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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2012-10-08浏览：38次
摘要：本文通过对化学侵蚀环境和氯盐环境对混凝土的侵蚀作为侧重点，分析了在盐渍土环境下混凝土侵蚀破坏的机理，通过对侵蚀破坏机理的研究，提出了相应的解决方案和见解。
关键词：侵蚀，环境，混凝土，耐久性
1侵蚀的种类
化学侵蚀主要是硫酸盐侵蚀，当然还有盐类结晶侵蚀、酸性侵蚀、二氧化碳侵蚀、镁盐侵蚀。对于新疆而言，化学侵蚀主要是由于在盐渍土壤环境中存在大量的Ca2+、Mg2+、SO42-等离子类型形成碱式盐。主要的侵蚀物是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，从而使得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，如石膏（2H2o.CaSO4）的结晶,特别是含有32个结晶水的水化硫铝酸钙生成时体积迅速膨胀，随时间的增长在混凝土中的孔隙形成膨胀破坏，混凝土构造物的强度随之迅速下降，就是俗称的“盐胀破坏”。如奎屯河电站老龙口附近的一座盖板涵（已废弃），始建于上世纪七十年代中期，周围环境水中硫酸根离子含量高达8800mg/L，受环境介质的影响，侵蚀程度严重，其中侵蚀最严重的地方是自地面起向上380mm的“吸附区”，涵洞混凝土表面水泥砂浆严重剥蚀，粗骨料外露。周边预制混凝土涵管同样侵蚀程度严重，侵蚀剥离深度深及保护层，部分吸附区保护层已不见，钢筋明显外露锈蚀严重。其次受腐蚀严重的是“土壤区”，涵洞进出口混凝土能够明显可见粗骨料周围的白色盐类结晶体，涵洞管节有大量顺筋裂缝，受腐蚀相对较轻的是“大气区”，混凝土表面未见有剥落现象。侵蚀破坏的过程就是一个典型的盐胀破坏，混凝土构造物与含硫酸盐的土壤接触，通过毛细作用，地下水携溶液沿毛细管上升至混凝土迎风面，水分蒸发，溶液达到饱和在毛细管中结晶析出，一方面溶液浓度变大，达到饱和加速化学侵蚀反应；另一方面，因结晶盐析出产生结晶压力，特别是某些含结晶水较多的盐类，由于环境温度变化溶解度也随之改变，由溶液向晶体变化过程中体积显著增大，而产生巨大的膨胀力量，在物理与化学双重作用下加速了混凝土构筑物的破坏。
1.2氯盐环境的侵蚀
在盐渍土地区露出地表的毛细吸附区，混凝土中的Ca(OH)2与周围环境介质中的CL-发生中性化反应而流失，造成混凝土表面的CaO含量较混凝土体内部的含量低，混凝土表面的Ca(OH)2损失后，内部的Ca(OH)2为保持内外平衡，就不断向外渗出，以补充表面损失的Ca(OH)2，随着Ca(OH)2不断渗出导致混凝土内部的碱性环境被破坏，PH值不断下降，形成中性化破坏。试验表明：当混凝土中的CaO含量损失30%时混凝土的强度将丧失，混凝土结构也就被破坏。混凝土保持稳定的碱性环境使得钢筋表面形成一层钝化膜，这层致密的钝化膜有效地保护了钢筋免受腐蚀。CL-是极强的去钝化剂，当CL-进入混凝土中并达到钢筋表面吸附于局部钝化膜处时，使该处的PH值迅速降低。当PH值<11.5时，钝化膜就开始不稳定，当PH值<9.88时，钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐被破坏。CL-的局部酸化作用，可使钢筋表面PH值降低到4以下（酸性），于是该处的钝化膜就被破坏了，使钢筋暴露于腐蚀环境中。若严重的腐蚀现象发展到整个构件之后，混凝土就会出现顺筋开裂保护层剥落的破坏现象。
2构造措施
(1)、混凝土结构的构造应有利于减轻环境对结构的作用，有利于避免水、水汽和有害物质在混凝土表面的积聚，便于施工时混凝土的捣固和养护。
(2)、混凝土结构表面应设置可靠的防、排水等构造措施，必要时可采用换填土、降低地下水位及设防护层等工程措施，防止水和有害物质接触混凝土表面。结构的各种接缝应尽量避开最不利环境作用的部位。
(3)、对于侵蚀环境较严重的混凝土结构部位，应考虑暴露面上混凝土的可能剥蚀对构建（特别是薄壁构件）承载力的损害，设计时应适当增加混凝土的厚度。
(4)、钢筋混凝土保护层厚度应满足国家现行各行业有关标准规定。
(5)、桥梁端部应采取有效的构造措施防止污水回流污染支座和梁端表面。封锚混凝土应采用水泥基聚合物混凝土，混凝土的水胶比应不大于本体混凝土的相应值，并采取可靠的防护措施，以防止环境水和其它有害介质渗入接缝。
3原材料的选择
(1)水泥
根据现在大多数学者提出的混凝土强度适宜、寿命满足要求的理念，考虑到抵抗环境介质侵蚀，强度就不是唯一的指标了。基本的原则是：不选择早强水型泥。早强型水泥实际是增加了水泥中的C3A和C3S含量并提高水泥的比表面积，从而也导致水化速度过快，水化热增大、混凝土收缩大，抗裂性能下降，混凝土的微观结构不良，抗腐蚀能力差。试验证明：早强型水泥在混凝土成型后14天后强度几乎不在增长后期强度还有可能倒缩。其中水泥中的C3A在3天的水化热是C3S的3.7倍，C2S的17.7倍；C3A在3的收缩率是C3S和C2S的3倍，而环境中化学侵蚀介质对混凝土的侵蚀对象主要是C3A和硅酸盐矿物水化物中的Ca(OH)2。为控制碱-骨料反应，应采用低碱水泥，既水泥中的碱含量不应超过0.6%。根据侵蚀的类别及侵蚀程度，若侵蚀环境为硫酸盐化学侵蚀环境可用抗硫酸盐水泥。
(2)骨料
对混凝土强度及耐久性而言骨料本身质量的好坏起着决定性的作用。骨料除自身强度外还有含泥量、粒形、级配等因素。吸水率大的骨料拌制的混凝土会有较大的收缩，影响混凝土的抗裂性。与卵石相比，碎石、碎卵石混凝土的骨料与浆体的界面结合得较好，抗裂性也就好。试验表明，粗骨料最大粒径较小时混凝土的抗渗性也相应提高。
⑴、细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂，也可选用专门机组生产的人工砂，不得使用海砂。细骨料的碱活性应采用砂浆棒法进行检验，且细骨料的砂浆棒膨胀率应小于0.10%，否则应按要求采取抑制碱—骨料反应的技术措施。
⑵、粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线账系数小的洁净碎石或碎卵石，最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，在严重侵蚀环境下不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的1/2，且不得超过钢筋最小间距的3/4。同时配制混凝土时应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m3，紧密空隙率应小于40%。其碱活性检验应首先用岩相法检验，若含有碱——硅酸盐反应活性矿物，那么砂浆棒膨胀率应小于0.10%，否则应按要求采取抑制碱——骨料反应的技术措施，不得使用具有碱——碳酸盐反应活性的骨料。
(3)掺合料
粉煤灰、矿渣微粉、硅粉作为胶凝材料掺入，不仅提高了混凝土的密实性和抗裂性，减少了混凝土的孔隙率，有效阻止了氯离子、硫酸根离子等有害物质侵入混凝土内部。需水量低的矿物掺合料如：粉煤灰能改善混凝土工作性能、降低水化热作用，有效地减少了温度裂缝。掺用大量的矿物掺和料，减小了混凝土中的总碱含量，对抑制混凝土碱-骨料反应和抵抗硫酸盐侵蚀有着明显的作用。
硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥不宜单独作为胶凝材料，用来配制暴露于环境PH值小于5.5有氯盐侵蚀环境的混凝土，应该考虑大量掺用矿物掺和料。试验显示：单掺粉煤灰掺量不宜小于25%，单掺矿渣微粉的掺量不宜小于35%，且双参效果更佳，如粉煤灰加硅粉或粉煤灰加矿渣微粉。
4结语
随着对混凝土耐久性要求的提高，强度已不仅仅是判定混凝土合格与否的唯一性指标，如何提高混凝土的耐久性，提高混凝土抵抗环境侵蚀能力已成为一个新课题，而环境侵蚀是一个多方面作用的结果，因此抵抗环境侵蚀也是一个系统的工程，应该从设计、原材料、配合比及施工工艺各方面入手才能有效地抵抗环境侵蚀，提高混凝土的耐久性。
【参考文献】
1、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设【2005】157号）
《特殊侵蚀环境条件下对混凝土耐久性的影响》
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文章名称： 特殊侵蚀环境条件下对混凝土耐久性的影响
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