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中國科學(xué)院金屬研究所
混凝土的腐蝕與城市供水系統(tǒng)
材料新視野
2015年05月15日1.jpg)
除了金屬會發(fā)生腐蝕，混凝土也會發(fā)生腐蝕?；炷劣捎谀途眯詥栴}，長期以來已造成了巨大的損失，如日本新干線使用不到10年，即出現(xiàn)了大面積的混凝土剝落和開裂現(xiàn)象，我國沿海港口工程的調(diào)查也表明，80%以上都發(fā)生了較嚴(yán)重的破壞，結(jié)構(gòu)使用壽命遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計要求。
混凝土的化學(xué)腐蝕主要包括粉化和硫酸鹽腐蝕。粉化過程主要是混凝土中的氫氧化鈣（Ca(OH)2）與環(huán)境中的二氧化碳反應(yīng)導(dǎo)致pH值的降低，破壞堿性環(huán)境，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。硫酸鹽腐蝕是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程，會生成結(jié)晶體積較大的鹽類（如鈣礬石等），從而使混凝土膨脹產(chǎn)生裂縫。
最近科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)城市供水系統(tǒng)也存在混凝土的腐蝕問題。自來水廠從自然水系中取水后，會進(jìn)行化學(xué)消毒與物理混凝兩種處理，以使水質(zhì)達(dá)標(biāo)。物理混凝劑主要為明礬（水合硫酸鋁鉀）。明礬在水中會發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鋁膠體懸浮，膠體微粒帶正電荷，天然水中雜質(zhì)通常帶負(fù)電荷，二者相互吸引，顆粒變大，從而受重力作用沉降，水就會變得澄清。但是，該過程中加入的硫酸根離子（SO42-）不僅會導(dǎo)致上述的硫酸鹽腐蝕，還會在下水管道中硫酸鹽還原菌的作用下經(jīng)過一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，最終還原為硫離子（S2-），在城市下水管道的酸性環(huán)境中產(chǎn)生硫化氫（H2S），而硫細(xì)菌會將其氧化成硫酸（H2SO4），進(jìn)一步促進(jìn)腐蝕過程。據(jù)研究，在此環(huán)境下，混凝土管道的腐蝕速率大約在數(shù)毫米/年，因此管道壽命大約在50年左右，即每年需更換2%的管道，由此帶來的全球經(jīng)濟(jì)損失超過10億美元。
因此，科學(xué)家在尋找新式混凝劑來代替明礬的作用，從而減少城市下水系統(tǒng)中的硫含量，進(jìn)而緩解其腐蝕問題。