水泥中氯離子危害分析及防治措施
1.Cl-造成水泥混凝土危害的原因
普遍研究認(rèn)為因C l-的存在，水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部所發(fā)生的“電化反應(yīng)”是導(dǎo)致鋼筋銹蝕、造成水泥混凝土結(jié)構(gòu)危害的一個(gè)重要原因。通過(guò)深入分析我們發(fā)現(xiàn)，除了“電化反應(yīng)”外，水泥 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生的“氧化反應(yīng)”和“堿骨料反應(yīng)”及“酸堿腐蝕反應(yīng)”也是造成水泥混凝土結(jié)構(gòu)危害不可忽視的原因。
在水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)所發(fā)生的“電化反應(yīng)”、“氧化反應(yīng)”、“堿骨料反應(yīng)”及“酸堿腐蝕反應(yīng)”過(guò)程中，C l-始終對(duì)這些危害反應(yīng)的發(fā)生起著“誘導(dǎo)”作用。這種“誘導(dǎo)”作用，主要是由C l-的特性及與它相結(jié)合的堿金屬、堿土金屬離子Mx+所構(gòu)成的離子化合物M C lx的性質(zhì)所決定的。
2.影響危害反應(yīng)的因素
根據(jù)氯離子“誘導(dǎo)”水泥混凝土造成的危害反應(yīng)機(jī)理，我們認(rèn)為影響危害反應(yīng)的因素主要有以下幾方面：
?。?）Cl-濃度越高，也就意味著M C lx的含量越大，危害反應(yīng)越激烈；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，危害的程度也越嚴(yán)重。（2）空氣濕度越大或混凝土構(gòu)件周?chē)h(huán)境潮濕，危害反應(yīng)越易發(fā)生，危害性越大。（3）環(huán)境溫度越高，危害反應(yīng)加劇，危害的程度加重。（4）時(shí)間越長(zhǎng)，危害反應(yīng)持續(xù)越久，危害的程度也就逐步擴(kuò)大。（5）混凝土結(jié)構(gòu)越薄或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙率越大，危害反應(yīng)越迅速，危害的程度也越大。（6）處于酸、堿的環(huán)境中或存在其他介質(zhì)侵蝕的情況下，危害反應(yīng)加快。
3.危害反應(yīng)的預(yù)防和治理
為了有效控制C l-對(duì)水泥混凝土造成的危害，首先我們必須要了解C l-的主要來(lái)源，做到從源頭上進(jìn)行嚴(yán)格控制；其次，我們要根據(jù)C l-危害反應(yīng)機(jī)理，采取各種科學(xué)的預(yù)防和治理措施。
?。?）水泥中C l-的主要來(lái)源水泥中的C l-主要來(lái)源于水泥自身（水泥熟料、混合材）和水泥中摻入的外加劑。有人認(rèn)為水泥自身的C l-主要來(lái)源于混合材，其理論根據(jù)是因?yàn)槭炝弦呀?jīng)過(guò)水泥窯內(nèi)的高溫煅燒，其中C l-已被揮發(fā)。針對(duì)這一觀點(diǎn)，我們將N a C l 在高溫爐中進(jìn)行了灼燒試驗(yàn)：在810℃N a C l 固體開(kāi)始變成熔融狀，840℃全部變?yōu)槿廴隗w，在1400℃恒溫灼燒30分鐘，其損失量只有12.72%。雖然旋窯內(nèi)最高溫可以達(dá)到1700℃～1800℃（立窯內(nèi)最高溫度一般為1350℃～1450℃），但它的尾氣離開(kāi)最上端旋風(fēng)預(yù)熱筒的溫度只有320℃～350℃，而在低端兩級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱筒內(nèi)溫度一般為750℃～870℃，并在這兩級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱筒內(nèi)物料易發(fā)生粘堵現(xiàn)象，我們認(rèn)為這與M C lx在該溫度范圍內(nèi)變成熔融體，增加了物料的黏度有關(guān)。上述情況表明，C l-在熟料煅燒過(guò)程中不可能大部分地?fù)]發(fā)掉，即使有揮發(fā)也只是相對(duì)很少的一部分。此外，我們對(duì)全國(guó)不同地區(qū)的多家水泥企業(yè)生產(chǎn)的熟料及使用的混合材進(jìn)行了C l-檢測(cè)分析，結(jié)果顯示熟料中C l-為0.011%～0.053%，混合材中C l-為0.005%～0.012%。通過(guò)以上分析表明，水泥自身的C l-在一般情況下主要來(lái)源于熟料。而除了水泥自身的C l-外，水泥中C l-的另一個(gè)主要來(lái)源是水泥外加劑。近年來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種類(lèi)型的助磨劑、增強(qiáng)劑，這些水泥外加劑中含有的C l-應(yīng)引起水泥企業(yè)的高度重視。由于人們普遍缺乏對(duì)水泥中C l-含量的危害性認(rèn)識(shí)，以及國(guó)家以前沒(méi)有出臺(tái)對(duì)水泥中C l-要求的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致我國(guó)水泥外加劑產(chǎn)業(yè)處于魚(yú)目混珠、良莠不齊的無(wú)序狀態(tài)。傳統(tǒng)的粉體水泥外加劑主要成分是廉價(jià)易得而又具有較好增強(qiáng)效果的NaCl （鹽），而這種產(chǎn)品帶入水泥中的C l-遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中Cl-≤0.06%的要求。
（2）對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的C l-要嚴(yán)格控制水泥企業(yè)為了適應(yīng)國(guó)家水泥新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥中C l-的控制要求，必須要先制定本企業(yè)水泥C l-的內(nèi)控指標(biāo)，完善對(duì)C l-的檢測(cè)試驗(yàn)條件，提高對(duì)C l-的檢測(cè)能力，以確保C l-檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。水泥企業(yè)應(yīng)對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中各種原料的C l-進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)分析，合理選擇原料，以滿(mǎn)足水泥生產(chǎn)對(duì)C l-的控制要求。在選擇水泥外加劑時(shí)，水泥企業(yè)應(yīng)優(yōu)先考慮外加劑的摻量和產(chǎn)品中C l-含量，也就是外加劑產(chǎn)品帶入水泥中C l-的含量；對(duì)外加劑要做到“先檢測(cè)，后使用”，要對(duì)同一批外加劑產(chǎn)品中的C l-進(jìn)行“分割樣”檢測(cè)；此外，外加劑中的C l-
含量應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定，在使用外加劑過(guò)程中一定要保證外加劑的摻量準(zhǔn)確。
?。?）水泥混凝土工程應(yīng)注意C l-的危害性由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的C l-易引發(fā)危害反應(yīng)，對(duì)水泥混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，下列特殊結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)工程的水泥混凝土更應(yīng)對(duì)C l-的危害采取有效防范措施。
?、兕A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。②大體積混凝土。③含有堿活性骨料的混凝土。④相對(duì)濕度大于80%的環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)，處于水位變化、雨天及經(jīng)常受水淋、受水流沖擊的結(jié)構(gòu)。⑤經(jīng)常處于60℃以上溫度的結(jié)構(gòu)，需經(jīng)蒸養(yǎng)的鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件。⑥直接接觸酸、堿或其他侵蝕性介質(zhì)結(jié)構(gòu)。⑦使用冷拉鋼筋后冷拔低碳鋼絲的結(jié)構(gòu)。⑧薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，中級(jí)和重級(jí)工作制吊車(chē)的梁、屋架、落錘及鍛錘混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等。⑨有裝飾要求的混凝土，特別是要求表面色彩一致或表面有金屬裝飾物的混凝土。⑩使用直流電源的結(jié)構(gòu)及距離高壓直流電源100米以?xún)?nèi)的結(jié)構(gòu)。
（4）鋼筋銹蝕的防治措施我們對(duì)鋼筋銹蝕采取防治措施并不是放棄對(duì)水泥Cl-的嚴(yán)格要求，而是為了實(shí)現(xiàn)水泥混凝土具有更好的耐久性的目的。防銹措施主要通過(guò)阻止H2O 和O2對(duì)混凝土內(nèi)部的侵入，阻止陽(yáng)極產(chǎn)生電子或阻止陰極吸收電子的能力從而達(dá)到抑制危害反應(yīng)的目的。
?、僭诨炷潦┕ぶ?，應(yīng)確保一定的水泥配比量，維持混凝土內(nèi)部的堿度，以保護(hù)鋼筋的鈍化膜。②摻用粉煤灰、礦渣粉、硅灰等混合材，以提高混凝土保護(hù)層的密實(shí)性，同時(shí)適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層的厚度。③延長(zhǎng)混凝土拌和時(shí)間并充分養(yǎng)護(hù)。④在混凝土拌和物中摻用阻銹劑。⑤采用陰極保護(hù)技術(shù)。⑥在混凝土表面涂覆膜。⑦直接在鋼筋表面涂刷阻銹劑。
防銹措施雖然有一定的效果，但也存在以下不足：如有的施工技術(shù)較復(fù)雜并需增加較高的投入成本；有的使用了有毒性的物質(zhì)，對(duì)人體和環(huán)境造成危害；有的措施會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)帶來(lái)負(fù)面影響；有的防銹效果還有待于長(zhǎng)期驗(yàn)證評(píng)價(jià)，等等。因此，要采取防銹措施，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
普遍研究認(rèn)為因C l-的存在，水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部所發(fā)生的“電化反應(yīng)”是導(dǎo)致鋼筋銹蝕、造成水泥混凝土結(jié)構(gòu)危害的一個(gè)重要原因。通過(guò)深入分析我們發(fā)現(xiàn)，除了“電化反應(yīng)”外，水泥 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生的“氧化反應(yīng)”和“堿骨料反應(yīng)”及“酸堿腐蝕反應(yīng)”也是造成水泥混凝土結(jié)構(gòu)危害不可忽視的原因。
在水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)所發(fā)生的“電化反應(yīng)”、“氧化反應(yīng)”、“堿骨料反應(yīng)”及“酸堿腐蝕反應(yīng)”過(guò)程中，C l-始終對(duì)這些危害反應(yīng)的發(fā)生起著“誘導(dǎo)”作用。這種“誘導(dǎo)”作用，主要是由C l-的特性及與它相結(jié)合的堿金屬、堿土金屬離子Mx+所構(gòu)成的離子化合物M C lx的性質(zhì)所決定的。
2.影響危害反應(yīng)的因素
根據(jù)氯離子“誘導(dǎo)”水泥混凝土造成的危害反應(yīng)機(jī)理，我們認(rèn)為影響危害反應(yīng)的因素主要有以下幾方面：
?。?）Cl-濃度越高，也就意味著M C lx的含量越大，危害反應(yīng)越激烈；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，危害的程度也越嚴(yán)重。（2）空氣濕度越大或混凝土構(gòu)件周?chē)h(huán)境潮濕，危害反應(yīng)越易發(fā)生，危害性越大。（3）環(huán)境溫度越高，危害反應(yīng)加劇，危害的程度加重。（4）時(shí)間越長(zhǎng)，危害反應(yīng)持續(xù)越久，危害的程度也就逐步擴(kuò)大。（5）混凝土結(jié)構(gòu)越薄或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙率越大，危害反應(yīng)越迅速，危害的程度也越大。（6）處于酸、堿的環(huán)境中或存在其他介質(zhì)侵蝕的情況下，危害反應(yīng)加快。
3.危害反應(yīng)的預(yù)防和治理
為了有效控制C l-對(duì)水泥混凝土造成的危害，首先我們必須要了解C l-的主要來(lái)源，做到從源頭上進(jìn)行嚴(yán)格控制；其次，我們要根據(jù)C l-危害反應(yīng)機(jī)理，采取各種科學(xué)的預(yù)防和治理措施。
?。?）水泥中C l-的主要來(lái)源水泥中的C l-主要來(lái)源于水泥自身（水泥熟料、混合材）和水泥中摻入的外加劑。有人認(rèn)為水泥自身的C l-主要來(lái)源于混合材，其理論根據(jù)是因?yàn)槭炝弦呀?jīng)過(guò)水泥窯內(nèi)的高溫煅燒，其中C l-已被揮發(fā)。針對(duì)這一觀點(diǎn)，我們將N a C l 在高溫爐中進(jìn)行了灼燒試驗(yàn)：在810℃N a C l 固體開(kāi)始變成熔融狀，840℃全部變?yōu)槿廴隗w，在1400℃恒溫灼燒30分鐘，其損失量只有12.72%。雖然旋窯內(nèi)最高溫可以達(dá)到1700℃～1800℃（立窯內(nèi)最高溫度一般為1350℃～1450℃），但它的尾氣離開(kāi)最上端旋風(fēng)預(yù)熱筒的溫度只有320℃～350℃，而在低端兩級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱筒內(nèi)溫度一般為750℃～870℃，并在這兩級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱筒內(nèi)物料易發(fā)生粘堵現(xiàn)象，我們認(rèn)為這與M C lx在該溫度范圍內(nèi)變成熔融體，增加了物料的黏度有關(guān)。上述情況表明，C l-在熟料煅燒過(guò)程中不可能大部分地?fù)]發(fā)掉，即使有揮發(fā)也只是相對(duì)很少的一部分。此外，我們對(duì)全國(guó)不同地區(qū)的多家水泥企業(yè)生產(chǎn)的熟料及使用的混合材進(jìn)行了C l-檢測(cè)分析，結(jié)果顯示熟料中C l-為0.011%～0.053%，混合材中C l-為0.005%～0.012%。通過(guò)以上分析表明，水泥自身的C l-在一般情況下主要來(lái)源于熟料。而除了水泥自身的C l-外，水泥中C l-的另一個(gè)主要來(lái)源是水泥外加劑。近年來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種類(lèi)型的助磨劑、增強(qiáng)劑，這些水泥外加劑中含有的C l-應(yīng)引起水泥企業(yè)的高度重視。由于人們普遍缺乏對(duì)水泥中C l-含量的危害性認(rèn)識(shí)，以及國(guó)家以前沒(méi)有出臺(tái)對(duì)水泥中C l-要求的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致我國(guó)水泥外加劑產(chǎn)業(yè)處于魚(yú)目混珠、良莠不齊的無(wú)序狀態(tài)。傳統(tǒng)的粉體水泥外加劑主要成分是廉價(jià)易得而又具有較好增強(qiáng)效果的NaCl （鹽），而這種產(chǎn)品帶入水泥中的C l-遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中Cl-≤0.06%的要求。
（2）對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的C l-要嚴(yán)格控制水泥企業(yè)為了適應(yīng)國(guó)家水泥新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥中C l-的控制要求，必須要先制定本企業(yè)水泥C l-的內(nèi)控指標(biāo)，完善對(duì)C l-的檢測(cè)試驗(yàn)條件，提高對(duì)C l-的檢測(cè)能力，以確保C l-檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。水泥企業(yè)應(yīng)對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中各種原料的C l-進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)分析，合理選擇原料，以滿(mǎn)足水泥生產(chǎn)對(duì)C l-的控制要求。在選擇水泥外加劑時(shí)，水泥企業(yè)應(yīng)優(yōu)先考慮外加劑的摻量和產(chǎn)品中C l-含量，也就是外加劑產(chǎn)品帶入水泥中C l-的含量；對(duì)外加劑要做到“先檢測(cè)，后使用”，要對(duì)同一批外加劑產(chǎn)品中的C l-進(jìn)行“分割樣”檢測(cè)；此外，外加劑中的C l-
含量應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定，在使用外加劑過(guò)程中一定要保證外加劑的摻量準(zhǔn)確。
?。?）水泥混凝土工程應(yīng)注意C l-的危害性由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的C l-易引發(fā)危害反應(yīng)，對(duì)水泥混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，下列特殊結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)工程的水泥混凝土更應(yīng)對(duì)C l-的危害采取有效防范措施。
?、兕A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。②大體積混凝土。③含有堿活性骨料的混凝土。④相對(duì)濕度大于80%的環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)，處于水位變化、雨天及經(jīng)常受水淋、受水流沖擊的結(jié)構(gòu)。⑤經(jīng)常處于60℃以上溫度的結(jié)構(gòu)，需經(jīng)蒸養(yǎng)的鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件。⑥直接接觸酸、堿或其他侵蝕性介質(zhì)結(jié)構(gòu)。⑦使用冷拉鋼筋后冷拔低碳鋼絲的結(jié)構(gòu)。⑧薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，中級(jí)和重級(jí)工作制吊車(chē)的梁、屋架、落錘及鍛錘混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等。⑨有裝飾要求的混凝土，特別是要求表面色彩一致或表面有金屬裝飾物的混凝土。⑩使用直流電源的結(jié)構(gòu)及距離高壓直流電源100米以?xún)?nèi)的結(jié)構(gòu)。
（4）鋼筋銹蝕的防治措施我們對(duì)鋼筋銹蝕采取防治措施并不是放棄對(duì)水泥Cl-的嚴(yán)格要求，而是為了實(shí)現(xiàn)水泥混凝土具有更好的耐久性的目的。防銹措施主要通過(guò)阻止H2O 和O2對(duì)混凝土內(nèi)部的侵入，阻止陽(yáng)極產(chǎn)生電子或阻止陰極吸收電子的能力從而達(dá)到抑制危害反應(yīng)的目的。
?、僭诨炷潦┕ぶ?，應(yīng)確保一定的水泥配比量，維持混凝土內(nèi)部的堿度，以保護(hù)鋼筋的鈍化膜。②摻用粉煤灰、礦渣粉、硅灰等混合材，以提高混凝土保護(hù)層的密實(shí)性，同時(shí)適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層的厚度。③延長(zhǎng)混凝土拌和時(shí)間并充分養(yǎng)護(hù)。④在混凝土拌和物中摻用阻銹劑。⑤采用陰極保護(hù)技術(shù)。⑥在混凝土表面涂覆膜。⑦直接在鋼筋表面涂刷阻銹劑。
防銹措施雖然有一定的效果，但也存在以下不足：如有的施工技術(shù)較復(fù)雜并需增加較高的投入成本；有的使用了有毒性的物質(zhì)，對(duì)人體和環(huán)境造成危害；有的措施會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)帶來(lái)負(fù)面影響；有的防銹效果還有待于長(zhǎng)期驗(yàn)證評(píng)價(jià)，等等。因此，要采取防銹措施，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。
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