内陆盐渍土环境下混凝土结构耐久性研究

内陆盐渍土环境下混凝土结构耐久性研究

内陆盐渍土环境下混凝土结构耐久性研究

[摘要]：本文以我国西部内陆盐渍土地带环境下的混凝土结构为背景，详细分析该环境下耐久性的影响因素、作用机理，并提出合理的技术措施，以保障复杂环境下的结构耐久性。

[关键词]：盐渍土环境；混凝土耐久性；腐蚀机理；解决措施

正文：

1.研究背景

我国西部青海、甘肃等西北部地区，不仅冬季寒冷、干燥、日照时间长，而且其土壤属内陆盐渍土，含有大量的SO42-（1.43%）、Cl1-（0.82%）和Mg2-（0.62%）等离子。这些地区的桥梁、隧道等构筑物的混凝土结构遭受冻融循环、盐侵蚀、剧烈温差等多因素的共同破坏作用，混凝土结构的服役环境极其恶劣。

我国正在实行西部大开发的政策，因此，大量的基础设施要建设在盐渍土地带环境下。由于盐渍土地带环境下的混凝土腐蚀速度远远超过一般环境下环境的腐蚀速度，不得不进行工程修复，因此造成了巨大的经济损失。所以，研究该环境下的混凝土的耐久性的研究具有非常重要的现实意义和深远的社会影响。

2.西部盐渍土环境下混凝土结构耐久性的影响因素综述

在西北地区，高寒、大温差、强辐射、干燥、大风沙、盐碱腐蚀等恶劣气候环境使得混凝土结构处于干湿变化、温度变化、冻融循环、

盐碱腐蚀、风蚀等多种自然因素的作用下，日积月累，在混凝土结构中极易产生剥蚀、裂缝等，对混凝土的耐久性造成了很大的不利。

大体可将这些因素分为气蚀，磨损，冻融等物理因素，以及硫酸盐，碳化，碱-集料反应等化学因素。

3.西部盐渍土环境下混凝土结构耐久性的影响因素作用机理

3.1冻融循环

冻融破坏形式:混凝土冻融破坏有两种基本形式冻胀开裂和冻融剥蚀。冻胀开裂的特征是混凝土产生裂缝，裂缝在表面连结的同时向内部扩展延伸；盐冻剥蚀破坏是典型的冻融剥蚀破坏形式。

冻融循环破坏机理：混凝土的抗冻性是混凝土受到物理作用(干湿变化、温度变化、冻融变化等)后反映混凝土耐久性的重要指标之一。混凝土冻融作用破坏机理是混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中的水的冰点随着孔径的减小而降低。当胶凝孔水形成冰核的温度在-78℃以下时，由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而

形成渗透压。另外胶凝不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，当经过反复多次的冻融

循环以后，损伤逐步积累不断扩大。发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。

3.2氯离子腐蚀

1)、破坏钢筋表面钝化膜水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生一层致密的钝化膜。钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的，当pH

3.3钢筋碳化

大气环境下,混凝土碳化是一个缓慢的破坏过程,混凝土的碳化速度与结构混凝土保护层的质量和大气环境密切相关。空气中的二氧化碳通过保护层混凝土孔隙,由外向内进行扩散,在一定的湿度条件下,与混凝土中的Ca (OH) 2 反应生成CaCO3。由于碳化后的混凝土碱度

降低,将造成钢筋表面钝化膜破坏,保护层混凝土失去对钢筋的保护作用。野外暴露环境中的水、氧气会通过保护层扩散到钢筋和混凝土界面,使钢筋发生电化学腐蚀反应。由于钢筋锈蚀后体积较原体积增大2～4倍,锈蚀层会导致保护层胀裂。开裂后的钢筋混凝土结构会以更快的锈蚀速度劣化,最后导致耐久性失效、结构承载能力下降甚至诱发结构破坏。在干旱地区施工的混凝土桥梁,由于表层混凝土干燥快、水化不充分等原因,在高原环境强烈的温差变化和风效应影响下,混凝土的收缩和脆性的增加,造成混凝土表面出现网状裂纹,使酸性气体在普通混凝土中扩散速度较快,这对野外暴露环境下桥梁混凝土的抗碳化性能是不利的。

3.4硫酸盐腐蚀

硫酸盐对混凝土的破坏，硫酸盐对硬化水泥的腐蚀属于膨胀性腐蚀，在侵蚀过程的初始阶段，由于硫酸盐在混凝土空隙中逐渐形成积聚，从而使混凝土的相对密度和强度有所增加，当混凝土中的孔隙和毛细孔中的结晶体继续增长而明显膨胀的时候，如芒硝与混凝土中Ca(OH)2反应生成石膏，可使体积膨胀约2倍。石膏进一步与混凝土中铝酸三钙反应，生成硫铝酸钙，其体积又可膨胀2倍。由此产生的巨大应力，足以引起混凝土微观结构甚至宏观破坏。此外，硫酸盐渗入混凝土中，在干湿交替的条件下，发生结晶也能引起体积膨胀。4.该环境下可采取的有效措施

4.1预防硫酸盐腐蚀的措施

4.1.1严格选择原材料，降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性。

选择含硫酸盐少的集料、拌合水及外加剂等来控制混凝土内部硫酸根离子含量；选用抗硫酸盐水泥或掺加矿物掺合料不仅使混凝土中易与硫酸盐反应生成膨胀性物质产生破坏的物质与矿物掺合料进行反应而生成能在硫酸盐侵蚀环境中稳定存在的物，还能改善混凝土的孔结构，提高混凝土的密实性，有效切断硫酸盐离子进入混凝土内部的通道。

4.1.2改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的致密性。

满足混凝土工作性的情况下，尽可能地降低单位用水量，以获得致密的混凝土，减小孔隙率和孔径；进行合理的养护，使混凝土强度稳定发展，减少温度裂缝；通过掺加矿物掺合料以提高水泥石强度及致密度，降低SO42-的侵蚀能力。

4.1.3增设必要的保护层。

当侵蚀作用较强或以上措施不能奏效时，可在混凝土表面涂上一层耐腐蚀性强且不透水的保护层（如沥青、塑料、玻璃等）来隔离混凝土与侵蚀溶液的接触。

4.2增强混凝土的抗冻性措施

4.2.1 掺用引气剂和减少剂及引气型减水剂

掺用引气剂是提高混凝土抗冻性的主要措施,实践证明,掺有引气剂的混凝土比不掺引气剂的混凝土后退10~15年出现表面剥落等冻害现象。

4.2.2严格控制水灰比,提高混凝土密实性

密实度是混凝土强度的主要指标,水灰比是影响密实度的主要因