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硫酸盐先与水泥石中的氢氧化钙作用生成硫酸钙

2021-01-26 12:34 作者:e胜博官网 点击:

  与一般硅酸盐水泥相比,抗硫酸盐硅酸盐水泥的铝酸三钙(C3A)含量受到限制,标准(GB 748-2005 抗硫酸盐硅酸盐水泥)规定:中抗硫酸盐水泥的C3A含量不得超过5%,高抗硫酸盐水泥的C3A含量不得超过3%。因为,C3A本身及其水化产物最容易被硫酸盐侵蚀。此外,硅酸钙矿物水化产生的氢氧化钙,也容易与硫酸盐反应而受到侵蚀。

  抗硫酸盐水泥是硅酸盐水泥系列的一个品种。顾名思义,就是这种水泥必须具备一定的抵抗硫酸盐侵蚀能力。有专门标准试验方法进行测试,我国的标准方法为GB/T 749-2008 ‘水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法’。 硅酸盐水泥中,最容易受到硫酸盐侵蚀的水化产物来源于水泥矿物铝酸三钙(C3A),因此抗硫酸盐水泥主要限制水泥中C3A的含量,其次也限制硅酸三钙(C3S)含量。在我国的水泥标准GB 748-2005‘抗硫酸盐硅酸盐水泥’规定: 中抗硫酸盐水泥:C3A含量<5.0%,C3S含量<55.0% 高抗硫酸盐水泥:C3A含量<3.0%,C3S含量<50.0% 普通硅酸盐水泥,C3A含量往往超过8%,C3S含量超过55%

  为什么选用含有硅酸三钙、铝酸三钙少的水泥,可以减少水泥石的腐蚀?为什么没说硅酸二钙?

  溶析性侵蚀又称淡水侵蚀或溶出侵蚀,是指硬化水泥石中的水化产物被淡水溶解并带走的一种侵蚀现象。在水泥石的各种水化物中,Ca(OH)2溶解度最大,在淡水中会首先被溶出。当水量不多,或在静水、无压的情况下,水中Ca(OH)2浓度很快达到饱和程度,溶出作用也就中止。但在大量或流动的水中,水流会不断地将Ca(OH)2溶出并带走。

  在海水、地下水或矿泉水中,常含有较多的镁盐,一般以氯化镁、硫酸镁形态存在。镁盐与水泥石中的氢氧化钙起置换作用,生成松软且胶凝性不高的氢氧化镁。

  在工业污水或地下水中常溶解有较多的二氧化碳(CO2),CO2与水泥石中的氢氧化钙Ca(OH)2作用,可生成碳酸钙(CaCO3),CaCO3再与水中的碳酸作用,生成可溶的重碳酸钙Ca(HCO3)2而溶失。

  氢氧化钙的大量溶失,不仅使水泥石的密度和强度降低,而且导致水泥石的碱度降低,随之将引起水化硅酸钙(CSH)和水化铝酸钙的不断分解,水泥石内部不断受到破坏,强度不断降低,最终将会引起整个混凝土结构物的破坏。

  硫酸盐先与水泥石中的氢氧化钙作用生成硫酸钙,即二水石膏(CaSO4·2H2O),这种生成物再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矶石,其体积约为原来的水化铝酸钙体积的2.5倍,从而使硬化水泥石中的固相体积增加很多,产生相当大的结晶压力,造成水泥石开裂甚至毁坏。

  酸类离解出来的H+离子和酸根R-离子,分别与水泥石中Ca(OH)2的OH-和Ca2+结合成水和钙盐。

  在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳,这种水对水泥石的腐蚀作用是通过下面方式进行的:

  生成的重碳酸钙易溶于水。当水中含有较多的碳酸,并超过平衡浓度,则上式反应向右进行。因此水泥石中的氢氧化钙,通过转变为易溶的重碳酸钙而溶失。氢氧化钙浓度降低,还会导致水泥石中其他水化物的分解,使腐蚀作用进一步加剧。

  在工业废水、地下水、沼泽水中常含无机酸和有机酸,工业窑炉中的烟气常含有氧化硫,遇水后即生成亚硫酸。各种酸类对水泥石都有不同程度的腐蚀作用。它们与水泥石中的氢氧化钙作用后生成的化合物,或者易溶于水,或者体积膨胀,在水泥石内造成内应力而导致破坏。腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸。

  生成的二水石膏或者直接在水泥石孔隙中结晶产生膨胀,或者再与水泥石中的水化铝酸钙作用,生成高硫型水化硫铝酸钙,其破坏性更大。

  碱类溶液如浓度不大时一般是无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(如氢氧化钠)作用后也会破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用,生成易溶的铝酸钠:

  当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥,与空气中的二氧化碳作用而生成碳酸钠:

  根据以上分析可知,引起水泥石腐蚀的主要内因是水泥石中含有相当数量氢氧化钙,以及一定数量的水化铝酸钙(C3A的水化产物)。水泥石中的各种孔隙及孔隙通道使得外界侵蚀性介质易于侵入。由于C3S和C3A水化反应较快,短时间内会放出大量水化热,导致水泥石各部分温度差异大,易于产生裂缝导致外界侵蚀,同时由于C3S产生的Ca(OH)2比C2S多,更加容易导致水泥石腐蚀。所以C3S和C3A含量较多的水泥更易于腐蚀

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