简述工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏特征及其防护措施Word文件下载.docx
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防护措施
【作者】邢志水;
【作者单位】中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222;
中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222;
天津市滨海新区塘沽水利工程公司天津300451
【正文语种】中文
【中图分类】工业技术
2013年第32卷第3期.DWRHE水利水电工程设计·
9.简述工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏特征及其防护措施邢志水金琼宋金利摘要通过对工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏情况的现场调研与文献综述,总结出引起工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏的侵蚀源有城市污水、地下水、山体渗漏水、黄铁矿以及原材料中携带的硫酸盐或硫化物。
工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏特征主要表现为基体开裂,表层剥落,结构松软粉化,强度降低,内聚力丧失,甚至呈泥状;
长期侵蚀条件下,可能出现综合性破坏形式;
结构破坏的同时,裂纹内或基体表面常析出白色结晶盐。
工程混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素比较复杂,需要综合防护。
关键词混凝土硫酸盐侵蚀破坏防护措施中图分类号TV42+1.2文献标识码A文章编号1007-6980(2013)03-0009-03混凝土硫酸盐侵蚀是指水泥水化产物与来自外界环境的硫酸盐或混凝土内部存在的硫酸盐之间的一系列复杂的、相互交叉的物理化学过程[11,根据侵蚀产物的类型可分为石膏型、钙矾石型、碳硫硅钙石型和结晶型硫酸盐侵蚀。
混凝土硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的主要原因之一。
对于混凝土硫酸盐侵蚀的相关研究已经有100多年的历史『21,有关水泥净浆、砂浆和混凝土硫酸盐侵蚀环境中的性能和行为方面的研究,绝大多数都是在实验室条件下进行的,关于工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏的微结构及化学变化的研究相对较少[31,关于硫酸盐侵蚀引起的工程混凝土劣化形式和破坏特征仍不明确,对工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏进行调查,并做总结分析,对界定和评价工程破坏类型具有重要的现实意义和指导价值。
本文研究目标是总结不同侵蚀源引起的混凝土硫酸盐侵蚀破坏规律,简述工程混凝土硫酸盐侵蚀的破坏特征,概述工程混凝土硫酸盐侵蚀防护措施。
1不同侵蚀源引起的破坏规律1.1城市污水城市污水组成比较复杂,造成污水处理系统及其周边的混凝土工程不同类型的破坏形式,硫酸盐侵蚀破坏是其中的一种。
污水处理系统混凝土结构的破坏主要集中在水位变动区以及最高水位以上一定范围内,水下结构破坏不明显。
周边混凝土结构的破坏一般基础比较严重,地上结构破坏分布在一定的高度范围内,且自上而下侵蚀破坏程度递增,不同构件根据其距离侵蚀源由远到近侵蚀破坏程度递增。
1.2地下水地下水引起的混凝土硫酸盐侵蚀破坏是最普遍最复杂的,主要与混凝土结构所处的土壤、地下岩层及水系(如海洋、河流、湖泊等)等有关。
我国对土壤腐蚀研究工作开始于1958年[41,中国建筑科学研究院在全国范围内建设土壤腐蚀试验站,埋设混凝土、钢筋混凝土、水泥砂浆及其他多种材料『4-9],通过长期野外试验研究,马孝轩等根据土壤对混凝土材料的腐蚀性将我国主要土壤分成了中碱性土壤、酸性土壤、内陆盐土和滨海盐土4种类型,其中内陆盐土和滨海盐土属强腐蚀性土壤。
1.3山体渗漏水山体渗漏水中携带了岩石中的硫酸盐,渗入混凝土,造成了硫酸盐侵蚀破坏。
例如我国西部『101建在第三系红色混黏土石膏岩、黏土粒状石膏层或白垩系红色砂岩、铁质黏土质砂岩及砂质铁质黏土页岩之上的一些混凝土建筑遭受了不同程度的硫酸盐侵蚀破坏。
瑞士(3]某高速公路的一条竖直通风井道混凝土衬砌遭受严重劣化,衬砌依附的山体沉积岩中含有石膏和硬石膏,渗漏水携带的硫酸根离子造成了混凝土衬砌的侵蚀破坏。
与渗漏水直接接触的混凝土衬砌外表面破坏较严重,破坏深度约有几厘米,在混凝土质量较差或衬砌较薄的区域,山体岩石渗漏水会渗透达到衬砌内表面,并造成内表面严重剥落。
2013年第32卷3期.DWRHE水利水电工程设计·
9邢志水金琼宋金利摘要通过对工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏情况的现场调研与文献综述,总结出引起工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏的侵蚀源有城市污水、地下水、山体渗漏水、黄铁矿以及原材料中携带的硫酸盐或硫化物。
工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏特征主要表现为基体开裂,表层剥落,结构松软粉化,强度降低,内聚力丧失,甚至呈泥状;
长期侵蚀条件下,可破坏防护措施中图分类号A文章编号1007-6980(2013)03-0009-03混凝土硫酸盐侵蚀是指水泥水化产物与来自外界环境的硫酸盐或混凝土内部存在的硫酸盐之间的一系列复杂的、相互交叉的物理化学过程[11,据侵蚀产物的类型可分为石膏型、钙矾石型、碳硫硅钙石型和结晶型硫酸盐侵蚀。
混凝土硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的主要原因之一。
历史『21有关水泥净浆、砂浆和混凝土硫酸盐侵蚀环境中的性能和行为方面的研究,绝大多数都是在实验室条件下进行的,关于工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏的微结构及化学变化的研究相对较少[31关于硫酸盐侵蚀引起的工程混凝土劣化形式和破坏特征仍不明确,对工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏进行调查,并做总结分析,对界定和评价工程破坏类型具有重要的现实意义和指导价值。
本文研究目标是总结不同侵蚀源引起的混凝土硫酸盐侵蚀破坏规律,简述工程混凝土硫酸盐侵蚀的破坏特征,概述工程混凝土硫酸盐侵蚀防护措施。
1.1城市污水城市污水组成比较复杂,造成污水处理系统及其周边的混凝土工程不同类型的破坏形式,硫酸盐侵蚀破坏是其中的一种。
污水处理系统混凝土结构的破坏主要集中在水位变动区以及最高水位以上一定范围内,水下结构破坏不明显。
周边混凝土结构的破坏一般基础比较严重,地上结构破坏分布在一定的高度范围内,且自上而下侵蚀破坏程度递增,不同构件根据其距离侵蚀源由远到近侵蚀破坏程度递增。
1.2地下水地下水引起的混凝土硫酸盐侵蚀破坏是最普遍最复杂的,主要与混凝土结构所处的土壤、地下岩层及水系(如海洋、河流、湖泊等)等有关。
我国对土壤腐蚀研究工作开始于1958年[41中国建筑科学研究院在全国范围内建设土壤腐蚀试验站,埋『4-9]通过长期野外试验研究,马孝轩等根据土壤对混凝土材料的腐蚀性将我国主要土壤分成了中碱性土壤、酸性土壤、内陆盐土和滨海盐土4种类型,1.3山体渗漏水山体渗漏水中携带了岩石中的硫酸盐,渗入混凝土,造成了硫酸盐侵蚀破坏。
例如我国西部『101建在第三系红色混黏土石膏岩、黏土粒状石膏层或白垩系红色砂岩、铁质黏土质砂岩及砂质铁质黏土页岩之上的一些混凝土建筑遭受了不同程度的硫酸盐侵蚀破坏。
瑞士(3]某高速公路的一条竖直通风井道混凝土衬砌遭受严重劣化,衬砌依附的山体沉积岩中含有石膏和硬石膏,渗漏水携带的硫酸根离子造成了混凝土衬砌的侵蚀破坏。
与渗漏水直接接触的混凝土衬砌外表面破坏较严重,破坏深度约有几厘米,在混凝土质量较差或衬砌较薄的区域,山体岩石渗漏水会渗透达到衬砌内表面,·
10.水利水电工程设计DWRHE.2013年第32卷第3期1.4黄铁矿黄铁矿引起混凝土劣化比较复杂,表现为综合性侵蚀破坏。
在一定湿度条件下,FeS2会被氧化生成低pH值的硫酸盐溶液,使混凝土结构遭受硫酸盐侵蚀和酸侵蚀。
反应方程式为:
2FeS2+7.502+H20-*Fe2(S04)3+H2S04我国新疆某水利枢纽发电洞竖井f11】是其中的一例。
竖井岩壁竖直方向分布有裸露的矿脉带Rml,宽20—50cm,在矿脉带内,高程601.0m以下为黄铁矿,高程601.0m以上为黄铁矿氧化后形成的黄钾铁矾(35%—400/0)。
竖井混凝土受到酸侵蚀、硫酸盐侵蚀和镁离子结晶侵蚀等综合性强侵蚀破坏多处严重渗漏。
1.5混凝土原材料水泥熟料中常含有一定数量的硫酸根离子,大部分硫酸根离子存在于贝利特相,其次是阿利特相和铝相,在铁相中的含量可以忽略。
熟料中的硫酸盐慢慢转移到液相中,在S03含量超标时,就具有潜在危害性。
在复合水泥中掺人的混合材料中也可能含有一定数量的S03,如脱硫塔处收集的粉煤灰可能含有大量的硫化物,主要是亚硫酸钙。
骨料中可能含有硫酸盐或硫化物。
含石膏骨料引起混凝土内部硫酸盐侵蚀特征为:
钙矾石等侵蚀产物富集在边缘为石膏富集区的骨料与基体的界面过渡区,并向基体扩展,造成界面过渡区和邻近的基体结构疏松,显微硬度降低,围绕骨料形成立体空心圆球形的腐蚀产物生成区。
钙矾石等侵蚀产物分布规律表现为在临近骨料的界面过渡区含量很高,基体内相对较低,距离骨料越远腐蚀产物含量就越少。
骨料中含有的硫化物较典型的是铁矿石FeS2,这种破坏与黄铁矿相似。
用作拌合水的自来水或地下水硫酸盐含量可能超标,引发内部硫酸盐侵蚀,应该引起足够重视。
2侵蚀破坏特征2.1黄河上游某水电站黄河上游某水电站地处土壤对混凝土材料具有强腐蚀性的内陆盐土地区。
在大坝底部1547.00m高程处设有灌浆廊道,灌浆廊道内几乎所有的引流管和裸露预埋钢筋件都遭到不同程度的锈蚀破坏,排水沟底出现多处起鼓开裂现象,排水沟壁砂浆大面积开裂、剥落,局部呈泥状,无强度,且表层有白色结晶盐析出。
2.2西部某输水灌溉工程工程地处沙漠边缘,属于低降雨、高蒸发的干旱地区,昼夜温差大。
灌溉造成局部地区地下水位上升,产生严重的次生盐碱化,随着水分蒸发高度矿化的地下水中的盐分不断在地表积累,渗入混凝土结构中,造成侵蚀破坏。
泵站护栏墙壁表面析出大量白色结晶盐,砂浆层开裂、剥落,输水管混凝土支墩表面析出结晶盐,局部开裂剥落粉化,骨料外露:
泵站厂房地下室内积水,地板表面和柱体底部破坏较严重,剥落混凝土块零散分布,浸在积水中。
2.3湖北某隧道工程隧道洞身穿过的地层围岩主要为层状泥岩、泥质泥岩、泥质灰岩、层状灰岩和白云质灰岩等。
施工过程中,选用了山体开挖出的部分岩石破碎而成的机制骨料,其中的含石膏白云岩造成了内部硫酸盐侵蚀。
隧道排水沟局部混凝土开裂、软化强度已部分或全部丧失:
部分仰拱及仰拱回填混凝土已成泥浆状:
局部地段拱部及边墙混凝土出现纵向、斜向及网状裂纹,两处拱顶剥落,钢筋外露;
部分地段路面出现断裂和隆起现象严重板间最大开裂为15cm,最大凸起为34cm;
部分板内裂缝纵横交错,呈网状分布:
隧道二次衬砌局部渗水、滴水现象明显;
探槽与钻孔揭示隧道仰拱和铺底下部出现空洞f1212.4西部某水电站山体衬砌混凝土工程枢纽坝址区位于祁连山背斜带东南边缘,属中生代、新生代内陆断陷带。
坝区出露的地层为白垩系红色岩层及松散沉积物,两者呈角度不整合接触。
坝顶左侧山体表面铺设的衬砌选用C20混凝土,最厚处厚度达到1m左右,衬砌顶部设有排水管道,渗流水经排水管道再由公路排水沟排出。
山体渗水较严重,表面分布多处白色结晶盐层。
衬砌表面有水渗出,析出大片白色结晶盐,局部混凝土表面剥落,钢筋裸露,衬砌表面沥青防护层被腐蚀,起鼓剥落;
坝体左岸排水沟侧壁和底部砂浆大面积开裂、剥落和粉化,表面和裂缝中析出大量结晶盐。
3防护措施3.1影响因素混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素比较复杂,总体来说可以分为内因和外因,即混凝土本身的性10水利水电工程设计DWRHE.2013年第32卷第3期1.4黄铁矿黄铁矿引起混凝土劣化比较复杂,表现为综合性侵蚀破坏。
在一定湿度条件下,FeS2会被氧化生成低pH值的硫酸盐溶液,使混凝土结构遭受硫酸盐侵蚀和酸侵蚀。
2FeS2+7.502+H20-*Fe2(S04)3+H2S04宽20—50cm在矿脉带内,高程601.0m以下为黄铁矿,高程601.0m以上为黄铁矿氧化后形成的黄钾铁矾(35%—400/0)。
竖井混凝土受到酸侵蚀、硫酸盐侵蚀和镁离子结晶侵蚀等综合性强侵蚀破坏1.5混凝土原材料水泥熟料中常含有一定数量的硫酸根离子,大部分硫酸根离子存在于贝利特相,其次是阿利特相和铝相,在铁相中的含量可以忽略。
熟料中的硫酸盐慢慢转移到液相中,在S03含量超标时,就具有潜在危害性。
在复合水泥中掺人的混合材料中也可能含有一定数量的S03,如脱硫塔处收集的粉煤灰可能含有大量的硫化物,主要是亚硫酸钙。
含石膏骨料引起混凝土内部硫酸盐侵蚀特征为:
钙矾石等侵蚀产物富集在边缘为石膏富集区的骨料与基体的界面过渡区,并向基体扩展,造成界面过渡区和邻近的基体结构疏松,显微硬度降低,围绕骨料形成立体空心圆球形的腐蚀产物生成区。
钙矾石等侵蚀产物分布规律表现为在临近骨料的界面过渡区含量很高,基体内相对较低,距离骨料越远腐蚀产物含量就越少。
骨料中含有的硫化物较典型的是铁矿石FeS2,这种破坏与黄铁矿相似。
用作拌合水的自来水或地下水硫酸盐含量可能超标,引发内部硫酸盐侵蚀,应该引起足够重视。
黄河上游某水电站地处土壤对混凝土材料具有强腐蚀性的内陆盐土地区。
在大坝底部1547.00m高程处设有灌浆廊道,灌浆廊道内几乎所有的引流管和裸露预埋钢筋件都遭到不同程度的锈蚀破坏,排水沟底出现多处起鼓开裂现象,排水沟壁砂浆大面积开裂、剥落,局部呈泥状,无强度,工程地处沙漠边缘,属于低降雨、高蒸发的干旱地区,昼夜温差大。
灌溉造成局部地区地下水位上升,产生严重的次生盐碱化,随着水分蒸发高度矿化的地下水中的盐分不断在地表积累,渗入混凝土结构中,造成侵蚀破坏。
泵站护栏墙壁表面析出大量白色结晶盐,砂浆层开裂、剥落,输水管混凝土支墩表面析出结晶盐,局部开裂剥落粉化,骨料外露:
泵站厂房地下室内积水,地板表面和柱体底部破坏较严重,剥落混凝土块零散分布,浸在积水中。
隧道洞身穿过的地层围岩主要为层状泥岩、泥质泥岩、泥质灰岩、层状灰岩和白云质灰岩等。
施工过程中,选用了山体开挖出的部分岩石破碎而成的机制骨料,其中的含石膏白云岩造成了内部硫酸盐侵蚀。
隧道排水沟局部混凝土开裂、软化强度已部分或全部丧失:
部分仰拱及仰拱回填混凝土已成泥浆状:
局部地段拱部及边墙混凝土出现纵向、斜向及网状裂纹,两处拱顶剥落,钢筋外露;
部分地段路面出现断裂和隆起现象严重板间最大开裂为15cm,最大凸起为34cm;
部分板内裂缝纵横交错,呈网状分布:
隧道二次衬砌局部渗水、滴水现象明显;
探槽与钻孔揭示隧道仰拱和铺底下部出现空洞f121枢纽坝址区位于祁连山背斜带东南边缘,属中生代、新生代内陆断陷带。
坝区出露的地层为白垩系红色岩层及松散沉积物,两者呈角度不整合接触。
坝顶左侧山体表面铺设的衬砌选用C20混凝土,最厚处厚度达到1m左右,衬砌顶部设有排水管道,渗流水经排水管道再由公路排水沟排出。
衬砌表面有水渗出,析出大片白色结晶盐,局部混凝土表面剥落,钢筋裸露,衬砌表面沥青防护层被腐蚀,起鼓剥落;
坝体左岸排水沟侧壁和底部砂浆大面积开裂、剥落和粉化,表面和裂缝中析出大量结晶盐。
33.1影响因素混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素比较复杂,总邢志水等·
简述工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏特征及其防护措施能和混凝土所处的环境条件。
提高混凝土本身的性能是研制抗硫酸盐侵蚀混凝土的出发点,主要控制胶凝材料的化学成分和混凝土抗渗性能,胶凝材料化学成分主要取决于水泥的化学成分和矿物组成、矿物掺合料种类和掺量,而影响混凝土抗渗性能的因素主要是水灰比、混凝土孔隙率及孔径分布、密实度以及外加剂等。
这两方面都很重要,不能厚此薄彼。
影响混凝土硫酸盐侵蚀的环境条件主要包括:
侵蚀溶液中S042-的浓度、温度、pH值、共存离子以及养护条件等。
3.2防护措施混凝土硫酸盐侵蚀受内外多种因素的影响,比较复杂,应采用综合性防护措施,即提高混凝土本身的性能,隔离或改善混凝土与环境水的直接接触情况。
提高混凝土本身的性能主要控制胶凝材料的化学成分和提高混凝土抗渗性能。
隔离或改善混凝土与环境水的直接接触主要在混凝土表面涂刷防护层。
选用抗硫酸盐侵蚀水泥,减少CA和C4AF的含量,控制C3S/C2S比值,控制熟料冷却速率,改善C3A的形态;
选择优质矿物掺合料,控制活性铝的含量,优化颗粒级配:
根据骨料的类型和颗粒级配,优化混凝土配合比,选用低水胶比,提高混凝土密实度,控制混凝土内部的孑L径分布和孔隙率,提高混凝土的抗渗性能:
科学规范施工,保温保湿养护,提高混凝土强度和耐久性,保证混凝土质量,满足各项指标:
根据工程环境条件,选用合适的表面防护措施,隔离环境水。
4结语
(1)工程混凝土硫酸盐侵蚀
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- 简述 工程 混凝土 硫酸盐 侵蚀 破坏 特征 及其 防护 措施
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