【西南交通大學】《建築材料》（全58講）李固華 P13 - 13. 4.5 硅酸鹽水泥的腐蝕

各位同學好 我們在上一節裡面 給同學們介紹了 龜山岩水泥的技術性質 希望同學們要牢牢掌握 因為這也是我們主要的 實驗內容之一 希望大家通過這一節的學習 能夠正確地判斷 我們水泥是否能夠在工程當中採用 那麼接下來給各位同學 將介紹龜山岩水泥的腐蝕 什麼是龜山岩水泥的腐蝕 我們是指在已硬化的水泥當中 由於某些腐蝕性的液體或氣體介質作用 會使水泥結構逐漸受到破壞 強度降低 起層剝落 嚴重時 引起整個工程結構的破壞 我們把這種現象 稱作為龜山岩水泥的腐蝕 那麼下面我們給同學們 介紹幾種常用的 常見的腐蝕內性 首先介紹一下軟水腐蝕 軟水 主要是指含重碳酸鹽較少的水 比如雨水 雪水 河水 湖水 蒸餾水 以及冷凝水等 腐蝕的積泥 主要是由於硬化的水泥時 由於毛細孔的存在 這些腐蝕介質可以由表積泥滲入 造成硬化水泥時當中的氫氧化鈣 溶解流失 那麼我們再看一下腐蝕的條件 對於軟水腐蝕 破壞性比較大的 是在流動的 有壓力的水中 因為這樣會使溶出的氫氧化鈣 溶失流走 那麼在靜止的水當中 破壞性相對較小 因為一旦氫氧化鈣達到飽和 腐蝕作用基本停止 好 我們下面看一下 當我們水泥石長期接觸軟水時 我們的氫氧化鈣 由於被不斷地溶出 會造成減度降低 那麼減度降低 會使水泥石當中 其他的高鈣的礦物 會發生晶形轉換 在這轉換過程當中 會使孔隙增加 另外 由於氫氧化鈣 由表積裡的溶出流失 也會使硬化的水泥石的孔隙率增大 所以 軟水造成的腐蝕 主要是使水泥石的孔隙率增大 而引起結構破壞 若水中含有重碳酸水 也就是我們俗稱的硬水 那麼這時候水泥石當中的氫氧化鈣 會和碳酸氫鈣反應 生成碳酸鈣和水 碳酸鈣我們同學們不陌生 在第二章石灰當中我們學過 因為生成的碳酸鈣是一種難溶的晶體 它沉聚在硬化的水泥石的孔隙上 可阻止外界水的侵入 防止氫氧化鈣的流失 所以這種自動填石作用 既可抑制軟水侵蝕的進行 各位同學 我們再看一下第二類腐蝕 硫酸鹽腐蝕 那麼硫酸鹽腐蝕的主要原因 是由於在海水、地下水 以及工業污水當中 常常含有的硫酸鹽 這種硫酸鹽能以硬化的水泥當中的氫氧化鈣 起置換反應 生成硫酸鈣 硫酸鈣又會和水泥當中的水化鋁酸鈣 在有水存在的情況下生成鈣反石 好 這些反應式 我們同學們可以一一看出它的整個過程 它的腐蝕破壞 就是由於生成的高硫型的水化硫鋁酸鈣晶體 它的體積會增加1到1.5倍 產生很大的膨脹壓力 那麼這種膨脹力 會在硬化的水泥石當中造成開裂 對水泥石的破壞作用很大 我們將這種增壯的水化硫鋁酸鈣 又稱作為水泥鈣鈞 那麼在我們西南地區 很多的隧道滲漏當中 我們都能看到這種硫酸鹽腐蝕 其次 當水中硫酸鹽濃度較高時 硫酸鈣硫酸鈉等 會直接在水泥石的毛細孔當中直接結晶 形成二水石膏或者十個水的硫酸鈉 體積都會增大 這種在硬化水泥石當中的體積增加 會造成膨脹破壞 好 我們再看第三類腐蝕類型 美鹽腐蝕 產生美鹽腐蝕的主要原因 是在海水地下水中 由於含有大量的美鹽 主要是指硫酸鎂和氯化鎂 它們與水泥石當中的氫氧化鈣 發生如下化學反應 同學們看一下 氯化鎂會和水泥石當中的氫氧化鈣起反應 生成氯化鈣和氫氧化鎂 硫酸鎂會和水泥石當中的氫氧化鈣 起反應生成石膏和氫氧化鎂 那麼在這三種生成物當中 我們看到氫氧化鎂是鬆軟 沒有交接能力的物質 氯化鈣呢 由於溶於水 會產生溶出腐蝕 而生成的二水石膏 會引起硫酸鹽腐蝕 所以既有溶出腐蝕 又有膨脹腐蝕 因此我們將硫酸鎂對水泥造成的腐蝕 稱作為鎂鹽和硫酸鹽的雙重腐蝕 同學們 我們再看一下下面碳酸腐蝕 碳酸腐蝕的主要原因 是在工業污水地下水當中 常溶解有超過平衡碳酸的二氧化碳 它會使水泥石當中的氫氧化鈣溶濕 減度降低 我們看一下下面的化學方程式 我們看到水泥當中的氫氧化鈣 會和二氧化碳在有水的情況下反應 生成碳酸鈣和水 碳酸鈣又會在超過平衡碳酸的二氧化碳 當中繼續和水發生化學反應 生成碳酸氫鈣 這是一個可逆的過程 那麼它的腐蝕破壞 就是由於生成的碳酸氫鈣 已溶於水 當水中含有較多的碳酸 並且超過平衡濃度時 反應會不斷地向右進行 造成氫氧化鈣濃度的降低和溶濕 這樣不但導致水泥當中的 其他水泥的水化物分解 而且也會使孔隙率有表極理不斷增大 使腐蝕作用進一步加劇 下面再給同學們介紹一下一般酸的腐蝕 一般酸的腐蝕的原因 主要是工業廢水、地下水、沼澤水當中 常含有無極酸和有機酸 另外工業窯爐中或煙道中的煙氣 也會常含有氧化硫 於水以後生成亞硫酸 那麼我們通過下面的化學反應室 我們可以看到鹽酸和硫酸 會和水泥當中的氫氧化鈣起化學反應 生成氯化鈣和石膏 關於氯化鈣 我們在前邊給同學們做過介紹 那麼生成的氯化鈣宜溶於水 這樣會使我們的氫氧化鈣不斷地溶出流失 孔隙增大、鹼度降低 那麼生成的石膏呢 由於鈾會和水泥石當中的水化鋁酸鈣 在有水的情況下 生成鈣反石體積增大1.5倍 會在硬化的水泥石當中造成膨脹破壞 所以我們說生成的二水石膏又會產生硫酸鹽腐蝕 好,我們下面再看鹽類的循環基金腐蝕 在海水和某些鹽鹼土壤當中 由於含有較多的無機鹽 在幹石循環作用下 會引起水泥製品的循環基金腐蝕作用 尤其是在反復的幹石循環作用下 即使不發生明顯的化學反應 由於深入水泥製品孔隙當中的鹽類 不斷地溶解、結晶 同樣會導致我們硬化的水泥石產生嚴重的破壞 尤其以下這兩種情形 要在我們今後工作當中引起注意 第一,長期處於海水浪濺區當中的混凝土結構 由於處於海水中的混凝土 在幹石循環條件下會受到海鹽的結晶腐蝕 由於無機鹽含量大的鹽鹼土壤當中的混凝土結構 如電線杆等 在毛錫作用下 受腐蝕最嚴重的部位都是在地表附近 在此處同樣是幹石循環下 鹽類循環結晶的最嚴重部位 關於強鹼的腐蝕 在一般情況下 由於我們水泥是鹼性的 所以鹼對水泥的腐蝕是很小的 但在強鹼溶液裡 水泥石也會遭受腐蝕 這也要引起我們的重視 我們上面把水泥腐蝕的幾種常見的類型 給同學們做了一一介紹 下面我們就引起水泥腐蝕的內外原因 提出它的防止措施 同學們我們總結一下 引起水泥石腐蝕的原因 主要有內因和外因 內因主要是水泥石當中含有氫氧化鈣和水化鋁酸鈣 這些不耐腐蝕的水化產物 另外由於硬化水泥石有毛細孔的存在 不密實 所以腐蝕物可以由表脊裡滲入 那麼從外因來說 就是由於我們的硬化的水泥石是處在腐蝕介質當中 由於腐蝕介質的濃度 水壓 流速 水位 水溫 幹濕交替 都會使我們的水泥石產生腐蝕 針對這些腐蝕的原因 我們提出以下防止措施 第一 根據腐蝕環境的特點 我們要學會合理選用水泥品種 第二 我們要在施工中 要注意加強水泥的震盪 養護 提高水泥石的密實度 降低孔隙率 第三 我們可以在硬化的水泥石結構 鋪設耐腐蝕的保護層 好 這節課我們就到這裡 同學們請休息一下