浅析醋酸对混凝土的腐蚀

安家（建筑与工程）

天津渤化永利化工股份有限公司天津 300450

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摘要：用不同浓度的醋酸浸泡混凝土块，观察、检测不同时间醋酸对混凝土块的腐蚀程度，以提高醋酸腐蚀混凝土的感性认识，为醋酸装置相关设施的防腐提供科学依据，并用相应物料的物理、化学性质分析产生的试验现象。

关键词：醋酸、混凝土、腐蚀

1.物料的性质

1.1醋酸的性质

醋酸又名冰醋酸、乙酸、冰乙酸，化学式C2H4O2，是无色、有腐蚀性液体，具有刺激性气味。在常温下醋酸能以任何比例和水及多种有机溶剂相溶。醋酸是典型的脂肪族一元羧酸，属弱酸，其酸性比碳酸略强，在水中，部分醋酸分子发生电离，每个醋酸分子电离出一个氢离子，25℃下在水中的解离常数是pKa=4.76。很多金属的氧化物、碳酸盐溶解于醋酸生成简单的醋酸盐。醋酸燃烧时发出蓝色火焰，燃烧产物是二氧化碳和水。

1.2水泥、沙子、石子、混凝土的性质

水泥、沙子、石子是最常用的基础建材，在工程土建中普遍使用。普通水泥的主要成分是硅酸盐，其化学式为硅酸三钙3CaO·SiO2、硅酸二钙2CaO·SiO2、铝酸三钙3CaO·Al2O3，同时含有少量的镁、铁、锰等元素。由于碱金属钙、镁元素的存在，水泥、水泥与水的混和物均呈碱性。沙子的化学成分是二氧化硅，有自然界中十分稳定。石子的主要成分是碳酸钙，碳酸钙是一种碱式盐，能溶于多种酸。混凝土是水泥、沙子、石子和水按一定比例搅拌、混和、静置一定时间后凝结硬化而形成的一种坚固的胶凝材料。

2.试验注意事项

2.1醋酸的凝固点为16.8℃，要使醋酸保持液态，环境温度应在醋酸的凝固点以上。

2.2由于醋酸能对皮肤造成强烈的灼伤，并对衣物有强腐蚀性，醋酸蒸气对鼻粘膜有强刺激性，所以试验时特别注意对衣服、手、眼、鼻、裸露皮肤等部位的防护。

2.3醋酸是一种有机物，在空气中可以直接点燃，且醋酸蒸汽能和空气形成爆炸性混合物，所用醋酸在运输、贮存及使用过程中应注意容器的密闭，远离热源和火源。

3.试验用品

3.1试验所用试剂

醋酸（分析纯，≥99.5%，天津大茂化学试剂厂），自来水，混凝土块（来自施工现场，由水泥、沙子、石子、水按一定比例混合搅拌凝固而成），因颜色深浅不同分成两种，深灰色编号A，浅灰色编号B。

3.2试验仪器

托盘天平1架，100ml量筒1个，500ml广口瓶5个，防酸碱手套一付，铁锤等。

4.试验步骤

环境温度约18℃。5个广口瓶中加入不同浓度的醋酸。将混凝土块用铁锤砸成板栗大小的不规则小块，用自来水冲洗掉外挂的泥沙及碎屑，自然晾干48小时，称重，颜色不同的两种混凝土块各一块分别放入5个广口瓶中。每天观察醋酸溶液的变化和混凝土块的腐蚀程度并拍照。腐蚀试验自2009年4月7日开始，2009年4月28日结束，历经21天。将腐蚀后的水泥块用孔径Φ2的筛子过滤，筛上物用自来水冲洗，自然晾干，称重。

5.试验现象及分析

5.1物理现象及分析

颜色较深的混凝土块是工程桩破桩后的碎块，呈深灰色，密度较大，用铁锤砸时感觉机械强度较大。颜色较浅的混凝土块是现场施工中混凝土浇涛后凝结硬化而成，呈浅灰色，密度较小，机械强度较小。由于形成混凝土所用的物料（水泥、沙子、石子）配比不同，以及水泥的种类、强度等级不同，并且因混凝土的用途不同而加入不同的添加剂，这些原因造成了两种混凝土块在颜色、强度等方面呈现不同的物理性质，见图1。

5.2化学现象及分析

5.2.1现象一：有气泡冒出。混凝土块浸入醋酸溶液中，1#-4#广口瓶中的混凝土块表面立即有极细小的气泡冒出，2天后气泡数量减小，4天后气泡几乎不再冒出。而5#则一直没有发现气泡冒出。

分析：混凝土中的石子主要成分是碳酸钙。醋酸溶液的酸性强于碳酸，醋酸溶液中有游离的氢离子，能和碳酸发生反应生成二氧化碳，从混凝土表面冒出的细小气泡就是气体二氧化碳。分析纯醋酸中水含量极少，醋酸只有在水中才发生解离，醋酸中氢离子极少，和石子中的碳酸钙反应速度极慢，所以混凝土块放入纯醋酸看不到有气体二氧化碳冒出。

5.2.2现象二：醋酸溶液对混凝土块造成腐蚀，腐蚀速度各不相同。

如图2、图3、图4、图5所示，浸泡2天后，3#中的混凝土块因腐蚀而最先出现破碎、坍塌，4#中的混凝土块也出现破碎、坍塌，但程度不如3#。4天时，2#瓶底出现沉淀，6天时，1#瓶底出现沉淀。10天时，5#瓶中的B块有碎屑脱落。腐蚀速度由快至慢的顺序依次为：3#（醋酸浓度为50%），4#（醋酸浓度为75%），2#（醋酸浓度为25%），1#（醋酸浓度为10%），5#（醋酸浓度为100%），

至21天试验结束时，3#瓶中混凝土块已完全破碎、坍塌，混凝土被完全反应掉，4#瓶中混凝土块出现破碎、坍塌，但仍有未反应的混凝土块。2#、1#、5#瓶中的混凝土块没有出现坍塌现象，只是表面因腐蚀而变得比原来粗糙和凹凸不平，2#瓶底的沉淀增多，1#瓶底沉淀比2#略少，5#瓶中的B块有碎屑脱落。5#混凝土块（A块和B块）与2#、1#不同的是，5#混凝土块上有因石子与醋酸反应形成的孔洞。

表1中的数据就是混凝土块经不同浓度的醋酸溶液腐蚀前后的质量对比，腐蚀后剩余物的质量百分比由小到大依次为：3#，4#，2#，1#，5#，说明50%的醋酸溶液对混凝土腐蚀最快，100%纯醋酸对混凝土腐蚀最慢，此数据和目测到的腐蚀速度是一致的。

现象分析：混凝土中的沙子不和醋酸反应，而混凝土中的水泥和石子与醋酸反应，因而对混凝土块造成腐蚀。醋酸溶液中氢离子的浓度（因素1）和醋酸溶液能提供的氢离子的总量（因素2）两个因素决定醋酸溶液腐蚀混凝土的速度，氢离子浓度越高，醋酸溶液能提供的氢离子的总量越大，腐蚀速度越大。当醋酸浓度较低时，因素2占主导地位，当醋酸浓度较高时，因素1占主导地位，所以当醋酸浓度较低时，随着醋酸浓度的提高，腐蚀速度增大，醋酸浓度提高到一定程度时，腐蚀速度反而降低。

5.2.3现象三：醋酸溶液颜色的变化。混凝土块在醋酸溶液中浸泡一天后，醋酸溶液颜色由无色透明变为灰暗的黄色，以后颜色逐渐加深，至试验结束时为颜色深浅不一的棕黄色。

分析：水泥中含有的铁和锰与醋酸反应生成铁的醋酸盐和锰的醋酸盐，前者显红色，后者显黄色，所以醋酸溶液显棕黄色。因混凝土块中铁和锰含量的不同，以及醋酸溶液对混凝土块腐蚀速度的不同，使得醋酸溶液显示的棕黄色深浅不一，略有不同。

6.结论

6.1醋酸对混凝土有强腐蚀性。

6.2醋酸溶液比纯醋酸对混凝土的腐蚀性更强。

6.3不同浓度的醋酸溶液对混凝土具有不同的腐蚀性，醋酸浓度较低时，醋酸浓度增大，腐蚀性增强，醋酸浓度较高时，醋酸浓度增大，醋酸的腐蚀性反而减弱。

6.4在生产中，醋酸装置、中间罐区地坪、装置区排水沟和污水沟都应该做好防腐，避免地面、设备基础及排水沟塌陷而发生安全事故。

6.5醋酸对钢材的腐蚀能力比对混凝土弱，这也佐证了醋酸装置采用钢结构而不采用混凝土结构的合理性。

此外，本次采用醋酸做试验，而实际生产中的醋酸母液中还有碘化氢、碘甲烷等介质，醋酸母液的腐蚀性比醋酸水溶液更强。

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