盐渍土腐蚀机理分析

摘要:盐渍土在中国分布非常广泛，盐渍土对道路、桥梁及其他各类构筑物具有严重的腐蚀性，常常使该类地区的工程建筑造成较大的经济损失。通过对盐渍土腐蚀机理的研究分析得出，在一定的地理环境下，水、空气、温度是影响硫酸盐类盐渍土腐蚀的重要因素。

关键词：硫酸盐盐渍土，腐蚀机理，影响因素

中图分类号：O346.2 文献标识码： A

盐渍土是指包含碱土、盐土在内的不同程度盐化、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的土。当土中易溶盐的含量达到0.3%以上，并具有盐胀、溶陷及腐蚀等工程性能时，该类土被称为盐渍土[1]。我国西北地区，如青海、新疆、、内蒙古等地区分布着大大小小共1000多个盐湖，这些地区其后干燥，蒸发强烈，温度变化剧烈，毛细水因其积盐作用较为显著。

1 盐渍土研究现状

1.1 盐渍土的分类

盐渍土根据分类依据不同，有多种分类方法：

①按盐性质不同，可分为以下五类：

盐渍土名称 阴离子含量比例

Cl-/SO42- CO32-+HCO3-/ Cl-+SO42-

氯盐渍土 ＞2 -

亚氯盐渍土 1～2 -

亚硫酸盐渍土 0.3～1 -

硫酸盐渍土 ＜0.3 -

碳酸盐渍土 - ＜0.3

②按含盐程度不同，可分以下四类：

盐渍土名称 含盐质量（%）

氯盐渍土及亚氯盐渍土 硫酸盐渍土及亚硫酸盐渍土

弱盐渍土 0.3～1 0.3～0.5

中盐渍土 1～5 0.5～2.0

强盐渍土 5～8 2～5

过盐渍土 ＞8 ＞5

③按地区不同分类：

盐渍土按地区不同可分为内陆干旱盐渍土、滨海盐渍土、平原盐渍土等。

④按土的性质分类：

盐渍土按土的性质分类，可分为粗颗粒盐渍土、细颗粒盐渍土等。

1.2 盐渍土腐蚀性研究现状

盐渍土兼有土体自身腐蚀和盐类的腐蚀特征，其中土腐蚀包括：化学反应腐蚀、电化学腐蚀、物理作用腐蚀、微生物腐蚀等；盐类腐蚀主要包括：土中盐类（如氯离子、镁离子、铵离子等）产生的离子结晶、胀缩作用、硫酸盐还原菌作用等。

针对不同的盐渍土研究，我国规范标准目前现状如下：

由中国石油天然气总公司主编《盐渍土地区建筑规范》（SY/ T 0317-97）；

新疆公路协会主编《新疆盐渍土地区路基路面设计与施工规范》（XJTJ01-2001）；

铁道部第一勘测设计院主编《铁路工程地质盐渍土勘测规则》（TB10045-96）；

此外在《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）、《城市道路路基工程施工及验收规范》（CJJ44-91）、《架空送电线路大跨越工程勘测技术规程》（DL/T5049-2006）等规范中均对盐渍土做出了相关规定。

2 盐渍土腐蚀机理研究

盐渍土腐蚀性可从以下三方面分析：

按腐蚀对象的分类研究、按腐蚀介质分类的研究以及按腐蚀源分类的研究。

2.1按腐蚀对象的分类研究

①对钢材的腐蚀机理研究

钢筋腐蚀不仅使钢筋本身的力学性能降低，同时导致混凝土胀裂，抗拉能力降低，大大降低钢筋混凝土承载性能。钢筋表面腐蚀机理非常复杂，至今没有统一认可的理论基础。

②对混凝土的腐蚀机理研究

在建筑物以混凝土或者钢筋混凝土为主要材料的工程中，往往会出现受到腐蚀性介质腐蚀的情况，如果放任腐蚀情况的发生，不采取防腐措施，则腐蚀介质就会损坏其中的钢筋混凝土材料，丧失使用价值，出现安全事故。

2.2 不同腐蚀介质的腐蚀机理研究

①建筑材料在水中的腐蚀机理研究

水中的腐蚀通常都是受溶解氧的极化作用所控制，电化学反应式如下：

阴极反应 Fe Fe2++2e

阳极反应 O2 + 2 H2O+4e 4OH-

溶液中 Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2

Fe(OH)2 + O2 Fe2O3·H2O

盐渍土中的离子运动是通过水介质来完成的，土中的含水量越大，则土中所能包含的离子含量就越高，离子就随着水进入混凝土内部与其发生反应。若在完全无水的情况下，盐渍土中的各种离子就失去了流动的介质，从而导致腐蚀难以进行。

②建筑材料在土中的腐蚀机理研究

盐渍土内离子的类型对腐蚀产生很大的影响，同时，土体本身的结构及种类也对腐蚀产生相当大的影响。

1）土体类型

无黏性土在降水量较低的地区，尽管土体内富含各种盐分，但盐分离子不能通过土体传递到混凝土表面，就不能产生腐蚀；黏性土的特征主要是由于黏粒与水之间的相互作用产生，因此离子的传递就有了水作为介质，腐蚀程度较高。

2）土体密实程度

土体密实程度越高，孔隙比即越小，则土体微粒间包含的自由水就越少，同样的，水中蕴含的离子含量越少，则腐蚀程度就越低，反之则腐蚀程度高。

2.3 不同腐蚀源的腐蚀机理研究

①硫酸盐腐蚀机理研究

硫酸盐类盐渍土的腐蚀机理主要是硫酸根离子与混凝土本身的成分发生化学物理作用，故其主要影响因素如下：

1）水泥品种：采用不同配置的水泥来制作的混凝土，具有不同的抗硫酸盐侵蚀能力。混凝土类材料的抗硫酸盐侵蚀能力取决于用于水泥中的矿物组成及其相对含量，尤其是铝酸三钙（简称C3A）和硅酸三钙（简称 C3S）的含量，C3A水化析出水化铝酸钙是形成钙矾石的重要成分，石膏的形成是C3S水化析出的Ca（OH）2的结果，从而抑制钙矾石和石膏的形成，可以通过降低C3A和 C3S的含量，进而提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力[2]；

2）混合料的掺量：在水泥中掺入粉煤灰等活性材料能够显著提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力，一定量的水泥中，掺入越多的活性材料，其中的C3A和C3S的含量就越低，同时活性材料还能与Ca（OH）2发生二次水化反应，从而降低石膏形成的含量；

3）混凝土的密实性和配合比：混凝土的密实度对混凝土抗硫酸盐腐蚀能力有着较大的影响，混凝土的密实度越高，则混凝土内部的孔隙比就越小，则硫酸根离子就越难进入混凝土内部，从而使腐蚀速率降低，同样，配合比越高，强度就越高，密实度也就越高；

4）侵蚀溶液中阳离子的类型和硫酸根离子浓度的影响：硫酸根离子与不同的阳离子对同样的混凝土有着不同的腐蚀机理，从而腐蚀的程度也不同；不同的浓度对腐蚀程度也有影响；

5）侵蚀溶液 PH 值的影响：席跃忠等的研究表明随着侵蚀溶液PH值的变化，侵蚀反应程度也不断变化，当PH=12.5～12 时，钙矾石结晶析出，当 PH=11.6～10.6时，石膏结晶析出，当PH

②氯盐腐蚀影响因素

水泥水化的高碱性使钢筋表面会产生一层致密的钝化膜，该膜中包含有Si—O键，对钢筋有很强的保护作用，然而钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的，研究表明，当PH

③碳酸盐的腐蚀性研究

碳酸盐对建筑材料的腐蚀主要体现在对碳钢和低合金钢产生的应力腐蚀断裂，应力腐蚀断裂指的是受拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介质发生脆性断裂[6]。

2.4 温度的影响

Arrhenius 方程是瑞典物理化学家 Arrhenius.S.A.提出的，表明化学反应速率

与温度呈指数关系。根据 Arrhenius 方程，温度每升高 10 度，对于一般化学反应的速度大约增加2到3倍。温度的升高将导致盐渍土中离子的扩散速率的提高，同时也将导致离子运动速率和化学反应速度的提高，这些将导致盐渍土腐蚀速率的提高。同时另一方面，温度升高，水中溶解氧的扩散系数增大，能使更多的溶氧扩散到金属表面的阴极区，即腐蚀过程加速。以金属为例，在密闭系统中，金属的腐蚀随温度的升高而加快。敞开系统中，在 20-77℃的温度区域内，以氧的扩散速度起主导作用，因此腐蚀速度随温度的升高而加速，但到 77℃后，腐蚀速度随温度升高而下降，因为此时水中的氧的减少的影响占主导地位。

3 结语

在全面总结国内外相关文献资料的基础上，深入探讨了不同条件下盐渍土的腐蚀机理规律，总结影响盐渍土腐蚀的因素，其中水、土与空气在不同温度下对盐渍土的腐蚀机理不同。在工程建设中，需要主要针对这几点进行防腐措施研究。

参考文献：

[1] 张文等，寒旱区盐渍土工程特性研究及展望[J].青海师范大学学报，2008.

[2] 包卫星，喀什地区盐渍土工程性质试验研究[J].长安大学 2005.

[3] 王亮等，粘土砖的腐蚀劣化机理[J].四川建筑科学研究 2008，2（1）:142

—145.

[4] 滕海文等，硫酸盐与多因素共同作用下混凝土的耐久性研究[J] 建筑技术，

2010，9（9）：834—836.

[5] 张光辉等 混凝土结构硫酸盐腐蚀研究综述[J] 混凝土，2012，1（1）:49—

54，61.

[6] 周纲等 盐渍土地区混凝土腐蚀状况调查分析[J] 建筑科学与工程学报，

2011，12（4）：121—126.