鹽漬土地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐鹽性能研究及提升措施

火勛文

（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

鹽漬土環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)因其特殊的化學(xué)和物理特性而面臨挑戰(zhàn)。該環(huán)境中的高鹽分對(duì)混凝土構(gòu)造物具有顯著的腐蝕性，尤其是硫酸鹽和氯鹽，這些鹽類(lèi)與混凝土的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹性物質(zhì)，如石膏和鈣礬石，可能導(dǎo)致混凝土的破裂和鋼筋的銹蝕。隨著時(shí)間的推移，這種腐蝕可嚴(yán)重?fù)p害混凝土的結(jié)構(gòu)完整性。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，本研究對(duì)混凝土在鹽漬土環(huán)境中的耐鹽性能進(jìn)行了詳細(xì)的探討，并研究了提高其耐鹽性能的方法，特別是在原材料選擇方面。

1 鹽漬土對(duì)混凝土的腐蝕機(jī)制

1.1 鹽漬土的特性

鹽漬土其內(nèi)部含有高濃度的可溶性鹽分。特別是在干旱和半干旱地區(qū)，由于水分蒸發(fā)快速，土壤中的鹽分被連續(xù)積累，形成高濃度的鹽漬土。這類(lèi)土壤的主要特點(diǎn)是含有石膏、芒硝、巖鹽等易溶鹽，其含量大于0.5%。這些鹽分的存在使得鹽漬土對(duì)許多工程材料，特別是混凝土，具有很強(qiáng)的腐蝕性。

1.2 鹽漬土中的主要腐蝕性物質(zhì)

鹽漬土中的主要腐蝕性物質(zhì)為氯鹽和硫酸鹽。氯鹽，尤其是氯離子，對(duì)鋼筋有明顯的腐蝕作用。它能夠破壞鋼筋的被動(dòng)膜，使其更易受到腐蝕。此外，氯離子還可以加速鋼筋的腐蝕過(guò)程，導(dǎo)致鋼筋斷裂和混凝土剝離。而硫酸鹽腐蝕，尤其是由SO42-引起的，是造成混凝土耐久性問(wèn)題的關(guān)鍵因素之一。SO42-入侵混凝土后，會(huì)與其中的水化產(chǎn)物反應(yīng)，生成石膏、鈣礬石等膨脹性物質(zhì)[1]。這些膨脹性物質(zhì)在形成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生膨脹壓力，這種壓力一旦超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

1.3 腐蝕引發(fā)的混凝土結(jié)構(gòu)問(wèn)題

腐蝕作為一種微觀的化學(xué)過(guò)程，其后果在宏觀上可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性的損害。首先，如前所述，硫酸鹽的入侵和反應(yīng)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂。隨著時(shí)間的推移，這些裂紋逐漸擴(kuò)大，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破裂。開(kāi)裂不僅影響混凝土本身的性能，還影響其內(nèi)部的鋼筋。一旦混凝土開(kāi)裂，就為外部環(huán)境中的有害物質(zhì)提供了一個(gè)進(jìn)入的通道，使其更容易與內(nèi)部的鋼筋接觸。特別是當(dāng)氯鹽滲透到鋼筋表面時(shí)，會(huì)加速其銹蝕過(guò)程。這種銹蝕會(huì)導(dǎo)致鋼筋斷裂，進(jìn)一步降低混凝土結(jié)構(gòu)的負(fù)荷能力。此外，腐蝕還會(huì)導(dǎo)致混凝土本體的疏松和潰散，使其失去原有的結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性。隨著時(shí)間的推移，這些問(wèn)題會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的早期失效。

2 混凝土耐鹽性能的評(píng)估

2.1 實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)

混凝土的耐鹽性能是鹽漬土地區(qū)工程結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素。而實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)提供了一種在受控條件下準(zhǔn)確評(píng)估混凝土在鹽漬土環(huán)境下性能的方法。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在短時(shí)間內(nèi)獲得可靠的數(shù)據(jù)，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)的主要流程是將特定配方的混凝土樣品浸泡在不同濃度的氯鹽和硫酸鹽溶液中，以模擬鹽漬土中存在的真實(shí)條件。這些溶液與混凝土中的成分反應(yīng)，可能會(huì)導(dǎo)致混凝土的破壞，如硫酸鹽與混凝土中的鈣形成硫酸鈣，這是一種可以導(dǎo)致混凝土體積膨脹和破裂的物質(zhì)[2]。如將混凝土樣品浸入不同濃度的氯鹽和硫酸鹽溶液中，模擬鹽漬土環(huán)境，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，對(duì)樣品進(jìn)行物理和化學(xué)性能的評(píng)估（詳見(jiàn)表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)樣品性能評(píng)估

如表1所示，當(dāng)混凝土樣品浸泡在不同濃度的溶液中時(shí)，其物理和化學(xué)性能都發(fā)生了變化。例如，浸泡在5% NaCl溶液中30天的樣品，其抗壓強(qiáng)度下降了15%，腐蝕深度達(dá)到2mm。這些數(shù)據(jù)表明，氯鹽對(duì)混凝土的破壞作用不容忽視。相比之下，硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕作用更為嚴(yán)重，尤其是在高濃度條件下。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)取樣與評(píng)估

實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)雖然能夠在受控的環(huán)境中提供有關(guān)混凝土耐鹽性能的寶貴數(shù)據(jù)，但真實(shí)的工程結(jié)構(gòu)受到更多復(fù)雜因素的影響，如環(huán)境溫度、濕度變化、土壤特性差異及其他可能存在的腐蝕源。因此，現(xiàn)場(chǎng)取樣和評(píng)估成為混凝土耐鹽性能研究中不可或缺的環(huán)節(jié)。

現(xiàn)場(chǎng)取樣首先需要選擇具有代表性的混凝土結(jié)構(gòu)部位，如基礎(chǔ)、柱子和梁等，然后按照標(biāo)準(zhǔn)化流程獲取混凝土樣品。這些樣品被送往實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行物理和化學(xué)性能測(cè)試，如抗壓強(qiáng)度、密度、孔隙度等[3]。通過(guò)對(duì)比新鮮混凝土與現(xiàn)場(chǎng)取樣的差異，能夠評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀況和可能的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。此外，現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估還包括對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的直接觀察，如裂縫的寬度、深度和分布，以及可能的鋼筋銹蝕情況。這些直觀的觀察為結(jié)構(gòu)健康評(píng)估提供了第一手的證據(jù)，為后續(xù)的修復(fù)和保養(yǎng)工作提供了指導(dǎo)。總之，現(xiàn)場(chǎng)取樣與評(píng)估是混凝土耐鹽性能研究的關(guān)鍵步驟，確保了研究成果與實(shí)際工程應(yīng)用的緊密結(jié)合。

2.3 非破壞性檢測(cè)技術(shù)

隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的進(jìn)步，非破壞性檢測(cè)技術(shù)（常用的非破壞性檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用如表2所示）逐漸成為混凝土結(jié)構(gòu)耐鹽性能評(píng)估的重要工具。與傳統(tǒng)的破壞性檢測(cè)不同，NDT能夠在不影響結(jié)構(gòu)完整性的情況下評(píng)估其健康狀況，為工程師提供及時(shí)的、準(zhǔn)確的反饋。

這些技術(shù)，尤其是超聲波檢測(cè)和紅外熱成像，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程現(xiàn)場(chǎng)，提供了對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)健康狀況的深入洞察。更為重要的是，NDT允許工程師在問(wèn)題進(jìn)一步惡化之前采取修復(fù)或加固措施，從而確保結(jié)構(gòu)的安全和持久性。

3 提升混凝土耐鹽性能的原材料選擇

3.1 選擇耐鹽性能的水泥

混凝土的耐鹽性能在很大程度上是由其主要成分—水泥所決定的。在鹽漬土地區(qū)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性更為嚴(yán)重，因此選擇合適的水泥類(lèi)型變得至關(guān)重要。研究已經(jīng)證明，低堿水泥在抵抗鹽蝕方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。其低的堿含量有助于減少氧化鈣與混凝土中的硅酸鹽發(fā)生的堿-硅酸反應(yīng)，從而降低由此產(chǎn)生的膨脹，進(jìn)而減少裂紋的生成。裂紋是鹽分進(jìn)入混凝土，進(jìn)一步加速其腐蝕的主要途徑[4]。此外，選用低堿水泥可以有效降低由于堿-骨料反應(yīng)造成的開(kāi)裂，這種開(kāi)裂在含鹽環(huán)境中尤為危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼮辂}提供了進(jìn)入混凝土的通道，從而引發(fā)或加速腐蝕。因此，對(duì)于鹽漬土地區(qū)的工程項(xiàng)目，選擇低堿水泥是為混凝土結(jié)構(gòu)提供額外保護(hù)的關(guān)鍵措施之一。透過(guò)這一選擇，不僅提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，還確保了更長(zhǎng)的使用壽命和降低了維護(hù)成本。

3.2 對(duì)比A廠與B廠水泥性能

水泥作為混凝土的主要原材料，在鹽漬土環(huán)境中的表現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能至關(guān)重要。不同品種的水泥在鹽漬土環(huán)境中的反應(yīng)和表現(xiàn)可能會(huì)有所不同，因此選擇恰當(dāng)?shù)乃嗥贩N成了一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鑒于A廠與B廠在地區(qū)內(nèi)均為知名的水泥供應(yīng)商，本研究選擇了兩家廠的代表性產(chǎn)品進(jìn)行了詳細(xì)的性能對(duì)比（如表3所示）。

表3 水泥物理力學(xué)性能對(duì)比

從表3的數(shù)據(jù)中，我們可以明確地看到，A廠所生產(chǎn)的低堿水泥相比于B廠的水泥具有更長(zhǎng)的凝結(jié)時(shí)間，這種特性對(duì)于施工環(huán)境特別是大型施工工程來(lái)說(shuō)是十分有利的，因?yàn)樗鼮榛炷翝仓峁┝烁L(zhǎng)的時(shí)間窗口。另外，A廠的水泥在3天時(shí)的抗折強(qiáng)度略高于B廠的，這說(shuō)明在短期內(nèi)，A廠的水泥具有更好的力學(xué)性能。

進(jìn)一步從化學(xué)角度對(duì)兩種水泥進(jìn)行評(píng)估，表4展示了兩家廠商水泥的主要化學(xué)成分?？梢郧逦乜闯?，A廠的低堿水泥在堿含量上明顯低于B廠的，這意味著A廠水泥在鹽漬土環(huán)境中堿-骨料反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。此外，A廠水泥中的其他有害成分如MgO, Cl-和SO3的含量也相對(duì)較低，進(jìn)一步降低了在鹽漬土環(huán)境中的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

表4 水泥化學(xué)成分對(duì)比

3.3 水泥原材料的決策選擇

在鹽漬土環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與其所采用的水泥原材料密切相關(guān)。選擇合適的水泥原材料是確保其耐蝕性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的關(guān)鍵。學(xué)術(shù)研究表明，水泥中某些化學(xué)成分，如堿含量、C3A和MgO，直接影響其在鹽漬土中的表現(xiàn)[5]。因此，在決策時(shí)，應(yīng)深入研究各原材料的化學(xué)和物理性質(zhì)，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和工程需求進(jìn)行綜合權(quán)衡。此外，與供應(yīng)商的緊密合作和對(duì)最新研究成果的持續(xù)關(guān)注也是決策過(guò)程中不可或缺的部分。

4 結(jié)語(yǔ)

鹽漬土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成的腐蝕問(wèn)題已逐漸受到工程和科研領(lǐng)域的重視。本研究深入探討了鹽漬土對(duì)混凝土的腐蝕機(jī)制，強(qiáng)調(diào)了鹽漬土中的腐蝕性物質(zhì)對(duì)混凝土性能的影響。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場(chǎng)取樣評(píng)估，得出了混凝土在鹽漬土環(huán)境下的具體表現(xiàn)。非破壞性檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用為此提供了高效、準(zhǔn)確的評(píng)估手段。在原材料選擇上，對(duì)比了不同生產(chǎn)廠家的水泥性能，強(qiáng)調(diào)了在鹽漬土環(huán)境下選擇低堿水泥的重要性。最終，決策過(guò)程應(yīng)結(jié)合化學(xué)、物理性質(zhì)和工程需求，確保混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和耐久性。為未來(lái)在類(lèi)似環(huán)境下的建設(shè)提供了有力的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。