鹽漬土環境下混凝土耐久性研究

李雙營

（青海民族大學建筑工程學院，青海 西寧 810007）

0 引言

我國現有部分建筑已出現嚴重的老化現象，根據有關統計數據可知，需加固鑒定的建筑面積達51%，我國不斷降低投入建筑成本，相應增加了維護加固老舊建筑的資金。加固存在老化現象的建筑，不僅可滿足結構需要，還可獲得大量經濟收益，同時避免拆除產生的環境污染問題。因此，研究混凝土結構耐久性對節能減排工作具有重要意義。

1 環境條件帶來的影響

1.1 氣候環境

氣候因素特別是溫度變化產生的影響十分顯著。其可能引起混凝土發生膨脹與收縮變化，進一步出現開裂現象。我國北方地區凍融交替破壞混凝土的問題比較多，尤其在嚴寒區域，一般出現在水工結構、公路、冷卻塔等位置。比如，松花江上的永興水電站，在寒冷的環境中建立了壩區，一年氣溫平均僅有5℃，全年正負交替氣溫大概有80次達0℃，這部分氣候因素一定程度影響了混凝土的抗老化性。

大量經驗說明，混凝土發生凍融破壞的必要因素是水、負溫及凍融循環。其中引發凍融破壞的關鍵原因是水，即干濕狀態形成非常嚴重的破壞性影響。針對非常干燥、很少受到水的浸潤、不容易與水接觸的位置，很少遭遇受凍；相對那些濕度大、水位頻繁變化區域、漏水位置，更加容易遭遇凍害。此外，正負溫的交互改變，會反復凍結和融化內部孔隙水，形成疲勞應力。凍融現象不斷發生，直接縮短了恢復再生時間。

1.2 氯鹽環境

氯鹽可產生十分廣泛的影響，銹蝕鋼筋，若伴隨著凍融現象，還會導致混凝土表面出現脫落，影響混凝土耐久性。

在我國北部地區，冬季氣溫較低，容易出現大規模降雪，為確保交通人行安全，普遍采取氯鹽融雪，由于操作便捷、成本較低、收效顯著等優勢而被廣泛應用。但除冰鹽應用以后，顯著出現了破壞混凝土問題，一定程度腐蝕了基礎設施，相應需投入的費用也十分高昂。特別是在北方地區，鹽凍剝蝕問題頻繁出現在路面和橋面等。我國不少橋梁滲入了鹽水，造成相關構件發生開裂、銹蝕等一系列問題，直接縮短其使用時間。

1.3 海水

海水、海風中鹽分含量很大，并且在腐蝕混凝土中其也是非常顯著的介質。一般來講海水中存在的無機鹽達39%，主要物質為氯化物和硫酸鹽。針對氣候環境不同的工程，處在水位變化的損害更加嚴峻。

西方發達國家將橋梁建造在海洋環境中，遭遇腐蝕破壞的橋梁達半數，一定程度威脅了橋梁安全。我國大部分沿海區域在開發海洋及建立跨海橋梁時，大多數建立在海洋環境中的橋梁與建筑會遭遇侵蝕，直接影響使用壽命，并需反復修復。

在相對寒冷區域環境中，由于不斷與海水接觸，加之凍融交替對環境帶來的不同程度影響，增加了海水造成的破壞程度。在低溫嚴寒地區，水位經常改變的混凝土結構，由于時常會被海水沒過，同時也在空氣中外露，凍融影響更加嚴重。

2 損傷耐久性研究

2.1 擴散的氯離子

混凝土表面會產生包含各類空間尺度的微觀電池腐蝕，其產生了高阻體系，十分復雜的閉塞。內部孔隙液是移動離子的主要通道，結合鋼筋形成電子回路。因此混凝土破壞最為嚴重的因素是銹蝕，其中pH數值和濃度一定程度左右了銹蝕深度。一般pH數值越低則腐蝕速度越快；當擁有較高的氧氣濃度時也容易獲得越高的驅動腐蝕電勢，同時提高腐蝕速率。存在于鋼筋表面的氯離子也引起了pH數值的降低，加快銹蝕反應速率。

2.2 硫酸鹽

復雜結構中硫酸鹽侵蝕和環境共同發揮作用，截至目前還是熱點研究問題。硫酸鹽可通過物理和化學2方面產生侵蝕。相較于混凝土基準土相，經過硫酸鹽腐蝕會快速降低性能，遭遇的損失越大相應抗腐蝕性更弱。抗硫酸鹽性能來講硅灰發揮顯著作用，起到關鍵性功能的是活性和填充的微粉末，可幫助內部孔隙形成密實結構，有利于骨科順利過渡至水泥漿。

2.3 荷載耦合腐蝕離子

荷載及自然界中的腐蝕離子共同影響結構物，即在這一作用下損害了結構物及快速擴散離子。在荷載耦合硫酸鹽的情況下，后者的濃度越高造成的損傷也更加嚴重，當達到60%荷載時，具體是由荷載引發力學上的損傷，當不足40% 的荷載時，造成損傷的主要因素是干濕循環。結合對氯離子滲透性進行測定可知，即便是靜態荷載上升至90%，無法形成十分顯著的滲透量，當不斷循環荷載超過60%時，最大程度提升了滲透率，當獲得50%的荷載時，即便是形成100萬次的循環次數，也無法提升滲透率。此外，氯離子形成的滲透率和參與變量之間產生正比關系。

2.4 氯鹽耦合硫酸鹽

我國各種復合因素耦合腐蝕粒子統一影響混凝土結構，這一區域一般出現了氯離子、硫酸根離子等，加重了損傷程度。

通過分析長時間浸泡的混凝土，并基于干濕循環與浸泡環境中開展有關試驗，在腐蝕發生最初階段，硫酸鈉可對快速擴散的氯離子形成不斷抑制，后期逐步降低腐蝕程度，氯離子減慢了硫酸鹽的腐蝕速度。

經過對耦合氯鹽與硫酸鹽作用下腐蝕混凝土分析，水化產物和氯離子即硫酸根離子出現一定反應，形成的鈣礬石存在于混凝土中形成了輕微裂縫，嚴重限制了抗彎能力，但氯鹽可拖延生成鈣礬石的速度，主要是由于氯離子搶先結合水化產物，氯離子濃度相對較低會形成明顯的延緩效果。在耦合硫酸鹽和氯鹽腐蝕混凝土的過程中分析擴散與裂化氯離子和硫酸根離子的特點，在較短的腐蝕時間內氯離子可有效牽制硫酸根離子，抗侵蝕性能也會逐步減少。

3 結語

目前全國范圍內混凝土是擁有廣泛應用的建筑材料，也是項目建設的主要材料。長時間以來，混凝土耐久性被破壞的問題一直未受到足夠重視，導致出現較大安全問題，直接引發巨大的經濟損失。綜合分析，一旦發生耐久性問題，需要大量的維護費用，必須通過對這一問題進行研究，并采取有效措施，以解決相關問題。