盐渍土环境下混凝土耐久性研究

2018-03-24李双营

城市建筑空间 2018年11期

李双营

（青海民族大学建筑工程学院，青海西宁 810007）

0 引言

我国现有部分建筑已出现严重的老化现象，根据有关统计数据可知，需加固鉴定的建筑面积达51%，我国不断降低投入建筑成本，相应增加了维护加固老旧建筑的资金。加固存在老化现象的建筑，不仅可满足结构需要，还可获得大量经济收益，同时避免拆除产生的环境污染问题。因此，研究混凝土结构耐久性对节能减排工作具有重要意义。

1 环境条件带来的影响

1.1 气候环境

气候因素特别是温度变化产生的影响十分显著。其可能引起混凝土发生膨胀与收缩变化，进一步出现开裂现象。我国北方地区冻融交替破坏混凝土的问题比较多，尤其在严寒区域，一般出现在水工结构、公路、冷却塔等位置。比如，松花江上的永兴水电站，在寒冷的环境中建立了坝区，一年气温平均仅有5℃，全年正负交替气温大概有80次达0℃，这部分气候因素一定程度影响了混凝土的抗老化性。

大量经验说明，混凝土发生冻融破坏的必要因素是水、负温及冻融循环。其中引发冻融破坏的关键原因是水，即干湿状态形成非常严重的破坏性影响。针对非常干燥、很少受到水的浸润、不容易与水接触的位置，很少遭遇受冻；相对那些湿度大、水位频繁变化区域、漏水位置，更加容易遭遇冻害。此外，正负温的交互改变，会反复冻结和融化内部孔隙水，形成疲劳应力。冻融现象不断发生，直接缩短了恢复再生时间。

1.2 氯盐环境

氯盐可产生十分广泛的影响，锈蚀钢筋，若伴随着冻融现象，还会导致混凝土表面出现脱落，影响混凝土耐久性。

在我国北部地区，冬季气温较低，容易出现大规模降雪，为确保交通人行安全，普遍采取氯盐融雪，由于操作便捷、成本较低、收效显著等优势而被广泛应用。但除冰盐应用以后，显著出现了破坏混凝土问题，一定程度腐蚀了基础设施，相应需投入的费用也十分高昂。特别是在北方地区，盐冻剥蚀问题频繁出现在路面和桥面等。我国不少桥梁渗入了盐水，造成相关构件发生开裂、锈蚀等一系列问题，直接缩短其使用时间。

1.3 海水

海水、海风中盐分含量很大，并且在腐蚀混凝土中其也是非常显著的介质。一般来讲海水中存在的无机盐达39%，主要物质为氯化物和硫酸盐。针对气候环境不同的工程，处在水位变化的损害更加严峻。

西方发达国家将桥梁建造在海洋环境中，遭遇腐蚀破坏的桥梁达半数，一定程度威胁了桥梁安全。我国大部分沿海区域在开发海洋及建立跨海桥梁时，大多数建立在海洋环境中的桥梁与建筑会遭遇侵蚀，直接影响使用寿命，并需反复修复。

在相对寒冷区域环境中，由于不断与海水接触，加之冻融交替对环境带来的不同程度影响，增加了海水造成的破坏程度。在低温严寒地区，水位经常改变的混凝土结构，由于时常会被海水没过，同时也在空气中外露，冻融影响更加严重。

2 损伤耐久性研究

2.1 扩散的氯离子

混凝土表面会产生包含各类空间尺度的微观电池腐蚀，其产生了高阻体系，十分复杂的闭塞。内部孔隙液是移动离子的主要通道，结合钢筋形成电子回路。因此混凝土破坏最为严重的因素是锈蚀，其中pH数值和浓度一定程度左右了锈蚀深度。一般pH数值越低则腐蚀速度越快；当拥有较高的氧气浓度时也容易获得越高的驱动腐蚀电势，同时提高腐蚀速率。存在于钢筋表面的氯离子也引起了pH数值的降低，加快锈蚀反应速率。

2.2 硫酸盐

复杂结构中硫酸盐侵蚀和环境共同发挥作用，截至目前还是热点研究问题。硫酸盐可通过物理和化学2方面产生侵蚀。相较于混凝土基准土相，经过硫酸盐腐蚀会快速降低性能，遭遇的损失越大相应抗腐蚀性更弱。抗硫酸盐性能来讲硅灰发挥显著作用，起到关键性功能的是活性和填充的微粉末，可帮助内部孔隙形成密实结构，有利于骨科顺利过渡至水泥浆。

2.3 荷载耦合腐蚀离子

荷载及自然界中的腐蚀离子共同影响结构物，即在这一作用下损害了结构物及快速扩散离子。在荷载耦合硫酸盐的情况下，后者的浓度越高造成的损伤也更加严重，当达到60%荷载时，具体是由荷载引发力学上的损伤，当不足40% 的荷载时，造成损伤的主要因素是干湿循环。结合对氯离子渗透性进行测定可知，即便是静态荷载上升至90%，无法形成十分显著的渗透量，当不断循环荷载超过60%时，最大程度提升了渗透率，当获得50%的荷载时，即便是形成100万次的循环次数，也无法提升渗透率。此外，氯离子形成的渗透率和参与变量之间产生正比关系。

2.4 氯盐耦合硫酸盐

我国各种复合因素耦合腐蚀粒子统一影响混凝土结构，这一区域一般出现了氯离子、硫酸根离子等，加重了损伤程度。

通过分析长时间浸泡的混凝土，并基于干湿循环与浸泡环境中开展有关试验，在腐蚀发生最初阶段，硫酸钠可对快速扩散的氯离子形成不断抑制，后期逐步降低腐蚀程度，氯离子减慢了硫酸盐的腐蚀速度。

经过对耦合氯盐与硫酸盐作用下腐蚀混凝土分析，水化产物和氯离子即硫酸根离子出现一定反应，形成的钙矾石存在于混凝土中形成了轻微裂缝，严重限制了抗弯能力，但氯盐可拖延生成钙矾石的速度，主要是由于氯离子抢先结合水化产物，氯离子浓度相对较低会形成明显的延缓效果。在耦合硫酸盐和氯盐腐蚀混凝土的过程中分析扩散与裂化氯离子和硫酸根离子的特点，在较短的腐蚀时间内氯离子可有效牵制硫酸根离子，抗侵蚀性能也会逐步减少。