硫酸盐侵蚀混凝土的困惑世界外文翻译资料

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硫酸盐侵蚀混凝土的困惑世界

摘要

外界对硫酸盐的侵蚀尚不完全清楚。第一部分指出了所涉及的问题，指出了分歧，并区分了仅发生硫酸盐与水合水泥浆的化学反应与混凝土的损坏或变质之间的区别。仅后者代表硫酸盐侵蚀。此外，硫酸盐侵蚀被定义为涉及硫酸盐离子的有害作用。如果反应是物理的，那么发生的是物理的硫酸盐侵蚀。对硫酸盐侵蚀的两种形式的讨论导致提出了不同命名的建议。硫酸盐对使用中的混凝土结构的侵蚀并不普遍，并且基于实验室的研究数量似乎不成比例。讨论了由不同的硫酸盐（钠，钙和镁）侵蚀的机理，包括拓扑化学和通溶液反应的问题。讨论了硫酸镁作用的具体方面，并指出了实验室条件和现场暴露之间的差异。

第二部分讨论了硫酸盐侵蚀的进展及其表现。接下来是关于制备抗硫酸盐混凝土的讨论。一种措施是使用V型水泥，并且对该主题进行了广泛讨论。同样，考虑了w/c对耐硫酸盐性的影响。这两个参数并不相互独立。此外，硫酸盐中的阳离子对V型水泥的效率有很大影响。评估了围垦局测试的最新解释，无论是长期测试还是加速测试，似乎都需要重新制作。

第三部分回顾了对结构接触硫酸盐的严重程度进行分类的标准和指南，并指出缺乏对各种接触类别的校准。一个特别的问题是土壤的分类，因为它很大程度上取决于土壤中硫酸盐的提取率：需要一种标准化的方法。讨论了土壤样品的采集，特别是对解释硫酸盐含量变化很大的参考。描述了邻近地基的土壤排水不畅和过度灌溉以及使用化肥的后果。通过确定自放置混凝土以来的抗压强度的变化，可以确定混凝土是否遭受了硫酸盐侵蚀。拒绝使用此方法以及由于“分层损坏”而依赖于确定混凝土的抗拉强度是错误的。扫描电子显微镜（SEM）不应是确定是否发生硫酸盐侵蚀的主要方法，当然也不应该是第一种方法。数学建模将在将来有所帮助，但目前无法提供有关结构混凝土抗硫酸盐性的指导。

第四部分介绍了结论和情况概述，并考虑了未来的改进。附录A包含各种法规和指南给出的硫酸盐暴露分类。

本文分为四个部分。第一部分建立了硫酸盐侵蚀的含义。第二部分讨论了硫酸盐侵蚀的进展和后果。第三部分回顾了侵蚀性土壤和水的测试，以及为了确定是否在现场对混凝土进行硫酸盐侵蚀而进行的测试。第四部分概述。

1.第一部分：硫酸盐侵蚀是什么意思？

1.1.介绍

我喜欢使用“topsy-turvy”一词而不是“confused”，因为在ShorterOxfordDictionary中，topsy-turvy被定义为“完全困惑”。在我看来，这就是关于硫酸盐侵蚀的情况，但是，对于研究期刊而言，颠倒的形容词也许不是适当的形容词。并不是从来没有弄清我们对各种现象和涉及的行为的了解；至少在工程学层面上对它们的理解是了解的，但是最近十年左右的争执引起了许多断言。这些分别单独使用并不一定是错误的，但将它们放在一起会导致一种完全混乱的情况。

我想从一开始就应该证明我试图在实际结构的硫酸盐侵蚀问题中找到一些一般的思路：我是工程师而不是科学家，我的观点是现场结构的行为是工程师的专业关注。

我不是一个人强调工程判断的必要性，因此，一个工程师应主要参与硫酸盐侵蚀的研究。垦殖局的DePuy^[1]写道：“在某些情况下，工程师对化学反应，控制反应速率的因素以及导致混凝土劣化的机理的良好理解变得越来越重要”。

我也不单单指出迄今为止的实验室研究不足以转化为对田间行为的理解。DePuy^[1]写道：lsquo;大多数关于硫酸盐侵蚀的知识都是通过对相对简单的纯物质化学体系进行实验室研究而开发的，但在实际操作中情况却更为复杂hellip;rsquo;。而且，就像我一样，DePuy^[1]感觉到“尽管对硫酸盐的侵蚀进行了广泛的调查，但仍未完全了解”。

1.2．论文范围

我并不是说本文件将使情况一目了然。我之所以无法实现这一目标，部分原因是我是一名土木工程师，而了解硫酸盐侵蚀不仅涉及土木工程和建筑实践，还涉及化学，土壤工程以及现场和实验室测试。要让所有这些学科的人们共同努力并不容易。更糟糕的是，有时任何一种专家都倾向于对他或她的专业以外的现象发表意见。

不幸的是，一些专家证人很想在自己的专业领域之外发表意见，担心承认无知会损害他们的地位，否则，他们会被卷入异形领域。

当然，我也必须设法不陷入陷阱，但是，我正在写有关外部硫酸盐侵蚀的广泛问题。因此，让我向读者保证，我打算将自己限制在确定所涉及的问题并指出分歧之处。但是，当然，这不会阻止我表达自己的观点，我对此有信心。

“化学家应该研究对混凝土的化学侵蚀”是Hime^[2]于2003年4月在《混凝土国际》上发表的文章的标题。但是，我还是一名工程师，正在撰写有关混凝土化学作用的主题的文章。为什么？

首先，Hime^[2]自己说化学家并没有“化学进攻”。

第二，尽管我将需要提及其中一些化学反应，但我没有发表任何意见。

第三，硫酸盐与混凝土之间化学反应的真正意义在于对混凝土的破坏。

对于那些不关心混凝土的健康，性能或耐用性的化学变化，与那些涉及实际结构的人们的关注非常有限，这与人工条件下的实验室标本不同。

我必须补充说，实验室研究对于提升我们的知识非常重要且必不可少，但是需要以工程学的角度来检验这些知识的实际意义。

这使我想到了第四个问题：硫酸盐侵蚀有多广泛？而且，水合水泥浆与硫酸盐反应的后果有多重要？

本文也没有专门针对由于土壤中硫化铁（例如黄铁矿）的氧化而导致的硫酸盐对混凝土的侵蚀，这主要是由于形成硫酸而对酸的侵蚀这可能会产生非常严重的后果，但允许混凝土接触含有黄铁矿的 土壤是一种不好的做法，是可以避免或预防的。

1.3.“侵蚀”的定义

此时，定义侵蚀一词的含义可能是适当的。通常，我发现1993年出版的《牛津短小词典》是一个很好的起点。字典说：“物理机构的破坏性行为，腐蚀，吞噬，溶解”。我认为形容词“破坏性”至关重要。换句话说，一个动作本身并不一定代表侵蚀。从工程师的角度来看，重要的是混凝土所发生的一切：不会导致性能下降或耐久性下降的动作不是侵蚀。

我的观点得到了高岭土侵蚀领域中一些研究人员的支持。Bensted^[4]说，“重要的是适当区分脱硫铝石的形成和脱硫铝石的侵蚀”。这种区别至关重要。发生给定化学反应的事实并不意味着给定混凝土所有者的损坏和相应损失。Bensted^[4]的区别同样适用于硫酸盐侵蚀，而硫酸盐侵蚀不会导致硫铝石的形成。

Harrison^[5]进一步支持了我的观点，他说：“当混凝土分析表明硫酸盐含量高时，这不一定表明有任何劣化，尽管相反，强度的损失或可见的劣化伴随着硫酸盐含量高。将是硫酸盐侵蚀的证据。

此外，Skalny等^[6]强调“钙矾石本身的存在并不是硫酸盐侵蚀的迹象”。另一方面，他们将风化称为“几乎可观察到的破坏”，并将风化称为“主要是硫酸钠”。有时也包括氯化钠，硫酸镁和其他盐类的物质^[6]。他们说，花粉代表严重的化学侵蚀，在书中化学一词用斜体表示。

我认为风化本身并不是破坏的证据，这一观点早些时候就已表达^[7]。Mehta^[8]还说，除某些情况外，风化“不应造成任何损害”。

1.4.硫酸盐侵蚀的定义

我认为只有在混凝土变质或损坏时才发生对混凝土的侵蚀，但需要采取什么样的机制才能将这种作用描述为硫酸盐侵蚀仍然悬而未决，以下有两种理论流派。

一种理论流派认为，如果涉及硫酸盐，则不论其作用机理如何，都会发生硫酸盐侵蚀。另一种思想流派将硫酸盐侵蚀的概念限制为硫酸盐离子与水合水泥浆之间发生化学反应的后果，从而使浆中发生化学变化。但是，如果硫酸盐与水泥相互作用并对其造成破坏，但作用是物理的，并且硫酸盐以外的盐也可能发生类似的作用，则该破坏被认为是物理侵蚀或物理硫酸盐侵蚀。

我知道化学变化伴随着物理变化这一事实，因此我对于这个科学定义上的细节有些犹豫不决。我为什么要提出这个问题？确实，可以说术语的意义不大。但是，在我看来，在一个大而复杂的领域中，如果每个人在描述给定现象时都使用相同的术语是有帮助的。

此外，我认为化学侵蚀与物理侵蚀之间存在差异，因为化学侵蚀必定涉及硫酸根离子，而物理侵蚀涉及盐的结晶，例如硫酸盐的结晶，但这对于混凝土和岩石是一个更广泛的话题。因此，在本文中，术语“硫酸盐侵蚀”将仅限于化学侵蚀，但我还将简要考虑一下物理硫酸盐侵蚀。

保持上述观点绝非一个人。例如，《混凝土学会混凝土结构劣化诊断技术报告》^[9]中认为“物理盐风化”是一种独立于硫酸盐侵蚀的现象，而不管该盐类是否为硫酸盐。

我还要引用Collepardi^[10]，他在对钙矾石对混凝土的延迟腐蚀的最新研究中，考虑了内部和外部来源的硫酸盐，但明确地排除了“损坏，该损坏专门归因于物理硫酸盐的侵蚀，例如水溶性硫酸盐的结晶。梅塔（Mehta^[8]）在题为《Separating Myths from Reality》的论文中说：“由于物理盐盐侵蚀导致的混凝土表面结垢与化学硫酸盐侵蚀相混淆。盐风化纯粹是一种物理现象，在某些环境条件下，当任何多孔固体（例如砖，石料或劣质混凝土）暴露于碱性盐溶液（包括硫酸盐（但不一定限于硫酸盐））时，都会发生rsquo;。我不确定适用于混凝土的“劣质”评价是否合适；相反，混凝土表面结构的开放性是相关的，并且任何混凝土的某些饰面都可能存在这种开放性。Mehta^[8]报告说，“与盐结晶有关的物理侵蚀不仅限于碱式硫酸盐溶液；例如，它在碱金属碳酸盐溶液中发生hellip;hellip;rsquo;。

我必须记录也持有相反的观点。例如，Skalny等^[11]认为“在物理和化学过程之间进行区分并不能达到有用的目的，只会进一步使工程师感到困惑”。作为一名工程师，我发现这种关怀令人感动，但我不认为我们工程师已经感到困惑，因此不必为进一步的困惑而解脱！

我要强调，化学或物理侵蚀的问题不仅仅是语义上的，因为物理侵蚀的后果以与化学侵蚀不同的方式表现出来。而且，两种侵蚀的预防方法可能有所不同。

1.5．物理硫酸盐侵蚀

物理侵蚀的一种普遍形式是无水硫酸钠（钠锰矿）可逆地变成十水合物（芒硝）。如果在混凝土表面或其附近的孔中发生结晶，则可能会产生很大的压力，从而产生有害作用。Hime和Mather^[12]说，“可能需要从过饱和溶液中沉淀出来”。“可能”一词表明所涉及的现象尚未完全理解。

物理侵蚀的问题已经研究了很长时间。1929年，法国的Lafuma^[13]报道了他的实验，将十水合硫酸钠转化为该盐的无水形式，并指出了33℃的温度的重要性，在此温度以上，无水盐在溶液中形成。，其具有低表观体积。尽管Lafuma^[13]的论文的细节可能是正确的，也可能不是正确的-并且它们不在我的专业知识范围内-但我对它们进行了研究，因为它们清楚地反应了所涉及的反应是物理的，并且硫酸根离子不会发生。

1939年，英国的Bonnell和Nottage^[14]研究了多孔材料中盐的结晶。他们的测试是在抗张强度非常低，用硫酸钠溶液饱和的材料上进行的。他们表明，“当水合发生在孔隙中时可能产生足够高的应力以克服普通多孔建筑材料的抗拉强度”，并且盐可能“施加足够的力使材料崩解”^[14]。

这些都是涉及无水芒硝和芒硝的实验（尽管未提及这些名称），尽管所测试的不是具体的。实验与考虑物理硫酸盐对混凝土的侵蚀高度相关，但是Bonnell和Nottage^[14]的论文可能并不为人所知，因为该论文是在第二次世界大战爆发前不久发表的。

1949年，Lea和Nurse^[15]使用硫酸钠和硫酸钙研究了水性系统中固体的结晶。他们发现缺乏有关在应力作用下晶体生长的知识，但就钙矾石而言，他们赞成拓扑化学反应的概念。

对于化学家来说，考虑通过溶液而不是拓扑化学反应是一个问题。Brown和Taylor^[16]以及Mehta[^17]不认同Lafuma^[13]的拓扑化学形成的命题。

硫酸钠盐的特定行为一直是研究的主题。无水芒硝的溶解度比芒硝要高得多，因此无水芒硝可以产生相对于芒硝的过饱和溶液。在2002年，Flatt^[18]认为，在20℃时，芒硝（十水合物）从无水芒硝（硬石膏）的饱和溶液中结晶，会产生10到20MPa的拉伸环向应力。如此大的拉应力不可避免地会破坏混凝土，而孔径的大小会影响晶体生长的难易程度。

根据Flatt^[18]的说法，“结晶压力的扩大要求晶体与孔壁之间的液膜过饱和”，但他指出，在混凝土中，“未填充的大孔往往会在无害生长中消耗过饱和”。。弗拉特[18]表达了一种观点，即“硫酸钠比其他任何盐都可能造成更大的损害”。

Brown^[19]在2002年的论文中认识到了他所说的“与钙矾石和/或石膏形成有关的经典硫酸盐侵蚀”和“与硫酸盐结晶有关的物理硫酸盐侵蚀”之间的区别。他还承认一个事实，那就是硫酸盐的介入几乎是物理侵蚀的附带条件，他说：“物理硫酸盐侵蚀可以被视为一种特定类型的盐害”^[19]。

我刚才讨论的各种论文都涉及物理反应这个事实，即硫酸钠溶液含有硫酸根离子，因此它们指向物理侵蚀的概念。

总体而言，我认为将涉及硫酸盐离子的侵蚀（即硫酸盐侵蚀）与仅由物理反应造成损害的情况（即物理硫酸盐侵蚀）区分开来是有用的。我认可这种

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