盐渍地区混凝土耐久性综述

盐渍地区混凝土耐久性研究概况综述

陈庆敏武汉理工大学土建学院

摘要本文介绍了盐渍土的结构特征及化学成分，也介绍了国内西部及沿海盐渍区，钢筋混凝土材料腐蚀机理

的分析过程。同时对盐渍地区混凝土腐蚀的几种类型和抗腐方法，方案进行了介绍和评述，也介绍了不同矿物质

超细粉对硫酸盐腐蚀的抑制作用，并利用质量损失等指标对砂浆试件干湿循环试验进行分析，还介绍了盐渍地区

混凝土腐蚀破坏的主要因素及国内已有盐渍地区混凝土抗腐蚀性的部分研究成果。为我国西部和沿海建设奠定了

技术基础。

关键词盐渍地区；混凝土；耐久性；国内混凝土抗腐蚀研究

一概述

建国以来，我国水利，电力，交通，港口，铁道，工业与民用建筑及市政等部门兴建了大量混凝土工程，这些工程在国民经济建设中发挥了巨大的作用。现在我国又处在西部开发与建设之中，加之近几年大量的巨资工程在这些地区的投入使用。随着运行时间的增加，混凝土工程的腐蚀破坏问题日益突出，这一问题不仅影响到正常的生产，甚至危及到工程的安全运行。

近几年来混凝土腐蚀破坏的调查总结报告表明：混凝土腐蚀破坏在我国盐渍土主要分布的地区，该地区为地势较低的平原或盆地，如新疆的南疆．北疆及土哈一带，青海中西部、甘肃、宁夏、内蒙及青藏高原的低洼地区，沿海地区及华北下原、大同盆地、松辽平原等。这些大型混凝土的工程一般运行年限都非常的短，更甚上亿的工程运行一两年就停止运行。如西宁曹家堡飞机场于1996年建并运行，经过4年的时间，机场跑道老化、腐蚀、干裂十分严重，已影响了飞机的正常起飞和降落。跑道混凝土出现腐蚀、起砂，道面龟裂。另外西宁东郊硝湾330千伏变电所位于青海平安县内，所址上部近20m地层中大多沉积有棕红，棕褐色粘性土，地层中含混较多的石硝碎块和小颗粒。含有大量的易容盐。该变电所于1996年建成投入使用，2002年6月扩建投入运营了2号主变。占地88亩，投资一亿多元，在全部建成投入运行不到一年的时间里，变电所内几乎所有的已建建筑物基础，室内外地坪，道路灯产生了严重的变形，沉降，裂缝和扭曲，直接危机变电所的运行。种种事例表明盐渍地区混凝土的腐蚀破坏及耐久性研究具有重要的意义。

因此。如何建立适合我国盐渍地区混凝土破坏安全性的技术条件，尤其确保是国家重点工程项目的安全性，以及这些工程能安全，长期运行并创造巨大的经济效益和社会效益有着重要的意义。

二盐渍土的定义及结构特征

关于盐渍土的定义，国内外尚无统一标准。通常认为，土中含易溶盐超过0．3％，即谓盐渍土。盐渍土的成因也较为复杂。百科定义为:盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称。盐土是指土壤中可溶性盐含量达到对作物生长有显著危害的土类。盐分含量指标因不同盐分组成而异。碱土是指土壤中含有危害植物生长和改变土壤性质的多量交换性钠。盐渍土主要分布在内陆干旱、半干旱地区，滨海地区也有分布。全世界盐渍土面积计约897.0万平方公里，约占世界陆地总面积的6.5%，占干旱区总面积的39%。中国盐渍土面积约有20多万平方公里，约占国土总面积的2.1%。

盐渍土在我国分布情况:A.近海地区的盐渍土大都以含氯盐为主(NaCl,CaCI

2,MgCI

2

，等)，而内陆

地区，有的足以含氯盐为主(如青海地区)，有的是以含硫酸盐为主(Na2S04等)，而大多数情况下是氯盐、硫酸盐同时存在，只是不同地区两者比例不同。B.西宁黄土状盐渍土属内陆盐渍土，形成来源于其母岩第三系强风化泥岩，经地下水、地表水溶滤后，随水流从山坡带到山脚，经蒸发作用盐分凝聚而成。按含盐类的性质分类，盐渍土又可分为氯盐盐渍土、硫酸盐盐渍土、碳酸盐盐渍土。西宁黄土

状盐渍土属硫酸、亚硫酸盐盐渍土的居多，按含盐量多少分类，盐渍土亦可分为弱盐渍土、中等盐渍

土、强盐渍土、超强盐渍土。西宁黄土状盐渍土多属中等硫酸盐渍土，个别地段存在强硫酸盐渍土。

C.青海省境内盐渍土主要分布于柴达木盆地、茶卡地区。由于地理环境和地下潜水的水位和水质不同

形成的盐渍土的矿化度和化学成分有很大的差别。强烈的蒸发使土壤产生盐化现象，且土层中可溶盐含量甚高，表土含盐量常大于下层盐渍土普遍含有的阳离子有Na+、Mg2+、Ca2+等；阴离子有Cl-、S0

4

2等，根据含盐量的多少可分为盐壳、盐七、盐渍土等，它们的含盐量依次递减。盐渍土根据盐化的程度不同可划分为非盐渍化、轻盐渍化、中盐渍化、重盐渍化等4级土质，它们在0～0．3m表层土中全含盐量分别为：≤3％、0 3％～05％、0．5％～1.0％、1 .0％～2 .0％。其0—0.3m表层土中氯根含量分别为：≤0．03％、0.03％～0．06％、0．06％～0．5％、0．5％-0．7％。对建筑物的腐蚀情况分别为：非盐渍化土对建筑物基本无盐渍侵蚀；轻盐渍化土矿化度有所增高，地表有反盐现象，对建筑物有较轻微的腐蚀；中盐渍化土矿化度明显增高，地表反盐现象严重，对建筑物具有较强的腐蚀；重盐渍化土(超盐渍土)矿化度极高,土质多粘重，而且较紧密，地表盐结皮及盐壳较厚，对建筑物腐蚀严重。除以上所述盐渍土对混凝土具中等腐蚀性，靠近盐湖地段多为盐沼地段，其叠含盐量是超盐渍土的数十倍，全含盐量在10％-30％之间，水质高度矿化。土壤大多为粉砂及淤泥质的粉土。地表盐壳盐结皮较厚，低洼处积水有盐卤水，对建筑物的腐蚀更为严重：典型的察尔汗盐湖地区盐渍土化学成分见表1：

表一察尔盐湖地区盐渍土化学成分分析结果

三混凝土材料破坏机理及影响其破坏的因素

混凝土材料在硫酸盐环境中既受到物理腐蚀又受到化学腐蚀，但其腐蚀机理较为复杂，迄今尚未完全明确。物理腐蚀主要是由无水硫酸钠(thenardite)向十水硫酸钠(mirabilite)转变引起，由于结晶压力造成混凝土材料的开裂和剥落，被称为“一种特殊的腐蚀类型”。化学腐蚀通常指水泥水化产物与硫酸根离子反应形成钙矾石和石膏的反应，伴随着较大的体积膨胀，使混凝土材料开裂和剥落，因

此水化铝酸钙和Ca(OH)

2

的存在是造成化学腐蚀的首要因素。

1.盐渍土对混凝土结构的腐蚀机理

盐渍土含盐量及含盐种类有很大差别,其腐蚀性也有差异。氯盐主要腐蚀混凝土中的钢筋从而引起结构破坏；硫酸盐主要是通过物理，化学作用破坏水泥水化产物，使混凝土分化，脱落和丧失强度。

1.1硫酸盐的化学腐蚀机理

实际上硫酸盐侵蚀是一个比较复杂的过程。硫酸盐侵蚀引起的危害性包括混凝土的整体开裂和膨胀以及水泥浆体的软化和分解。不同的Ca,Na,K.Mg和Fe的阳离子会产生不同的侵蚀机理和破坏原因#如硫酸钠和硫酸镁的侵蚀机理就截然不同。

1)硫酸钠侵蚀首先是Na

2SO

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和水泥水化产物Ca(OH)

2

的反应，生成的石膏（CaSO

4

·2H

2

O）再与单硫

型硫铝酸钙和含铝的胶体反应生成次生的钙矾石#由于钙矾石具有膨胀性#所以钙矾石膨胀破坏的特点是混凝土试件表面出现少数较粗大的裂缝。

当侵蚀溶液中SO

4

2-浓度大于)1000mg/L时，水泥石的毛细孔若为饱和石灰溶液所填充#不仅有钙矾石生成，而且在水泥石内部还会有二水石膏结晶析出。从氢氧化钙转变为石膏#体积增大为原来的两倍#使混凝土因内应力过大而导致膨胀破坏。石膏膨胀破坏的特点是试件没有粗大裂纹但遍体溃散。

Biczok认为：侵蚀溶液浓度改变，反应机理也发生变化。以Na

2SO

4

侵蚀为例，低SO

4

2-浓度（<1000mg/L

SO

42-），反应产物主要是钙矾石；而在高浓度下（>8000mg/L SO

4

2-）,主要产物是石膏；在中等程度浓

度下（1000mg/L-8000mg/L SO

42-），钙矾石和石膏同时生成。在MgSO

4

侵蚀情况下，在低SO

4

2浓度（<4000mg/

L SO

42-），反应产物主要是钙矾石；在中等程度浓度下（4000mg/ L-7500mg/L SO

4

2-），钙矾石和石膏