一、混凝土硫酸鹽侵蝕的機(jī)理及破壞類(lèi)型
混凝土受硫酸鹽侵蝕的特征是表面發(fā)白，破損通常在棱角處開(kāi)始，并隨裂縫的擴(kuò)展而剝落，使混凝土處于易碎、甚至松散的狀態(tài)。硫酸鹽侵蝕破壞是―個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，侵蝕破壞的機(jī)理可以從化學(xué)作用和物理作用兩方面考慮；化學(xué)作用是指侵蝕介質(zhì)中的so42-與水泥石的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膨脹性物質(zhì)，產(chǎn)生膨脹內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞；物理作用主要是指地下水中有侵蝕性鹽類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)水分蒸發(fā)或濕度變化時(shí)會(huì)析出晶體并逐漸長(zhǎng)大，最終由于產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力而使混凝土遭受破壞。根據(jù)結(jié)晶產(chǎn)物和破壞型式的不同，硫酸鹽侵蝕破壞可分為鈣礬石膨脹破壞和石膏膨脹破壞兩種類(lèi)型。
（一）鈣礬石膨脹破壞
鈣礬石膨脹破壞是由于硫酸鈉、硫酸鉀等多種硫酸鹽與水泥石中的ca（oh）2作用生成硫酸鈣，硫酸鈣再與水泥石中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣（3cao?al2o3?3caso4?31h20縮寫(xiě)成aft，又稱(chēng)鈣礬石）。鈣礬石溶解度極小，由于結(jié)合了大量的結(jié)晶水（實(shí)際上的結(jié)晶水為30-32個(gè)）使固相體積顯著增大，產(chǎn)生膨脹內(nèi)應(yīng)力。另外，鈣礬石針狀晶體會(huì)在原水化鋁酸鈣的固相表面呈放射狀向四周生長(zhǎng)，且互相擠壓而產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力，致使混凝土結(jié)構(gòu)物受到破壞。但也有觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為鈣礬石破壞機(jī)理是由于吸水腫脹破壞而非結(jié)晶應(yīng)力破壞。鈣礬石膨脹破壞的特點(diǎn)是混凝土表面出現(xiàn)少數(shù)較粗大的裂縫。
（二）石膏膨脹破壞
當(dāng)侵蝕溶液中so42-濃度（1500mg/l～5o000mg/l）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生硫鋁酸鹽型―石膏型侵蝕；當(dāng)侵蝕溶液中so42-濃度相當(dāng)高（5000mg/l～lo000mg/l）時(shí)，便會(huì)生成二水石膏（caso4? 2h20）并結(jié)晶析出，產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致混凝土破壞。石膏膨脹破壞的特點(diǎn)是混凝土沒(méi)有粗大裂紋但整體潰散。
二、影響混凝土硫酸鹽侵蝕的因素
許多因素會(huì)影響混凝土中硫酸鹽的侵蝕。通常，硫酸鹽的侵蝕不僅與侵蝕溶液中硫酸根離子濃度有關(guān)，還與溶液中鎂離子、氯離子、鈣離子等其它離子的含量有關(guān)，與水泥品種、施工質(zhì)量、混凝土的密實(shí)度、周?chē)h(huán)境等因素也有密切的關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，化學(xué)反應(yīng)使混凝土發(fā)生質(zhì)的改變，而物理作用使混凝土發(fā)生剝離，加劇了硫酸鹽侵蝕破壞速度。概括起來(lái)影響混凝土硫酸鹽侵蝕的因素可分為內(nèi)因和外因兩大方面。
（一）影響混凝土硫酸鹽侵蝕的內(nèi)因――混凝土自身的性能
混凝土本身的性能是影響混凝土抗硫酸鹽侵蝕的內(nèi)因，它不僅包括混凝土水泥品種、礦物組成、混合材的摻量，而且還包括混凝土的水灰比、強(qiáng)度、外加劑以及密實(shí)性等。
1.水泥品種
不同品種的水泥配制的混凝土，具有不同的抗硫酸鹽侵蝕的能力?；炷恋目沽蛩猁}侵蝕能力在很大程度上取決于水泥熟料的礦物組成及其相對(duì)含量，尤其是c3a和c3s的含含量。因?yàn)閏3a水化析出水化鋁酸鈣是形成鈣礬石的必要組分，c3s水化析出的ca（oh）2是形成石膏的必要組分，降低c3a和c3s的含量也就相應(yīng)地減少了形成鈣礬石和石膏的可能性，從而提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕的能力。抗硫酸鹽水泥及高級(jí)抗硫酸鹽水泥中的c3a含量較低，所以抗鈣礬石破壞的能力較強(qiáng)。但抗硫酸鹽水泥并不能解決所有硫酸鹽侵蝕問(wèn)題，這已被實(shí)際工程所證實(shí)。對(duì)于石膏結(jié)晶型侵蝕，c3a含量的大小并不起決定作用，而混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性、ca（oh）2含量、干濕交替、水分蒸發(fā)則可能起著關(guān)鍵作用。
2.混凝土的密實(shí)度和配合比
混凝土的密實(shí)度對(duì)其抗硫酸鹽侵蝕能力具有重大影響。混凝土的密實(shí)度越高，侵蝕溶液就越難滲入混凝土的孔隙內(nèi)部，因而在水泥石孔隙內(nèi)產(chǎn)生的有害物質(zhì)的速度和數(shù)量必然減少。另外，混凝土的密實(shí)度越高，也會(huì)使混凝土的強(qiáng)度提高，使抵抗破壞的能力提高。因此，合理設(shè)計(jì)混凝土的配合比是非常必要的，尤其是降低水灰比，摻適量的減水劑和摻合料可使混凝土的密實(shí)度增大，從而顯著地提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕的能力。
（二）影響混凝土硫酸鹽侵蝕的外因――外界環(huán)境因素
影響混凝土抗硫酸鹽侵蝕的外因主要有：侵蝕溶液中so42-的濃度及其它離子的濃度、ph值以及水分蒸發(fā)、干濕交替和凍融循環(huán)等環(huán)境條件。
1.侵蝕溶液中so42-的濃度
根據(jù)國(guó)際（iso）標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)侵蝕溶液中so42-濃度低于250mg/l時(shí)，對(duì)混凝土不構(gòu)成顯著的破壞， so42-濃度在250～500mg/l時(shí)為微弱性破壞，so42-濃度在500～1000mg/l時(shí)為中等強(qiáng)度破壞，so42-濃度大于l000ms/l時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈破壞。
2.侵蝕溶液中so42- 和mg2+ 或其它離子共存
當(dāng)侵蝕溶液中so42- 和mg2+共存時(shí)，反應(yīng)不僅有mg（0h）2的沉淀生成，使液相中石灰濃度降低，造成水泥石分解，而且生成的石膏有形成石膏結(jié)晶破壞的可能；同時(shí)，石膏又可與水化鋁酸鈣作用有形成鈣礬石結(jié)晶破壞的可能。石膏結(jié)晶和鈣礬石結(jié)晶破壞會(huì)使水泥石表層松散，從而促進(jìn)了mg2+ 向水泥石內(nèi)部擴(kuò)散，加劇了鎂鹽侵蝕，而鎂鹽侵蝕又相當(dāng)于提供了大量的ca2+，又促進(jìn)了石膏和鈣礬石結(jié)晶侵蝕。
同樣，nh4+離子與so42-共存時(shí)也會(huì)加劇硫酸鹽侵蝕。而cl-的存在則對(duì)硫酸鹽侵蝕有一定的緩和作用。有學(xué)者認(rèn)為在nacl溶液中能增加石膏實(shí)惠的溶解度，因而在cl-存在的條件下能減緩水泥石的硫酸鹽侵蝕。日本學(xué)者大門(mén)正機(jī)提出：cl-與ca2+作用生成易溶的cacl2，消耗了ca2+，使含鈣的鹽類(lèi)都不易析晶；另一方面，cl-的離子半徑小于1nm，比k+、na+、li+的離子半徑都小，滲透水泥石的能力，對(duì)減緩硫酸鹽侵蝕的能力也。
具體數(shù)據(jù)如下：
cl-含量（mg/l） so42-含量（mg/l） 產(chǎn)生硫酸鹽侵蝕情況
0 <250 會(huì)產(chǎn)生
3000～5000 500 開(kāi)始產(chǎn)生
> 開(kāi)始產(chǎn)生
3.侵蝕溶液的ph值
侵蝕溶液ph值對(duì)硫酸鹽侵蝕也有影響。ph值在12.5-12范圍時(shí)，可形成鈣礬石結(jié)晶析出；當(dāng)ph值在l1.6～10.6時(shí)，石膏結(jié)晶析出； 當(dāng)ph<10.6時(shí)，鈣礬石成為不穩(wěn)定相并開(kāi)始分解。同時(shí)應(yīng)注意的是，當(dāng)ph<12.5，c―s一h凝膠也將溶解和再結(jié)晶，其鈣硅比（cao/sio2）逐漸下降，鈣硅比由ph=12.5時(shí)的2.12降到ph=8.8時(shí)的0.5。水化產(chǎn)物的溶解――過(guò)飽和―― 再結(jié)晶過(guò)程不斷進(jìn)行，從而引起混凝土的孔隙率、強(qiáng)度和粘結(jié)力的變化。另外，水分蒸發(fā)、干濕交替和凍融循環(huán)等環(huán)境條件也會(huì)對(duì)混凝土硫酸鹽侵蝕產(chǎn)生較大的影響。如干濕交替和凍融循環(huán)會(huì)使混凝土發(fā)生剝離、孔隙率增大和裂縫增多，加劇硫酸鹽侵蝕破壞的速度。值得一提的是混凝土受硫酸鹽侵蝕破壞，往往是多種因素綜合作用的結(jié)果，因此我們?cè)诜治銮治g破壞問(wèn)題時(shí)，不僅要研究某種因素的單一作用，而且要考慮諸多因素的綜合作用。
三、防侵蝕的措施
從混凝土硫酸鹽侵蝕機(jī)理及影響因素的分析可以看出，導(dǎo)致混凝土硫酸鹽侵蝕的主要原因是由于水泥石中存在水化鋁酸鈣、ca（0h）2、so42-和大量孔隙。因此，防止或減輕混凝土硫酸鹽侵蝕的措施可從以下幾方面考慮：
（一）合理選擇水泥品種
配制抗硫酸鹽侵蝕的混凝土，應(yīng)根據(jù)侵蝕環(huán)境的特點(diǎn)，合理選擇水泥品種。一般情況下可選c3a含量低的水泥（抗硫酸鹽水泥）和摻活性混合材的水泥（粉煤灰水泥、火山灰水泥等）。當(dāng)采用火山灰質(zhì)或粉煤灰摻合料與抗硫酸鹽水泥聯(lián)合使用時(shí)，配制的混凝土對(duì)抗硫酸鹽侵蝕有顯著的效果。摻硅粉等超細(xì)混合材的混凝土，其抗硫酸鹽侵蝕能力也大大提高。
（二）提高混凝土密實(shí)性
許多工程雖選擇了合適的水泥品種，但由于密實(shí)度不高，而遭受了嚴(yán)重的侵蝕。其原因主要是施工實(shí)際用水量往往比水泥水化所需用水量多出很多（便于施工操作），混凝土硬化后多余的水分蒸發(fā)形成大量連通的孔隙，侵蝕介質(zhì)就很容易沿著孔隙滲入水泥石的內(nèi)部，從而加速了侵蝕進(jìn)程。大量事實(shí)證明降低w/c，提高混凝土密實(shí)度可顯著提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。在施工中應(yīng)合理設(shè)計(jì)混凝土的配合比，降低w/c，改善集料的級(jí)配，摻適當(dāng)?shù)耐饧觿┖突钚曰旌喜牧霞案纳剖┕し椒ǖ却胧┚芴岣呋炷恋拿軐?shí)度。
（三）設(shè)置保護(hù)層
在混凝土表面設(shè)置保護(hù)層（瀝青、塑料、石材及其它新型建筑材料），可以防止硫酸鹽等侵蝕介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部。瀝青、塑料和石材等保護(hù)層由于本身耐腐蝕性強(qiáng)且不易透水，阻止了侵蝕性介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，因此可以阻止或減緩so42- 等侵蝕性介質(zhì)對(duì)混凝土的腐蝕。
（四）嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)
任何優(yōu)良的材料都必須采取與之配套的施工技術(shù)與工藝，嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)。許多工程質(zhì)量事故往往與施工的組織與控制密不可分。要確?；炷临|(zhì)量，必須堅(jiān)持正確的施工工藝，健全工序管理和檢驗(yàn)制度。把好各個(gè)關(guān)口，從原材料檢驗(yàn)，到計(jì)量、拌和、運(yùn)輸、澆筑、震搗、養(yǎng)護(hù)等工序，都需要嚴(yán)格控制質(zhì)量。同時(shí)，要不斷提高施工人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和技術(shù)水平。