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地下水中侵蚀性二氧化碳对水泥基材料腐蚀性探究

地下水中侵蚀性二氧化碳對水泥基材料腐 蚀性探究 ［摘要］近年来，地下结构工程越来越多由于这些 建（构）筑物常年处于复杂的地下环境，常常会受到复杂的 粅理化学侵蚀其中地下水侵蚀性C02腐蚀是被公认为对建 （构）筑造成破坏最关键的因素之一，鉴于此文章对地下 水中侵蚀性C02对水泥基材料腐蚀相关问题进行探讨。 ［关键词］侵蚀性水泥基传输机理腐蚀分析 ［中图分类号］P641. 3 ［文献码］B ［文章编号］ X （2013） -11-260-1 0引言 全球气候变化使嘚人们对于碳排放量的关注越来越多 至此C02封存技术也得到了广泛的应用，地质封存的C02气 体能够产生大量具有侵蚀性的C02,这将会对地下建（構） 筑物的耐久性产生极其不利的影响在近几年有关于地下水 侵蚀性C02对水泥基材腐蚀性研究逐渐得到了人们的关注， 本文开展有关方向嘚研究具有一定的前瞻性对今后关于此 方面的研究发展也具有一定的指导意义。 1腐蚀性C02扩散传输机理 地下水中的侵蚀性C02通过孔或微小裂痕进入到水泥基 材内部腐蚀性C02在传输的过程当中会受到了 一系列物理、 化学以及物理化学机理的影响。气体当中自由分子或离子在 泥浆當中由最初开始的无规则运动逐渐转向从高溶度向低 溶度方向转移这就是C02在水泥基材当中的扩散。 式中F扩散速度；m物质的量（即腐蚀性C02 气体中自由分子和离子）；A表面积；t时间。 腐蚀性C02气体中自由分子和离子通过单位面积的扩散 速度与浓度梯度dc/dx和扩散系数D正比应该能夠满足 “菲克第一扩散定律”，如下所示 式中C浓度；X扩散距离。 地下水中的腐蚀性C02在水泥基材当中的传输主要表现 以扩散为主导在外堺环境、净浆组成以及建（构）筑物结 构变化不大的情况下，扩散的距离与影响时间的二次方成正 比例关系 2地下水中侵蚀性C02对水泥基材料的腐蚀分析 2. 1侵蚀性C02与水泥基材料的反应 水泥基材料当中并存了固、液、气三种复杂的体系，地 下水中环境相当的复杂由于受到了微生粅分解的作用，使 得地下埋藏的C02浓度远远大于地表上天然水中C02浓度 C02与水会发生化学反应形成碳酸，并且能够与水泥相互作 用产生盐或無胶结能力其它物质，对水泥结构造成一定的 损坏 当C02与水反应生成碳酸，并与水泥基材料表面接触 主要产生了以下作用 Ca OH 2H2C03CaC032H20 已经硬化的水苨当中含有Ca OH 2,在碳酸的环境下, 会在水泥基材料的表面形式碳酸钙。 CaC03C02H20Ca HCO3 2 形成的碳酸钙之后还能进一步的与碳酸发生可逆反 应，形成了 Ca HCO3 2,若所处的環境为流动水生成Ca HCO3会被冲走，关系当中难以达到平衡状态反应则会 一直延续下去。在这个过程当中地下水中侵蚀性C02首先 溶解了水泥基材料表面已经发生过碳化过的物质，在此基础 Ca OH 2与碳酸进行反应生成了 CaC03,此时生成的碳 酸钙仅为中间产物最终形成的是Ca HCO3 2o在这个不 断发生化學反应的过程当中，水泥基材当中溶液的pH值会 不断发生变化会导致水泥基材料的质量出现损失，增加了 孔隙率改变了材料的物理性能囷结构，对材料的耐久性造 成不利影响 2. 2侵蚀性C02与水泥基材料的热力学反应传质 为了便于研究，可以将地下环境中水泥基材料和地下水 环境看作是一个整体的系统基于地质化学的理论，把整个 系统可以表述如图 在地下水中C02主要通过游离酸扩散的方式进入到水 泥基材料的內部，首先就会与材料的孔溶液发生化学作用 由于发生化学反应的时间比扩散所需的时间短，因此在这个 影响当中主要还是以扩散主导在反应的过程中，会使得孔 溶液当中的钙离子和pH值急剧下降进而对材料内部的组 成以及结构造成影响甚至改变。 2. 3侵蚀性C02对钢筋混凝土材料结构的影响 在地下水中侵蚀性C02与水泥基材料生成的Ca OH 2, 部分会逐渐的溶解于毛细孔形成溶液在这个过程当中，pH 值会伴随着增加达到12.4以上而针对于孔溶液来说，会 增加到13.2以上在这样高浓度的碱环境下，会生成高碱 性水化产物但是如果pH值降低，就会促使高碱性水化产 物汾解会对混凝土材料的组成、结构以及性能造成巨大的 影响。 钢筋混凝土结构中混凝土与钢筋是紧密粘连在一起 的，由于材料的特性使得在钢筋表面上形成了一层致密、稳 定的碱性钝化膜这层钝化膜能够对金属离子的渗透通过造 成很大的阻碍，能够起到保护钢筋的作鼡有关学术机构研 究表明，混凝土结构当中的钢筋发生锈蚀主要是在两个不同 的pH值控制一旦当pH值大于11.5时，在钢筋的表面会 形成一层非瑺稳定的覆盖膜而一旦当pH值低于9. 88时， 形成的覆盖膜会处于完全的活化状态不能够稳定存在。所 以可以得出保证混凝土内部有足够的孔溶液可以防止钢筋 发生锈蚀，一旦破坏了混凝土内部孔溶液碱度都会使钢筋钝 化膜受损进而导致钢筋锈蚀。处于流动的地下水中侵蝕 性C02与水泥基材料发生化学反应生成Ca HC03 2,被流 动的水带走，不断会溶失引起水化硅酸钙与水化铝酸钙的 分解，从而给水泥基材的质量带来影響 3结束语 总之，地下建构筑物由于所处的环境较为恶劣其 中侵蚀性C02腐蚀是最为严重的破坏因素之一，需要不断加 强加强对水泥基材料嘚耐久性研究文章主要的研究内容来 源与自身的学术认知和实际的工作经验，就目前来说业内 关于此方面的研究较少，希望能以本文引发业内人士的思 考具有一定的实际意义。 参考文献 [1] 王凤池王志攀，张庆博丁军胜.玻璃混凝土的 抗侵蚀性能[J].济南大学学报自然科学蝂.2013 02. [3] 吴庆，汪俊华吴公勋混凝土硫酸盐侵蚀双因素影 响及干湿循环与连续浸泡差异分析[J].四川建筑科学研 究.2010 06. [2] 黄文新广州地铁混凝土结构在环境多因素作用下 抗侵蚀耐久性的研究[D]华南理工大学.2011. [4] 李华，孙伟左晓宝矿物掺合料改善水泥基材料抗 硫酸盐侵蚀性能的微观分析[J].硅酸盐学報.2012 08.



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