抗折强度随时间的变化
抗压强度（ＭＰａ）
浸泡时间（ｄ）
图２
模拟溶液 ｐＨ
值
２．７，ＳＯ
２－ ４
浓度
０．００ｍ
ｏｌ／Ｌ
时，
砂浆的抗压强度变化曲线
从数据和图表可以看出：在 ＳＯ４２－ 浓度 ０．００ｍｏｌ／Ｌ 时，砂浆的抗折强度在 ７０ 天中，损失了 ２１．８％，抗压强 度损失了 ３０．１％。这是由于 Ｈ＋ 和 Ｃａ（ＯＨ）２、水化硅酸钙 反应，生成可溶性盐，被水溶解。其破坏速度在很大程度 上取决于反应产物的结构及其可溶性。反应产物的可溶 性越高，被侵蚀溶液带走的数量越多，破坏速度就越快。 钙盐的生成并溶出可使反应不断进行，使混凝土的碱度 和强度不断降低。
Ｃａ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋ → Ｃａ２＋＋２Ｈ２Ｏ ｎＣａＯ·ｍＳｉＯ２＋２ｎＨ＋ → ｎＣａ２＋＋ｍＳｉＯ２＋ｎＨ２Ｏ ｎＣａＯ·ｍＡｌ２Ｏ３＋２ｎＨ＋ → ｎＣａ２＋＋ ｍＡｌ２Ｏ３＋ｎＨ２Ｏ ４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３·１２Ｈ２Ｏ＋３ＳＯ４２–＋２Ｃａ（ＯＨ）２＋２０Ｈ２Ｏ→ ３ＣａＯ· Ａｌ２Ｏ·３ ３ＣａＳＯ４·３１Ｈ２Ｏ＋６ＯＨ– Ｃａ（ＯＨ）２＋ ＳＯ４２–＋２Ｈ２Ｏ → ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ– 钙矾石生成后，比反应物的体积要大 １．５ 倍以上。 如有石膏生成，则其体积会增大 １．２４ 倍。他们都可引起 很大内应力，其破坏特征是在表面出现几条较粗大的裂 缝。如果石膏的溶解度较高，还可能发生如下化学反应： Ｎａ２ＳＯ４·１０Ｈ２Ｏ＋Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ＋２ＮａＯＨ＋８Ｈ２Ｏ
广东建材 ２００５ 年第 １０ 期
研究与探讨
酸雨对水泥基材料的腐蚀
罗永帅 （浙江省杭州市南正工程监理有限公司 ３１０００２） 周飞鹏 王立久 （辽宁省大连市大连理工大学土木水利学院 １１６０２４）
摘 要：本文主要阐述了酸雨对砂浆的危害。酸雨的危害主要是由于其中含有的 Ｈ＋ 离子，ＳＯ４２－ 离
子对混凝土产生腐蚀。通过周期浸泡法，对砂浆试件进行了酸雨侵蚀的模拟，研究其抗压和抗折强度 变化。
混凝土碳化，主要是混凝土中氢氧化钙与大气中有 害酸性介质二氧化碳在潮湿的环境下相互作用，生成碳 酸钙的一种酸碱中和反应。在某些条件下，混凝土的碳 化会增加其密实性，但由于碳化会降低混凝土的碱度， 使混凝土失去对钢筋的保护作用，给混凝土中钢筋带来 不利影响。酸雨中含有的 Ｃ１－ 离子对金属有强烈的腐蚀 作用。对钢筋混凝土而言，Ｃｌ－ 离子主要是渗透到混凝土 中对其内钢筋产生腐蚀，钢筋锈蚀发展可使混凝土开 裂、脱落，致使结构破坏。因为其不是本文的主要研究内 容，所以就不多赘述了。
关键词：酸雨 腐蚀
１ 前言
简单地说，酸雨就是酸性的雨。具体是指 ｐＨ 值低于 ５．６ 的雨水，它是通过降雨的形式将大气中的酸性物质 迁移到地面而形成的。未被污染的雨雪是中性的，ｐＨ 值 接近于 ７；当它被大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性，ｐＨ 值为 ５．６５。随着工业化和能源消费增多，酸性排放物也 日益增多，它们进入空气中，经过一系列作用就形成了 酸雨。自然界最常见的能成酸的气体是二氧化碳，其次 是氯气和二氧化硫。７０％的酸雨是由二氧化硫引起的，其 余 ３０％由各种氮的氧化物引起，其反应方程如下：
３ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ＋３ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３·１９Ｈ２Ｏ →３ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３·３Ｃａ－ ＳＯ４·３１Ｈ２Ｏ
混凝土中 Ｃａ（ＯＨ）２ 反应生成石膏，可使体积膨胀约 ２ 倍。第二个式子是石膏进一步与混凝土中铝酸三钙反 应，生成硫铝酸钙，其体积又可膨胀 ２ 倍。由此产生的巨 大应力，足以引起混凝土微观结构甚至宏观破坏。此类 化学侵蚀有时非常严重。除建筑物外，还常见于混凝土 道路、桥梁、机场等。此外，硫酸盐渗入混凝土中，在干湿 交替的条件下，发生结晶（吸水）也能引起体积膨胀。
３．３ 测试项目
抗压强度用液压式万能试验机采集，抗折强度用 ＫＺＪ－ 水泥电动抗折试验机采集。每两个循环进行一次 试验。试验数据均采用三个平行试件进行，本文给出的 结果是三次测试的平均值。
３．４ 试验数据分析
⑴模拟溶液 ｐＨ 值为 ２．７，ＳＯ４２－ 浓度为 ０．００ｍｏｌ／Ｌ 时，砂浆的强度变化，具体数据见表 ２。
ＳＯ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ １）→２Ｈ＋（ａｑ）＋ＳＯ４２－（ａｑ）（ｇ） ２ＮＯ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ １）→２Ｈ＋（ａｑ）＋２ＮＯ３－（ａｑ）＋Ｈ２
２ 腐蚀机理
酸雨对混凝土和砂浆的腐蚀是因为水泥水化产物 主要为碱性的硅酸盐、铝酸盐及相当数量的 Ｃａ（ＯＨ）２，酸 性介质首先与 Ｃａ（ＯＨ）２ 发生中和反应，急剧降低混凝土 介质碱度。随着混凝土碱度的降低，水化硅酸钙和水化 铝酸钙失去稳定性而水解、溶出，导致了混凝土强度不 断下降。其反应式如下：
３ 试验研究
３．１ 主要原材料
砂子采用大连产的河砂，中砂，细度模数 ２．９０，堆 积密度 １．３８ｇ／ｃｍ３，表观密度 ２．６６ｇ／ｃｍ３，含泥量 ２．３％， 含水率 ５．４％。级配合格。
水泥采用大连水泥厂 ３２．５Ｒ 普通硅酸盐水泥，水泥 的技术指标见表 １。
表 １ 水泥的主要技术指标
抗折强度（ＭＰａ） ３天 ２８天
２－ ４
浓度
０．００ｍ
ｏｌ／Ｌ
时，
砂浆的抗折强度变化曲线
浸泡时间（ｄ）
图４
模拟溶液 ｐＨ
值
２．７，ＳＯ
２－ ４
浓度
０．０６ｍ
ｏｌ／Ｌ
时，
砂浆的抗压强度变化曲线
－ １４ －
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研究与探讨
从数据和图表可以看出：在 ＳＯ４２－ 浓度 ０．０６ｍｏｌ／Ｌ 时，砂浆的抗折强度在 ７０ 天中损失了 ３０．９％，抗压强度
表２
模拟溶液 ｐＨ
值
２．７，ＳＯ
２－ ４
浓度
０．００ｍ
ｏ／Ｌ
时，
砂浆的抗压、抗折强度
浸泡时间（天） １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０
抗折强度（ＭＰａ） ５．０８ ５．０５ ５．００ ４．７３ ４．７１ ４．６２ ３．９７
抗压强度（ＭＰａ） ２３．９８ ２２．９４ ２２．０４ ２０．６０ ２０．５８ １８．５６ １６．７７
３．２ 试验方法
我国的大部分酸雨属于硫酸型酸雨。因此本试验的 酸雨模拟主要是以控制 ｐＨ 值和 ＳＯ４２－ 离子浓度为主，试 验模拟了在 ｐＨ 均为 ２．７，ＳＯ４２－ 浓度为 ０．００ｍｏｌ／Ｌ、０．０６ ｍｏｌ／Ｌ、０．１０ｍｏｌ／Ｌ 三种情况下，砂浆的抗压和抗折强度 的变化情况。
试验采用周期浸泡法，将砂浆试件浸泡于 ３０Ｌ 的模 拟酸雨中，４ 天后再取出，让其自然干燥 １ 天，然后再浸 泡 ４ 天，干燥 １ 天，这样交替进行。五天为一个循环，进 行 １４ 个循环，共 ７０ 天。模拟酸雨溶液的 ｐＨ 值每天用酸 度计进行测量，然后再用浓硝酸调节到 ｐＨ 值为 ２．７。采 用这种方法是为了较好的模拟酸雨对混凝土的腐蚀，由 于毛细管的作用，在混凝土被浸时，侵蚀性介质就被吸 收到混凝土深处，而干燥时侵蚀介质又向混凝土的蒸发 面转移，这种干湿交替的腐蚀过程反复发生，再加上温 度的变化影响和液相运动，使这种腐蚀过程更加强烈。
供了通道，强度又迅速下降。
⑶模拟溶液 ｐＨ 值为 ２．７，ＳＯ４２－ 浓度为 ０．１０ｍｏｌ／Ｌ 时，砂浆的强度变化，具体数据见表 ４。
表４
模拟溶液 ｐＨ
值
２．７，ＳＯ
２－ ４
浓度
０．１０ｍ
ｏｌ／Ｌ
时，
砂浆的抗压、抗折强度
浸泡时间（天） １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０
抗折强度（ＭＰａ） ５．３２ ４．８７ ３．５２ １．８２ １．０３ ０．９３ ０．８３
抗压强度（ＭＰａ） ３天 ２８天
烧失量 （％）
氧化镁 （％）
三氧化 硫（％）
安定性
４．０ ６．８ ２０．０ ４０．０ ≤３．６ ≤３．５ ≤５．０ 合格
－ １３ －
研究与探讨
广东建材 ２００５ 年第 １０ 期
水为普通自来水。 砂浆试件规格：４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ，配比∶水泥∶ 砂∶水 ＝１∶４．５∶０．６５，砂浆成型后在标准养护室养护 ２８ 天。
损失了 ２０．９％。抗折强度损失比 ３．４⑴大了许多，这说明
在 ＳＯ４２－ 存在的条件下，对砂浆的腐蚀更加剧烈。在图 ４ 中可看到在腐蚀 ２０ 天时，砂浆抗压强度有所提高，这是
因为 ＳＯ４２－ 离子和水化铝酸钙反应生成钙矾石，体积膨 胀，对砂浆的抗压强度有所加强。但后期，随着钙矾石的
增多，体积膨胀过多，产生裂缝增加，对侵蚀液的渗透提
⑵模拟溶液 ｐＨ 值为 ２．７，ＳＯ４２－ 浓度为 ０．０６ｍｏｌ／Ｌ 时，砂浆的强度变化，具体数据见表 ３。
表３
模拟溶液 ｐＨ
值
２．７，ＳＯ
２－ ４
浓度
０．０６ｍ
ｏｌ／Ｌ
时，
砂浆的抗压、抗折强度
浸泡时间（天） １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０
抗折强度（ＭＰａ） ５．６７ ５．６７ ５．２０ ４．７５ ４．７０ ３．９７ ３．９２
ｏｌ／Ｌ
时，
砂浆的抗压强度变化曲线
从数据和图表可以看出：在 ＳＯ４２－ 浓度 ０．１０ｍｏｌ／Ｌ 时，砂浆的抗折强度在 ７０ 天中，损失了 ８４．４％，几乎损
失殆尽，抗压强度损失了 ５０．２％。这说明随着 ＳＯ４２－ 离子 浓度的增大，对砂浆的腐蚀也更加剧烈。
进行，如像真正酸雨一样冲淋在建筑材料表面，虽然 ｐＨ 值没有这么低，但是由于雨落下时带有一定的冲击压 力，并且是流动水，腐蚀时间长，那么腐蚀的程度也是不 容忽视的。要提高抗酸雨能力，要注意以下几点：①最大 限度地提高混凝土的密实性；②采用抗硫酸盐水泥，掺 加硅灰、优质粉煤灰和防硫酸盐添加剂。③产生酸雨的 根本原因是矿物燃料燃烧过程中产生大量的酸性气体， 因此，要从根本上解决问题就要减少或停止使用矿物燃 料，采用清洁或能再生的能源，改用含硫量低的矿物燃 料，控制汽车尾气排放。总之要从根本上杜绝 ＳＯ２、ＮＯ、 ＮＯ２ 的排放，才是解决酸雨问题的根本方法。●