水泥混凝土作为建筑结构中的重要材料,其耐久性直接影响着建筑的使用寿命。在实际应用中,水泥混凝土常常面临腐蚀问题,这不仅降低了其结构强度和稳定性,还可能引发安全隐患。那么,水泥混凝土为何会腐蚀呢?本文将从多个方面进行详细阐述。
1. 混凝土的化学成分
混凝土的化学成分是腐蚀问题的基础。混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料和水中的碱与骨料中的活性成分,如氧化硅、碳酸盐等,可能发生反应,生成无凝胶作用或膨胀性物质,从而改变混凝土结构成分,导致腐蚀。特别是碱骨料反应,当二氧化硅结晶度较差时,活性较大,碱活性的膨胀率也越大,对混凝土的破坏也越强。
2. 混凝土的孔隙率
混凝土的孔隙率是影响其耐腐性的关键因素。混凝土硬结后的强度、变形、收缩、形变、渗透、抗冻、迁移及各种侵蚀无不与孔隙密切相关。孔隙率越高,介质渗入量越大,与材料接触的表面积也越大,耐腐性自然较差。反之,密实度高的混凝土,其耐腐性则相对较好。
3. 环境因素
环境因素对混凝土的腐蚀有着重要影响。大气中的化学成分,如CO2、SO2等,会严重影响混凝土的耐腐性。例如,当大气中的CO2含量超过0.3%时,会导致混凝土碳化。工业过程中排放的SO2和进一步氧化生成的SO3,会使混凝土中性化和酸化,进一步加剧腐蚀。
4. 冻融循环
由于混凝土是多孔隙结构,在循环的冻融作用下易于损坏。过冷的水在混凝土中迁移引起的水压力以及水结冰产生的体积膨胀,会对混凝土孔壁产生拉应力,从而造成内部开裂。
5. 干湿循环
在干湿交替的状态下,混凝土内部的孔隙既不太干燥也不太湿润,这样氧气的供应相对充裕,同时又能降低混凝土的电阻率,因此会导致较高的钢筋腐蚀速度。
6. 磨损破坏
路面、水工结构等受到车辆、行人及水流夹带泥沙的磨损,会导致混凝土表面受到冲击、磨擦、切削等磨蚀破坏作用。磨蚀破坏首先破坏混凝土表面的水泥石,集料逐渐凸出,受磨蚀的作用力不断加大,磨蚀速度随之增加。
7. 碳化现象
混凝土是一种碱性材料,随着空气中二氧化碳的不断渗透,其pH值会逐渐下降。此过程中,不仅钢筋的钝化膜会逐渐失效,产生钢筋锈蚀,而且二氧化碳与混凝土中的Ca(OH)₂反应生成的CaCO₃为不可溶性盐,会使混凝土发生严重的体积膨胀,从而对混凝土结构造成破坏。
8. 氯离子腐蚀
9. 硫酸盐腐蚀
硫酸盐腐蚀是化学腐蚀中最广泛和最普遍的形式。硫酸根离子会与混凝土中的氢氧化钙形成钙巩石结晶。在酸性条件下,钙巩石晶体吸收更多的水,体积膨胀,形成板条状晶体,体积可达水化产物体积的2-3倍,导致混凝土内部产生内应力,造成损害。
10. 微生物腐蚀
微生物腐蚀在适当的环境中,微生物分解消化有机物,释放有机酸、二氧化碳、硫化氢等腐蚀性介质,使混凝土劣化。生物力学作用也不容忽视,如生长在基础设施周围的植物的根茎会钻入混凝土的孔隙中,破坏其密实度。
11. 酸雨腐蚀
酸雨不仅冲刷混凝土表面,溶解水化产物,造成钢筋锈蚀、骨料**,而且酸雨造成的酸性土壤也会间接地对埋地输油管道、城市综合管道等地下混凝土设施造成严重腐蚀。
12. 石油等有机物腐蚀
在石油化工设施和油库等场所,石油中的有机物会对混凝土造成化学腐蚀。这些有机物与混凝土中的成分发生反应,生成腐蚀性物质,破坏混凝土结构。
水泥混凝土的腐蚀是一个复杂且多样的过程,涉及化学成分、孔隙率、环境因素、物理作用、化学腐蚀、微生物腐蚀等多个方面。为了延长混凝土的使用寿命,必须采取有效的防腐措施,从混凝土自身的防护能力到外部防腐涂料的应用,都需要综合考虑。