硅酸盐水泥石的腐蚀与防止
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第43页（3484字）
(一)硅酸盐水泥石的腐蚀
在通常情况下，硬化后的水泥石具有良好的耐久性，但当水泥石长时间处于侵蚀性介质中，如流动的淡水、酸性水、强碱等，会使水泥石的结构遭到破坏，强度逐渐下降，甚至全部溃裂，这种现象称为水泥石的腐蚀。
引起水泥石腐蚀的原因非常多，各种腐蚀的作用机理也很复杂。在建筑工程上常见到的水泥石腐蚀类型有：软水侵蚀、酸类侵蚀、盐类侵蚀、强碱侵蚀等。
1．水泥石的软水侵蚀
在一般情况下，雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及碳酸盐含量很少的河(湖)水等均属于软水。水泥石长期在静水或无水压的水中，软水的侵蚀仅局限于其表面，对水泥石影响不大。但有流动的软水作用时，水泥石中的氢氧化钙先溶解，并被流动的水带走，从而造成氢氧化钙的溶失，同时会引起水化硅酸钙、水化铝酸钙的分解，最后变成无胶结能力的低碱性硅酸凝胶和氢氧化钙，最终使水泥石破坏。硅酸盐水泥水化形成的水泥石中的氢氧化钙含量高达20%，所以受软水侵蚀较为严重。
当水中含有较多的重碳酸盐时，重碳酸盐会与水泥石中的氢氧化钙反应，生成不溶于水的碳酸钙，其化学反应方程式如下：
Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3+2H2O
以上反应生成的碳酸钙填充在水泥石的孔隙中，可以阻止外界水分的侵入和氢氧化钙的溶出。因此，含有较多重碳酸盐的水，一般不会对水泥石造成软水侵蚀。
2．水泥石的酸类侵蚀
硅酸盐水泥水化形成物呈碱性，其中含有较多的氢氧化钙，当遇到酸类或酸性水时，则会发生中和反应，生成比氢氧化钙溶解度还大的盐类，从而导致水泥石受损破坏。
酸类侵蚀主要包括碳酸的侵蚀和一般酸的侵蚀。
(1)碳酸的侵蚀
在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳，当二氧化碳含量超过一定值时，二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙反应生成的碳酸钙，如果继续与含碳酸的水作用，则变成易溶解于水的碳酸氢钙。由于碳酸氢钙的溶失及水泥石中其他产物的分解，而使水泥石结构破坏。其化学反应方程式如下：
Ca(OH)2+CO2+H2O→CaCO3+2H2O
CaCO+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
(2)一般酸的侵蚀
在工业污水、地下水、沼泽水中常含有无机酸和有机酸，各种酸类会对水泥石造成不同程度的损害。无机酸中的盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸和有机酸中的醋酸、蚁酸、乳酸的腐蚀尤为严重。以盐酸、硫酸与水中的氢氧化钙作用为例，其化学反应方程式如下：
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4·2H2O
反应生成的CaCl2易溶于水，生成二水石膏(CaSO4·2H2O)结晶产生膨胀，会导致水泥石破坏，而且还会进一步引起硫酸盐的侵蚀。
3．水泥石的盐类侵蚀
水泥石的盐类侵蚀，也是一种严重的侵蚀类型。在实际工程中常见到的盐类侵蚀主要有硫酸盐侵蚀和镁盐侵蚀。
(1)硫酸盐侵蚀
在海水、地下水和工业污水中，常含有钾、钠、氨等硫酸盐，它们与水泥石中的氢氧化钙反应生成硫酸钙，硫酸钙再与水泥石中固态水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙，其化学反应方程式如下：
3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+19H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
生成的高硫型水化硫铝酸钙含有大量的结晶水，体积膨胀1．5倍以上，在水泥石中造成极大的膨胀性破坏。高硫型水化硫铝酸钙呈针状晶体，通常称为水泥杆菌，如图4－4所示。
图4－4 水泥石中的水泥杆菌
(2)镁盐侵蚀
在海水、地下水中常含有大量的镁盐，主要有硫酸镁和氯化镁。镁盐与水泥石中的氢氧化钙反应，其化学反应方程式如下：
Ca(OH)2+MgSO4+2H2O→CaSO4·2H2O+Mg(OH)2
Ca(OH)2+MgCl2→CaCl2+Mg(OH)2
以上化学反应中生成的氢氧化镁，是一种松软而无胶凝能力的物质；生成的二水石膏和氯化钙易溶于水，而二水石膏还会进一步引起硫酸盐膨胀性破坏。由此可见，硫酸镁对水泥石起着镁盐和硫酸盐双重侵蚀作用。
4．水泥石的强碱侵蚀
碱类溶液如浓度不大时，一般对水泥石是无害的，但对于铝酸三钙(C3A)含量较高的硅酸盐水泥，遇到强碱也会产生破坏作用。如氢氧化钠与水泥石中未水化的铝酸三钙作用，生成易溶于水的铝酸钠，其化学反应方程式如下：
3CaO·Al2O3+6NaOH→3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2
当水泥石被氢氧化钠溶液浸透后，又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉淀，可导致水泥石膨胀破坏。
(二)防止水泥石腐蚀的技术措施
水泥石的腐蚀是极其复杂的，往往是多种介质同时作用的物理化学作用过程。引起水泥石腐蚀的外在因素是侵蚀性介质，其内在因素主要有两个方面：一是水泥石中存在易引起腐蚀的成分，如氢氧化钙、水化铝酸钙等；二是水泥石的本身不密实，使侵蚀性介质易于进入内部而引起破坏。
归纳起来，水泥石腐蚀的总体过程是：水泥石中的水化产物(如氢氧化钙)的溶失，导致水泥石受损，胶结能力严重下降；或者有膨胀性产物形成，引起胀裂性破坏。
根据以上分析，防止水泥石腐蚀可采取以下措施：
1．合理选用水泥品种
根据侵蚀环境特点合理选用水泥品种，这是防止水泥石腐蚀的重要措施。如在软水侵蚀条件下的工程，可选用水化生成物中氢氧化钙含量少的水泥；在有硫酸盐侵蚀的工程中，可选用铝酸三钙含量低于5%的抗硫酸盐水泥。
2．提高水泥石密实度
水泥石中的毛细管、孔隙是引起水泥石腐蚀加剧的内在原因之一。因此，采取适当措施，如机械搅拌、加强振捣、掺外加剂等，或在满足施工操作的前提下尽量降低水灰比，从而可提高水泥石的密实度，改善水泥石的耐腐蚀性。
工程实践证明：努力提高水泥石的密实度，是防止水泥石腐蚀的根本措施。为了提高水泥石的密实度，应合理设计混凝土的配合比，尽可能采用低水灰比，选用最优的施工方法，对混凝土和砂浆表面进行碳化或氟硅酸处理等。
3．结构表面做保护面
当水泥石的所处环境有不可避免的侵蚀，采用以上措施不能完全防止腐蚀时，可用耐腐蚀的石料、陶瓷、塑料、沥青等覆盖于水泥石的表面，形成一个不透水的保护层，以防止腐蚀介质与水泥石直接接触。