李澤良 顏 軍

宿遷學(xué)院建筑工程系（223800）

1 鹽堿地區(qū)混凝土工程的耐久性問題

1.1 研究背景

鹽堿土是地球陸地上分布廣泛的一種土壤類型，包括鹽土、堿土和各種鹽化土、堿化土等。全世界約有10億公頃,占陸地總面積的25%,我國的鹽堿土壤總面積近5億畝,廣泛分布在三北地區(qū)，如松嫩平原、黃淮海平原、內(nèi)蒙古、新疆等地，而且逐年增加；此外青海湖流域及黃河三角洲等地區(qū)也大量分布著不同程度的內(nèi)陸鹽堿土和濱海鹽堿化土壤。鹽堿地區(qū)由于降雨量小，受咸水間歇性影響，其光板地含鹽量大都超過了2.0%，不僅地面寸草不生，而且鹽堿成分可以通過干濕循環(huán)和毛細吸附進入混凝土材料并富集起來，嚴(yán)重影響了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

鹽堿土壤中主要的有害成分是硫酸鹽和氯鹽,嚴(yán)重時還會有鎂鹽的侵蝕。硫酸鹽和鎂鹽會破壞水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性,導(dǎo)致混凝土剝落和潰散；氯鹽的滲透會破壞鋼筋的鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕和混凝土結(jié)構(gòu)的破壞；同時鹽堿地中堿金屬離子的滲透會提高混凝土的可溶堿含量，加劇混凝土中的堿骨料反應(yīng),等等。針對不同的使用環(huán)境,采用相應(yīng)措施提高混凝土材料的耐久性,是擺在我們面前的艱巨任務(wù)。

1.2 劣化機理

在鹽堿環(huán)境中，其劣化速度遠快于正常的老化速度,鹽堿環(huán)境中的破壞因素除中性化和凍融外,還包括硫酸鹽腐蝕、氯離子侵蝕、鎂鹽腐蝕和堿—骨料反應(yīng)，在這些因素中,導(dǎo)致混凝土劣化的機理也各不相同。

硫酸鹽和氯離子破壞機理和海洋環(huán)境相同。

如果含有鎂鹽,則Mg2+與Ca(OH)2可進一步發(fā)生以下反應(yīng):

Mg(OH)2溶解度極低(18 mg/L),低于水化硅酸鈣凝膠平衡所需的pH值,可以促使水泥石分解,因此破壞作用就更大。

堿骨料反應(yīng)是混凝土中的堿與骨料中的活性成分發(fā)生的反應(yīng)，反應(yīng)生成的膨脹性產(chǎn)物會導(dǎo)致混凝土開裂和破壞。式（2）為堿硅酸反應(yīng),式（3）為白云石反應(yīng),由于白云石黏土的吸水膨脹,或由于產(chǎn)物在有限空間結(jié)晶膨脹,導(dǎo)致混凝土的破壞。

式中生成的R2CO3(R指堿金屬離子)在Ca(OH)2環(huán)境中又可以生成CaCO3和ROH,補充堿源,使反應(yīng)進一步進行。

同時,混凝土還會由于中性化作用而加速劣化，尤其是污染比較嚴(yán)重的地區(qū)，空氣中CO2、SO2、NxO等酸性氣體與混凝土中Ca(OH)2反應(yīng)生成中性產(chǎn)物而降低混凝土的堿度。由于pH值小于12.5時就失去了對鋼筋的有效保護，中性化過程也就意味著鋼筋保護屏障的削弱，同時還使得有害離子更容易進入材料內(nèi)部，進一步破壞混凝土的耐久性。

鹽類結(jié)晶膨脹破壞很少有人去重視，它比完全埋于地下和浸于水中的腐蝕劇烈得多，應(yīng)該充分重視對鹽堿地區(qū)及沿海建筑物上這些部位的腐蝕防護:1）鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件,放在預(yù)制場附近的堆場，用磚頭作為支點，由于鹽堿液通過磚向混凝土構(gòu)件上吸附，水分蒸發(fā)，鹽類結(jié)晶膨脹，使構(gòu)件以磚為中心，呈扇形腐蝕剝落破壞。2）許多正在使用中的鋼筋混凝土樁埋入鹽堿土中的部分為腐蝕破壞，而在地面以上0.5 m左右以內(nèi)的部分都有嚴(yán)重的腐蝕破壞，其原因是鹽類的結(jié)晶膨脹所致。以上兩個調(diào)查實例都說明了鹽類結(jié)晶膨脹的嚴(yán)重性。

2 提高鹽堿地混凝土耐久性的方法

混凝土材料中水化硅酸鈣凝膠是對耐久性有利的成分,其他則有利有弊,需要結(jié)合具體環(huán)境分析,就鹽堿地而言:

1）要設(shè)法降低C3A含量,以降低硫酸根離子的破壞作用,如我國GB-748-83規(guī)定抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料中C3A最大含量為5.0%。

2）降低水灰比減小空隙率以降低氯離子等鹽害離子的滲透和擴散,水灰比越低，單方混凝土水泥用量越大，混凝土空隙率就越小，相應(yīng)強度和抗?jié)B性越好，反之越差。但低水灰比必然伴隨高的水泥用量，也就增加了水化熱，并提高了混凝土的成本，所以應(yīng)配合使用礦物質(zhì)超細粉，并應(yīng)使用低活性或無活性的骨料,防發(fā)生堿骨料反應(yīng)。

3）從化學(xué)上講，一些含高活性酸性氧化物的混合材，如偏高嶺土(富含活性Al2O3和SiO2)和硅灰以及傳統(tǒng)礦物質(zhì)超細粉等均可以與Ca(OH)2反應(yīng)，形成低鈣型硅酸鈣凝膠,提高耐久性。其中牛全林教授的鋁硅酸鹽礦物超細粉的制造方法 （專利公開號:1400164），取得了良好的使用效果。

4）物理和化學(xué)方法,如鋼筋涂層的方法(環(huán)氧涂層、鍍鋅鋼筋)可以抑制鋼筋的銹蝕,混凝土表面涂層的方法(硅酮類、聚合物浸漬、瀝青涂層及涂料等)可以抑制外界鹽害離子的滲透和開裂，提高抗拉強度、抗彎強度;增加保護層厚度，采用防碳化涂層等措施可以阻止混凝土材料的中性化進程。

5）制作高密實性及高強度雙重性的混凝土，是防止鹽堿溶液浸入孔隙內(nèi)部和抑制析鹽膨脹開裂的根本措施;為截斷毛細管沿基礎(chǔ)的地面上升，可以采用鋪設(shè)油氈及防水砂漿防潮層的措施，防水砂漿可用體積配合比為1:2.5摻5%的防水劑或防水粉，做成標(biāo)號為200號以上，厚度為2～3 cm的防潮層。

[1]關(guān)元秀.黃河三角洲土地鹽堿化遙感監(jiān)測、預(yù)報和治理研究[D].中國科學(xué)院地理資源與信息研究所博士論文,2001：1～6.

[2]徐民村,張峰.鹽堿地區(qū)水工建筑物鋼筋混凝土腐蝕淺析[J].水利建設(shè)與管理,2006(5).

[3]牛全林.鹽堿環(huán)境中混凝土路橋材料的耐久性問題[J].中國水泥,2004(1).

[4]王利新.鹽堿地區(qū)混凝土的腐蝕破壞與防護[J].山西建筑,2006(2).

[5]馬保國,賀行洋.內(nèi)鹽湖環(huán)境中混凝土硫酸鹽侵蝕破壞研究[J].混凝土,2001(4).

[6]馬孝軒.我國主要類型土壤對混凝土材料腐蝕性規(guī)律的研究[J].建筑科學(xué),2003(12).

[7]牛全林.預(yù)防鹽堿環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害的研究及應(yīng)用[D].清華大學(xué)博士學(xué)位論文,2004,4.