浸析的產物所致,其反應式如下:

3CaO·2SiO2·3H2O+4NaOH→3Ca(OH),+2Na SiO,+2H,O(12-12)

3CaO·Al2O:·12H20+2NaOH→3Ca(OH),+NasO·Al,O.+10H2O(12-13)

3.膨脹性侵蝕

硫酸鹽與混凝土水化產物發生化學反應,對混凝土產生膨脹破壞作用,是典型的膨脹性侵蝕。硫酸鹽侵蝕是混凝土化學侵蝕中最廣泛和最普通的形式,如硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣、硫酸鎂等硫酸鹽的侵蝕作用。土壤的地下水是一種硫酸鹽溶液,土壤硫酸鹽的濃度超過一定限值時就會對混凝土產生侵蝕作用。在污水處理廠、化纖工業、制鹽、制皂業等廠房附近的地下水中,硫酸鹽濃度較高,經常發現有混凝土結構物的硫酸鹽侵蝕破壞現象。硫酸鹽也是海水的主要成分。

硫酸鹽侵蝕過程中產生石膏、鈣礬石和鈣硅石是引起混凝土腐蝕破壞的主要原因。

溶液中的硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂與水泥水化產物Ca(OH)。反應生成石膏,以硫酸鈉為例,發生如下的化學反應:

Ca(OH)2+Na2SO,·10H2O→CaSO,·2H2O+2NaOH+8H,O(12-14)在流動的水中,反應可不斷進行,直至Ca(OH)。被完全消耗;在不流動的水中,隨著Na(OH)。

的聚集,可達到化學平衡,一部分SO,以石膏析出。Ca(OH)。轉化為石膏,體積是原來的2倍

多,從而對混凝土產生膨脹破壞作用。

水泥熟料礦物CaA的水化產物水化鋁酸鈣(4CaO·Al2O,·19H,O)及水化單硫鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·CaSO。·18H2O)都能與石膏發生反應生成水化三硫鋁酸鈣(鈣礬石):

4CaO·Al2O3·19H20+3CaSO,+14H2O→3CaO·Al2Oa·3CaSO,·32H2O+Ca(OH)2

(12-15)

3CaO·Al,O,·CasO,·18H,O+2CaSO,+14H,O→3CaO·Al,O,·3CaSO,·32H2O

(12-16)鈣礬石的溶解度很低,容易在溶液中析出,水化鋁酸鈣和水化單硫鋁酸鈣轉化為鈣礬石,其體積有大量增加,從而對混凝土產生破壞作用。

硫酸鹽侵蝕過程中還產生另一種膨脹性產物——鈣硅石,其化學式為CaCO,·CaSO,.

CaSiO,·15H,O,是Ca(OH)。和CaCO;與無定形的SiO2及石膏在低溫下形成的。鈣硅石使混凝土表面產生脹裂,鼓泡和凸起等現象,混凝土變得松軟,強度降低。

由上述分析可知,硫酸鈣對混凝土產生鈣礬石和鈣硅石腐蝕,硫酸鈉、硫酸鉀和硫酸鎂對混凝土同時產生鈣礬石、鈣硅石和石膏腐蝕。而硫酸鎂還能與水化硅酸鈣發生如下的化學反應:

3CaO·2SiO。·3H20+3MgSO,+10H20→3(CaSO,·2H2O)

+3Mg(OH)2+2SiO2·4H20(12-17)

由此可見,硫酸鎂還能分解水泥水化產物——水化硅酸鈣,破壞其膠凝性,比其他硫酸鹽具有更強的破壞作用。

受硫酸鹽侵蝕的混凝土的特征是表面發白,損壞一般從棱角開始,接著裂縫開展,表層剝落,使混凝土成為一種易碎的,甚至松散的狀態。受硫酸鹽侵蝕的混凝土強度變化一般經歷兩個階段:在侵蝕初期,由于新生成的鹽結晶體的體積增長,使混凝土孔隙率變小,密實度提高;此時混凝土強度有所提高;在侵蝕后期,由于大量膨脹性產物在孔結構內的膨脹應力不斷增長,使孔結構遭到破壞,內部微裂縫不斷擴展,導致混凝土強度不斷降低。同濟大學通過系列試驗研究獲得了受硫酸鈉溶液侵蝕后混凝土抗壓強度的變化規律,如圖12-7所示。

圖12-7受硫酸鈉溶液侵蝕后 混凝土抗壓強度的變化

圖12-7受硫酸鈉溶液侵蝕后

混凝土抗壓強度的變化



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