分析硫酸鹽腐蝕混凝土構(gòu)件損傷檢測(cè)

文/孫賀雙 梁超，中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

硫酸鹽會(huì)對(duì)混凝土構(gòu)建造成較為嚴(yán)重的腐蝕，該現(xiàn)象在許多建筑工程中都有所呈現(xiàn)。雖然人們已經(jīng)意識(shí)到了研究硫酸鹽對(duì)混凝土構(gòu)建侵蝕的重要性，但是現(xiàn)階段并未有一個(gè)被人們一致認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)，因此，要做好相應(yīng)的研究工作是必要的。

1 硫酸鹽腐蝕來(lái)源

1.1 大氣中硫酸鹽腐蝕

大氣中的硫酸鹽腐蝕指的是SO2氣體，在特定溫度下，由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，最終形成酸雨，從而將腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)。不同地區(qū)酸雨的來(lái)源也會(huì)有所不同，酸雨強(qiáng)度的不同，對(duì)于混凝土構(gòu)件的腐蝕的強(qiáng)度也會(huì)有所不同。

在特定區(qū)域內(nèi)，大氣中存在的硫酸鹽腐蝕來(lái)源具有特殊性。例如，在具有腐蝕作用氣體加工車間、廠區(qū)、車間內(nèi)，特別是存在排放SO3的氣體的煙道，在該區(qū)域內(nèi)，氣體的腐蝕性與一般區(qū)域相比要高出很多。而在沿海區(qū)域附近，空氣中將會(huì)含有大量海鹽微塵，受到風(fēng)力的影響，會(huì)進(jìn)入到混凝土結(jié)構(gòu)中，從而將會(huì)多對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。除此之外，干旱鹽堿地，空氣中會(huì)含有大量的塵埃，這類塵埃會(huì)還有大量的鹽類物質(zhì)，這些物質(zhì)則會(huì)隨著降雨進(jìn)入到混凝土結(jié)構(gòu)中，從而對(duì)結(jié)構(gòu)造成較為嚴(yán)重的腐蝕，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。

1.2 水中硫酸鹽腐蝕

海水、內(nèi)陸湖水與混凝土直接相接觸，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)造成較為嚴(yán)重的侵蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。海水中含有大量的 Cl-和SO42-。一般來(lái)說(shuō)，水中的Cl-的濃度是SO42-濃度的7倍左右，因此混凝土構(gòu)件遭受的腐蝕更多的因?yàn)?Cl-引起的。由此可見(jiàn)，在實(shí)際分析過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì) Cl-的分析工作，并且要確保最終分析結(jié)果的合理性，從而為后續(xù)的分析工作提供支持。

1.3 土壤中硫酸鹽腐蝕

土壤中硫酸鹽腐蝕指的是埋在土壤中的混凝土構(gòu)件，受硫酸鹽影響，從而發(fā)生腐蝕。我國(guó)土壤類型如表1所示。

表1 我國(guó)土壤類型

2 混凝土微結(jié)構(gòu)遭受硫酸鹽腐蝕后的變化情況

2.1 未受腐蝕

混凝土在未受到腐蝕時(shí)，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，混凝土水化硅酸鈣凝膠密實(shí)、完整，并且具體結(jié)構(gòu)中的氫氧化鈣晶完整、整齊，具體應(yīng)用過(guò)程中能夠發(fā)揮相應(yīng)的作用。

2.2 開(kāi)始腐蝕

腐蝕60天后，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，隨著腐蝕的進(jìn)行，氫氧化鈣晶體會(huì)逐漸小時(shí)，此時(shí)會(huì)有大量的孔隙出現(xiàn)在混凝土的內(nèi)部，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)少量的纖維積聚塊狀晶體和一些針狀鈣礬石[1]。

2.3 腐蝕加重

腐蝕達(dá)到120天后，隨著腐蝕層數(shù)的不斷增加，混凝土內(nèi)部的空隙也會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷變大，并且在該過(guò)程中，針狀鈣礬石也將會(huì)變大變多，并且纖維積聚型塊狀石膏晶體也將會(huì)增多，從而會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的性能，以及其應(yīng)用造成不良影響[2]。

2.4 嚴(yán)重腐蝕

腐蝕180天后，隨著腐蝕的深入，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)將會(huì)變得更加松散，并且結(jié)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)大量裂縫，局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)一些貫穿裂縫，同時(shí)會(huì)有大量石膏晶體出現(xiàn)在空隙中，受腐蝕的影響，鈣礬石和鈣晶體以不可見(jiàn)，從而將會(huì)對(duì)混凝土造成較為嚴(yán)重的破壞。

綜上所述，隨著硫酸鹽腐蝕程度的不斷建設(shè)，混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)會(huì)不斷的發(fā)生改變，與此同時(shí)，腐蝕層的增加，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加松散，情況嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)膨脹裂縫，造成的影響十分嚴(yán)重[3]。

3 檢測(cè)硫酸鹽腐蝕混凝土的腐蝕層厚度

3.1 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)技術(shù)是依據(jù)超聲波在混凝土傳播速度的不同，反映被檢測(cè)混凝土的損傷情況，通過(guò)該方式對(duì)混凝土進(jìn)行檢測(cè)，混凝土的結(jié)構(gòu)不會(huì)遭受破壞。通過(guò)超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土的損失程度進(jìn)行檢測(cè)，是建立在超聲波在混凝土中傳播速度會(huì)隨著混凝土密實(shí)程度的增加而變快的基礎(chǔ)上。

超聲波檢測(cè)法在檢測(cè)硫酸鹽腐蝕混凝土的應(yīng)用十分廣泛，并且從實(shí)際情況來(lái)看也取得了不錯(cuò)的效果。但是，具體操作過(guò)程中，因?yàn)槿藛T的操作失誤，會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)相應(yīng)技術(shù)人員的培訓(xùn)，提高工作人員的綜合能力。

3.2 化學(xué)分析法

3.2.1 方法簡(jiǎn)介

目前，檢測(cè)混凝土中硫酸根離子的可以采用硫酸鋇重量法和E DTA容重法完成[4]。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)硫酸根的含量不足1%時(shí)，采用容重法檢測(cè)，最終獲取的檢測(cè)結(jié)果在精度上與重量法相接近，因此在具體檢測(cè)過(guò)程中，可以利用EDTA容重法取代重量法。混凝土耐久性試驗(yàn)侵蝕的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，這也就會(huì)造成硫酸根濃度較高，此時(shí)，應(yīng)用硫酸鋇重量法進(jìn)行檢測(cè)，最終測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度要優(yōu)于EDTA容重法。因此，下面在對(duì)受腐蝕的混凝土進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)，采用硫酸鋇重量法。

對(duì)被檢測(cè)的受腐蝕的混凝土（試驗(yàn)過(guò)程中選用的為尺寸80 mm×80mm×200 mm的棱柱體試件,將其浸泡在硫酸鹽溶液中）進(jìn)行鉆芯取樣，取樣過(guò)程中，依據(jù)不同厚度，切成若干層，在試件的表面，完成粉末樣品的收集。利用電子秤量取重0.1mg的混凝土粉末，然后將粉末放入到300mL的燒杯中，向燒杯中緩慢的導(dǎo)入整流水集鹽酸，從而使粉末狀內(nèi)含有的SO42-被充分溶解，然后將溶液中加入足量的氯化鋇溶液，溶液中的與Ba2+與SO42-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)硫酸鋇沉淀，對(duì)沉淀進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、烘干、稱重，最終得到硫酸的重量，從而完成對(duì)硫酸根總量的計(jì)算。

3.3.2 分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)混凝土遭受硫酸鹽腐蝕進(jìn)程的不同進(jìn)行化學(xué)分析，可以發(fā)現(xiàn)，混凝土試件遭受腐蝕越嚴(yán)重的區(qū)域，SO42-的含量也就越高，而遭受腐蝕相對(duì)較輕的區(qū)域，SO42-的含量則較低。對(duì)為遭受腐蝕的混凝土構(gòu)件中的SO42-進(jìn)行測(cè)量，對(duì)混凝土構(gòu)件不同深度的具體情況進(jìn)行化學(xué)分析，通過(guò)對(duì)比SO42-的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，確認(rèn)混凝土是否遭受到了硫酸鹽的侵蝕。

在具體試驗(yàn)過(guò)程中，這對(duì)遭受不同腐蝕程度的試件進(jìn)行深入分析，可以分析的試件，混凝土表面層0-20mm范圍內(nèi)，含有的SO3的質(zhì)量最大，從表面層向過(guò)渡層（試件20-40mm）,SO3的具體含量將會(huì)出現(xiàn)快速下降，而到了本體層（試件35-45mm）中，SO3的含量幾乎沒(méi)有在發(fā)生改變[5]。依據(jù)分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽在對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行腐蝕時(shí)，對(duì)混凝土試件的腐蝕達(dá)到40mm左右后，對(duì)更深層的混凝土造成的腐蝕十分有限，因此在分析過(guò)程中，選取37.5mm。分析期間，將20-40mm作為夠過(guò)渡層。而通過(guò)大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榛炷翗?gòu)件成分的不同，以及腐蝕環(huán)境的不同，硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕也會(huì)有所不同。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可知，隨著腐蝕的進(jìn)行，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將會(huì)逐漸被瓦解，而接觸硫酸鹽越早的混凝土，隨著時(shí)間的推移，硫酸根離子將會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，而混凝土遭受的腐蝕現(xiàn)象，則會(huì)隨著時(shí)間推移，不斷向內(nèi)部發(fā)展，對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)遭受較為嚴(yán)重的破壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

硫酸鹽會(huì)腐蝕混凝土構(gòu)件，對(duì)混凝土構(gòu)件的性能造成影響，從而將會(huì)影響工程的質(zhì)量，在構(gòu)建損傷檢測(cè)過(guò)程中，可以采用超聲波發(fā)和化學(xué)方法完成，掌握硫酸鹽對(duì)混凝土構(gòu)件腐蝕的規(guī)律，對(duì)混凝土構(gòu)件在應(yīng)用過(guò)程中遭受到的腐蝕進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。