1、镜面混凝土在酸雨环境下的腐蚀与防护摘要：本文对酸雨环境对镜面混凝土腐蚀机理及影响因素进行了总结，深入分析了酸雨侵蚀的危害和硫酸侵蚀镜面混凝土的劣化机理，并介绍了提高镜面混凝土耐腐性的措施。 关键词：镜面混凝土; 酸雨; 腐蚀; 防护 中图分类号：X517 文献标识码：A 当混凝土受到所处环境中的腐蚀性介质（如：软水、酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体）的侵蚀时，会导致其组分发生质的变化，强度逐渐降低，结构遭到破坏等，这种现象即为化学侵蚀作用，通常分为软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、强碱侵蚀和一般酸侵蚀等。化学侵蚀作用受胶凝材料的组成、混凝土的强度、密实度和孔隙特征等因素的影响。一般来
2、说，密实度大，强度高，孔隙封闭的混凝土，其耐化学侵蚀性强。本文着重研究的是镜面混凝土在酸雨环境下的腐蚀与防护。 1 酸雨侵蚀的危害 酸雨是指由二氧化硫酸性气体或者氮氧化物烟气等与空气中的水蒸气相结合，而形成的一种酸性的降雨，通常酸雨的 PH 值小于 5.6。 随着城市化、工业化进程的加快，我国由环境污染引发的酸雨问题也日益突出。目前，我国已是继欧洲、北美之后的第三重酸雨区。据统计，80 年代初期，我国酸雨主要发生在川贵两广地区，酸雨面积为 170万平方公里；到 90 年代中期，酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东以及四川盆地等广大地区，酸雨面积扩大了 100 多万平方公里，以长沙、南昌为代表的华
3、中酸雨区几乎到了逢雨必酸的程度，到 1998 年，全国一半以上的城市都下起了酸雨，酸雨覆盖面积已占国土面积的 30%以上。 酸雨对文物古迹、房屋等建筑结构设施、人体健康和生态系统都有直接或潜在的危害。目前，混凝土是现代土木工程中用途最广、用量最大的建筑材料之一，随着酸雨覆盖面积的不断扩大，暴露在外界环境中的混凝土结构被酸雨侵蚀的几率也越来越大。混凝土结构被酸雨侵蚀后易发生混凝土开裂、钢筋锈蚀、外观变化等危害，影响其正常使用，严重还会导致混凝土结构的破坏。为了弥补混凝土结构在酸雨环境下发生的损失与破坏，保证结构物在规定的使用年限内正常使用，对被酸雨侵蚀的建筑物，要进行维修加固，不仅造成了资源浪费
4、，而且产生了大量的建筑垃圾，不利于保护环境。有资料表明：已建工程受酸雨侵蚀后的维修加固的投资在世界各国均呈现逐年增加的趋势，有的已达到甚至超过了新建工程的投资，如：美国 90 年代初期用于酸雨侵蚀后的维修加固的投资就占总建设投资的 50，德国则达 80；瑞典用于被酸雨侵蚀后的桥梁修复的投资每年可达 2800 万美元之多；在我国， “一五”期间，用于建设工程被酸雨侵蚀的维修加固的投资仅为同期基本建设投资的4.2 ， “三五”期间达到 27， “四五”和“七五”期间分别达到31.7和 54。当大规模的基础工程建设达到顶峰后，有关已建工程被酸雨侵蚀的问题将更加突出。重视混凝土结构被酸雨侵蚀的问题，对
5、建筑物或构筑物的安全使用，降低维修费用造价，充分合理的利用资源，保护环境，实现人类和社会的可持续发展有重要的意义，也是人类研究的一项长期课题。 镜面混凝土同普通混凝土一样，也容易受到酸雨的侵蚀。镜面混凝土被酸雨侵蚀后，外观形态发生改变，主要有：表面泛白，镜面效果降低等，严重还会出现镜面混凝土开裂，影响其正常使用。 2 硫酸侵蚀镜面混凝土的劣化机理 硫酸作为一种强酸，可与混凝土中的碱性水化产物 Ca(OH)2（由水泥主要的矿物组成成分：硅酸二钙和硅酸三钙发生水化反应所形成）发生反应，降低碱的含量，破坏钢筋表面在强碱环境中所生成的致密的钝化膜，减弱混凝土对钢筋的保护作用，易引发钢筋锈蚀，进而导致钢
6、筋混凝土结构破坏。 硫酸的侵蚀作用按硫酸来源不同，分为生物硫酸侵蚀和化学硫酸侵蚀两种，其中，生物硫酸侵蚀多发生在污水处理系统中，具有侵蚀性的硫酸介质主要由微生物自身的新陈代谢产生，反应消耗的侵蚀性硫酸介质也可通过微生物的新陈代谢来补给；化学硫酸侵蚀主要包括了酸雨腐蚀、工业生产中的硫酸溶液的腐蚀等，这种侵蚀性硫酸介质主要来源于外界环境中，且不能自我补给。 相关资料表明：混凝土在酸性介质中的腐蚀主要取决于介质的种类和溶液的酸碱度，混凝土发生酸性侵蚀的前提条件为：溶液的 PH 值不大于 10.63，且 PH 值越小，酸性溶液的侵蚀作用越强。化学硫酸侵蚀对混凝土的侵蚀作用主要由两部分组成，一是氢离子与
7、碱性水化产物的中和反应，这是侵蚀作用的主要组分；二是硫酸根离子对水泥水化产物的复分解，易引起混凝土的膨胀性的开裂破坏。 化学硫酸腐蚀的前提为：硫酸溶液和碱性水化产物 Ca(OH)2 在水中均发生电离反应，电离方程式分别为： H2SO4 2H+SO42- （2-1） Ca(OH)2 Ca2+2OH-（2-2） （1）氢离子的溶蚀 镜面混凝土在硫酸溶液中，会受到化学溶解和溶蚀作用，主要指硫酸溶液电离的氢离子与碱性水化产物 Ca(OH)2 电离的氢氧根离子发生的中和反应，氢离子溶蚀的反应方程式为： H+ OH- H2O（2-3） 氢离子对镜面混凝土侵蚀作用的大小主要取决于氢离子的浓度，氢离子浓度越高
8、，侵蚀作用越强。碱性水化产物 Ca(OH)2 是维持水泥水化产物稳定性的重要条件，当氢离子达到足够的浓度时，就会发生氢离子溶蚀，Ca(OH)2 的含量降低，即碱度降低，为保持其稳定性，其它水化产物中的钙盐，如：固相水化硅酸钙、水化铝酸钙及无水硅酸钙、铝酸钙等将会被分解，失去其原有的稳定性，直接和氢离子发生反应，形成恶性循环，最终导致镜面混凝土的强度、耐久性等性能指标降低，使镜面混凝土结构遭到破坏。有资料表明：当混凝土中的氢氧化钙的消耗量达到自身的 5%时，其抗压强度下降 7%，当消耗量达自身的 24%时，其抗压强度会降低 29%，而当消耗量达自身的 33%时，混凝土就会变得酥松而失去强度。 （
9、2）硫酸根离子的溶蚀 由于硫酸溶液电离生成氢离子和硫酸根离子，因此，镜面混凝土在硫酸溶液中不仅会受到氢离子的侵蚀，也会受到硫酸根离子的侵蚀，其侵蚀类型按侵蚀产物的不同，分为石膏侵蚀和钙钒石侵蚀两种，其中，石膏（CaSO42H2O）侵蚀反应方程式为： Ca2+ SO42-+2H2O CaSO42H2O（2-4） 硫酸钙会与镜面混凝土中的固态水化铝酸钙发生反应，生成针状的晶体高硫型水化硫铝酸钙（钙钒石） ，钙钒石（3CaOAl2O33CaSO431H2O）侵蚀反应方程式为： 4CaOAl2O312H2O+3CaSO4+20H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O+ Ca(OH)2（2-5）
10、 硫酸根离子对镜面混凝土的侵蚀类型，主要取决于溶液中硫酸根离子的浓度，当硫酸根离子的浓度低于 1000ppm/l 时，主要表现为钙钒石侵蚀，随着硫酸根离子浓度的升高，钙钒石侵蚀与石膏侵蚀此消彼长，只有当硫酸根离子浓度较高时，侵蚀类型才主要表现为石膏侵蚀。石膏和钙钒石均为膨胀性的侵蚀性产物，即生成物的体积大于反应物的体积，使混凝土内部产生很大的膨胀内应力，进而使镜面混凝土表面出现泛白，发生膨胀性开裂、剥落和强度损失等现象。镜面混凝土开裂后，硫酸根离子更容易进入到混凝土内部，形成恶性循环，最终导致混凝土结构失效。 3 提高镜面混凝土耐腐性的措施 在酸雨环境下，镜面混凝土会发生氢离子腐蚀和硫酸根离子
11、腐蚀，使镜面混凝土表面泛白、开裂、剥落、强度降低甚至发生破坏。提高镜面混凝土的耐久性的关键是：提高其密实度，具体主要措施有： （1）合理选用与环境相适应的水泥品种，尽量选用低水化热和含碱量偏低的水泥，避免使用早强水泥和含有铝酸三钙较高的水泥； （2）适当降低水泥用量，合理提高粉煤灰掺合料的用量，可以减少水泥水化时的热量和碱性水化产物的生成，抑止膨胀腐蚀破坏，提高镜面镜面混凝土结构的稳定性和抗化学侵蚀能力，从而提高其密实度； （3）通过加入减水剂，采用低水胶比等措施，可以提高镜面混凝土结构的密实度和强度，强化界面的黏结性； （4）选用良好的骨料级配和粒形，减少单方用水量和水泥浆的量，减少镜面混凝土结构的内部缺陷，提高其强度和耐久性； （5）采用机械振捣等良好的配制工艺，提高镜面混凝土的密实度； （6）在镜面混凝土结构外表面涂抹耐腐蚀的涂料，以隔离侵蚀性介质与混凝土结构的接触。 （7）保护环境，减少工业废气、废渣的排放，充分利用资源，维持人类、生态和环境的可持续发展。 第一作者简介：姜楠；性别：女；出生年：1986 年；籍贯：山东青岛；职称：助教； 学位：硕士 研究方向：建筑材料
