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第三节:化学侵蚀
2.硫酸盐侵蚀
化学侵蚀最广泛和 最普通的形式是硫 酸盐的侵蚀。
图为被硫酸盐腐蚀土壤破坏的混泥土柱
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第三节:化学侵蚀
硫酸盐侵蚀的机理
硫酸盐侵蚀引起的危害性包括混凝土的整体开裂和膨胀以及
水泥浆体的软化和分解。 水泥中的C3A含量过高将使混凝土遭受硫酸盐腐蚀，其主要原
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第三节:化学侵蚀
1.渗滤和盐霜
当水分能经材料渗出时，无论连续或间歇的， 或当暴露的表面受干湿交替作用时，混凝土的表面 几乎常常出现盐霜。盐霜由沉积的盐类所组成，这 些盐类可能是混凝土渗析出的盐经蒸发水分后的结 晶，或与大气中二氧化碳相互作用的结晶而生成。 典型的盐类为硫酸盐、钠、钾或钙的碳酸盐，其主 要组成是碳酸钙。
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W/C 0.40 0.45 0.50 0.60 0.70 >0.70
养护时间/d 3 7 28
180 365 不可能形成
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第一节：混凝土的渗透性
掺入辅助胶凝材料，特别是硅灰，可以 显著降低渗透性——事实上这种下降比仅降 低水胶比W/C的效果更明显。硅灰的掺入同 时减小了孔隙率和孔的尺寸。
硫酸盐腐蚀的三个过程：
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第一节：混凝土的渗透性
水泥浆的Kp不是常数，此值决定与W/C比和水泥浆的龄期
密实的充分水化的水泥浆体
水泥浆体的泥龄对渗透系数的影响（W/C=0.51)
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第一节：混凝土的渗透性
经过养护后的浆体渗透系数是非常 小的，即使总孔隙率高时，其渗透系数 与低孔隙率的岩石同级。因此可总结为 水并不能顺利通过细小的胶孔，其渗透 性受互相连通的毛细孔网络所控制。如 继续水化，则由于C-S-H凝胶的形成而 堵塞了互相连通的孔，使毛细管网络变 得愈加扭曲，并伴有Kp不断减小。达到 出现完全不连通毛细孔所需要的养护时 间是W/C的函数。
混凝土的耐久性
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目录
混
凝 土 的 渗 透
化 学
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概述
混凝土的耐久性的含义：
抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成 的侵蚀和破坏，而保持其原有性能不变的能力。 混凝土的三个主要成分：集料、浆体和加筋材 料，其中任一组分的有害性质都会使混凝土损 坏，同时也可由于化学的或物理的因素而损坏。
（4）
所形成的硅胶，如反应式（3）所示，可以与MH缓慢反应形成无
胶凝性的硅酸镁晶体。当MgSO4 浓度很高时，硫铝酸盐腐蚀完全被镁 盐腐蚀所取代。
反应式（3）和（4）由于氢氧化镁的不溶性而继续进行。MH的沉淀也增
加了石膏腐蚀的速率：
CH

M
S
(aq)

CSH2

MH ppt课件
（5）
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第三节:化学侵蚀
＊ W/C比对混凝土耐久性起双重的作用，因为低W/C 比也能增加混凝土的强度，从而改善混凝土抵抗 因有害反应而产生内应力的破坏。
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第一节：混凝土的渗透性
达西定律
反映水流通过水泥浆体的流速规律
表达式：v

Kp
h x
v —— 水的速度 h —— 龙头（水压力） x —— 试件的厚度； Kp —— 渗透系数
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第二节:化学迁移
大部分混凝土都含有毛细孔水，化学迁移将由孔溶 液和化学物质的相互作用控制。酸将溶解水泥浆体的组 成和一些集料，从而提高了混凝土的渗透性和扩散系数。 一些有机物会形成钙皂，将减小渗透性，但大部分碳氢 化合物与混凝土不发生反应。一些无机盐，如氯化钠和 氯化钙将对混凝土产生像冻融破坏加剧的物理作用或者 与混凝土内部的钢筋反应，使钢筋锈蚀。其他物质，如 硫酸盐由于化学侵蚀使混凝土严重损伤。
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概述
化学侵蚀： 渗滤和盐霜，硫酸盐腐蚀，碱--集料反应， 酸类和碱类，金属的腐蚀；
物理腐蚀包括： 冻融，干湿，温度变化，磨损和磨耗。
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破坏的钢筋混凝土结构
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第一节：混凝土的渗透性
＊ 对耐久性影响最大的单一参数是水灰比W/C （或水胶比W/cm）。
＊ 如果W/C比减小，则浆体的孔隙率减少，混 凝土变得不透水。

CH SO42 (aq) C S H2 2OH (aq)
（2）
此反应又称为石膏腐蚀，因为它伴随固体体积产生约120%的 膨胀。对于较高的硫酸盐浓度，在10年甚至更长的时间内，石膏 腐蚀与式（1）所表达的钙矾石结晶腐蚀相比仍处于次要地位。然
而，长期暴露在硫酸盐环境中，即使硅酸盐水泥中铝酸盐浓度较 低，石膏腐蚀也将称为破坏的主要原因。
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第三节:化学侵蚀
盐霜的产生表明在混凝土内部发生了明显的渗 滤，严重的渗滤导致孔隙率增加，从而降低混凝土 的强度和增加了受侵蚀性化合物作用的弱点。氢氧 化钙是水化产物，它最易从混凝土中渗出；C-S-H凝 胶本来是不分解的，只有长期处于严重渗滤条件下 才会分解。因此，氢氧化钙含量多的水泥浆体，更 易于渗滤和起霜，在不利条件下损坏的可能性更大。 渗出速率取决于渗透水中含有各种溶解盐的总量。
因是单硫型铝酸盐形成钙矾石。



C3 A S H12 2C S H2 16 H C6A S 3 H32
（1）
此反应伴有固体体积增加55%，引起浆体内部体积膨胀，并同 时产生内应力，最后导致开裂。体积膨胀也可由微晶状态的钙矾石 吸水引起。
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第三节:化学侵蚀
硫酸盐腐蚀开始是硫酸根离子和氢氧化钙反应：
＊ W/C比的变化对渗透性的影响主要受制于毛 细孔的孔隙率，而不是凝胶孔的孔隙率。
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第一节：混凝土的渗透性
水灰比对渗透性的影响图
当W/C比大于0.42 后，毛细孔的体积 将明显增加。
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第一节：混凝土的渗透性
＊ 混凝土的渗透性对混凝土耐久性起着重要的作用， 因为渗透性控制着水分渗入的速率，这些水可能 含有侵蚀性的化合物，同时也控制混凝过程中受 热或冰冻时水的移动。
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第三节:化学侵蚀
不同硫酸盐的影响
硫酸镁腐蚀性较强，因为由于存在镁离子，有可能增加额外的腐 蚀反应，从而使C-S-H和硫铝酸钙分解：
C3S2H3 3M S(aq) 3CSH2 3MH 2SHx
（3）
C4 ASH12 3M S(aq) 4CSH2 3MH AH3