混凝土如何化学腐蚀

混凝土，作为现代建筑中最主要的结构材料，其抗压强度高、价格低廉且原料来源丰富。混凝土在服役期间易遭受化学腐蚀，导致结构破坏和承载力降低，严重威胁到建筑的安全性和耐久性。本文将从多个方面详细阐述混凝土如何发生化学腐蚀。

1. 混凝土的化学成分与腐蚀

混凝土的化学成分复杂，主要包括硅酸盐水泥、填充骨料、水和助剂等。水泥的基本化学组成为3CaOSiO2和2CaOSiO2，以及少量的3CaOAl2O3、4CaOAl2O3Fe2O3等。这些成分在与水反应后形成的水化产物，如氢氧化钙（C-H），是混凝土高碱性的来源。这种碱性环境在遭遇某些化学物质时，会发生不利反应，导致混凝土腐蚀。

2. 硫酸盐腐蚀

硫酸盐是混凝土中常见的化学污染物之一。硫酸盐与水泥水化产物中的水化硅酸钙（C-S-H）、氢氧化钙（C-H）等极易发生化学反应，生成膨胀性物质如钙矾石，导致混凝土开裂。这种现象在海洋环境中的钢筋混凝土中尤为常见，对结构的耐久性构成严重威胁。

3. 氯离子侵蚀

氯离子是另一种穿透力极强的腐蚀介质。它能迅速破坏钢筋表面的钝化层，即使在强碱性环境中也能引发点锈腐蚀。氯离子侵入混凝土后，与钢筋表面的铁基体形成电位差，导致电化学腐蚀的发生。生成的Fe2+与Cl-结合形成可溶性的FeCl2，进一步氧化为Fe2O3或Fe3O4，造成钢筋锈化膨胀，最终使混凝土开裂。

4. 碳化现象

混凝土的碳化是指外界的二氧化碳通过孔隙向混凝土内部扩散，与水泥水化产物发生反应生成碳酸钙的过程。虽然碳化产物稳定且可提高混凝土表面硬度和强度，但氢氧化钙的消耗会使混凝土的pH值降低，导致钢筋钝化膜处于不稳定状态，从而引发钢筋锈蚀。

5. 氢离子（H+）腐蚀

当混凝土表面接触酸雨或其他酸性介质时，H+首先与混凝土中的Ca(OH)2发生中和反应，导致固相水化硅酸盐和水化铝酸盐水解溶出，使混凝土强度下降。H+腐蚀通常会伴随硫酸盐侵蚀、碳化现象等一起出现，加剧混凝土的腐蚀程度。

6. 碱骨料反应

混凝土中的碱与骨料中的活性成分（如氧化硅、碳酸盐等）发生反应，称为碱骨料反应。这种反应会导致混凝土体积膨胀，产生内部应力，最终导致混凝土开裂。碱骨料反应对混凝土的破坏力极大，且难以修复。

7. 孔隙率与渗透性

混凝土的孔隙率对其耐腐性有重要影响。孔隙率越高，混凝土的渗透性越强，外界腐蚀介质越容易侵入混凝土内部。提高混凝土的密实度是减少化学腐蚀的有效途径之一。

8. 环境因素

环境因素如大气中的CO2、SO2含量，以及环境相对湿度等，都会对混凝土的腐蚀产生显著影响。高浓度的CO2和SO2会加速混凝土的碳化和酸化过程，而高湿度环境则有利于腐蚀介质的渗透和扩散。

9. 混凝土涂层防护

为了提高混凝土的抗腐蚀性，可以采取涂层防护措施。混凝土涂层需具备防护和装饰两方面功能，通过隔绝腐蚀因子与混凝土的直接接触，提升混凝土的耐久性。目前常用的混凝土涂层包括无机类、有机类、无机-有机复合以及自修复/自清洁等新型涂层。

10. 掺合料的使用

合理使用掺合料如硅灰、粉煤灰等，可以有效减少混凝土中的氯离子和硫酸盐含量，提高混凝土的抗腐蚀性。掺合料能够改善混凝土的内部结构，减少孔隙率，从而提高其密实度和耐久性。

混凝土的化学腐蚀是一个复杂的过程，涉及多个方面的因素。为了提高混凝土的抗腐蚀性，需要从原材料选择、配合比设计、施工控制以及后期维护等多个方面入手，采取综合措施加以防治。