高盐碱地区混凝土结构病害与防治

【摘要】针对高盐碱地区混凝土结构耐久性的问题，本文分析了高盐碱地区的引发钢筋锈蚀的主要因素和混凝土硫酸盐侵蚀原理，提出解决混凝土硫酸盐侵蚀病害的方法。对提高高盐碱地区混凝土结构耐久性提供一定的工程实践经验。

【关键词】高盐碱地区；混凝土；耐久性

中图分类号： TU37文献标识码： A

0.引言

混凝土构筑物的服役寿命越来越成为人们关注的热点。上个世纪初修建的混凝土构筑物，有的寿命已达50~100年，基本保存完好。如天津、上海、广州等城市仍在使用中的建于20世纪初的所谓水泥"洋楼"。然而近年建成的混凝土桥梁、闸涵、轨枕、机场跑道和房屋梁柱墙板等，投入使用不久就显现裂损病态，随后有的被迫不得不拆除重建。混凝土构筑物服役寿命严重缩水，造成了社会综合资源的巨大浪费和投资效益严重下滑，显然违背了科学发展的基本原则。

针对混凝土病害的诸多原因，近年人们作了大量的有益工作取得明显进展，如减少混凝土构筑物内外温度与干湿差别造成的裂损，防止氯盐锈蚀混凝土钢筋，防止冬季混凝上冻融胀裂，缓解混凝土碱集料反应病害等。但是当今对于盐碱地区硫酸盐的混凝土盐蚀病害问题还没有得到人们足够关切和取得应有的研究工作进展。

1.混凝土硫酸盐侵蚀原理

我国海岸线长达2万km，领海专属区面积500万km2以上。海水属于高矿化水，通常其中含Cl-16~ 17g/L，含SO42-16~25g/L，其中氯盐以引发钢筋的锈蚀病害为主，而硫酸盐则对混凝土自身直接引发膨胀和腐蚀病害。为此海水对码头等混凝土构筑物形成经常的浸渍损害。在我国西部沿古丝绸之路行进，穿越河西走廊，进入天山南北直到中亚地区，干旱少雨，盐渍土壤扣咸水湖泊广泛分布。混凝土构筑物也受盐碱(主要是硫酸盐)侵蚀病害，土壤的SO42-含量往往高达1%以上，水体中SO42-含量也高0.1%~0.5%以上。而盐湖咸水矿化度更高，SO42-含量可达6~14g/L以上，硫酸盐成为主要病害。当地混凝土闸涵桥墩和渠道衬板，完工投入使用1~2年内即现蜂窝状侵蚀病害，有的强度几近全部丧失，几乎3~5年内就不得不被迫拆除重建，损失巨大。尽管有关设计、施工规范都有若干限制规定，往往被人们所忽视，贯彻执行未尽如人意，以致混凝土硫酸盐病害构筑物在不少地区时有出现，多年来造成巨大损失。

硫酸盐对混凝土的侵蚀通常是指钙矶石在混凝土硬化后的后生膨胀病害，自然界赋存的硫酸盐通常是芒硝(Na2SO4)和石膏(CaSO4)。芒硝进入混凝土后也会与水泥水化产生的Ca(OH)2生成石膏。

3Ca(OH)2＋2Al(OH)3＋3(CaSO4 • 2H2O)＋20H2O3CaO•Al2O33CaSO432H2O

钙矶石有32个结晶水，而石膏也有2个结晶水，这是造成混凝土构筑物体积胀裂病害的主要原因。水泥混凝土含铝较多是条件之一，而混凝土构筑物周围环境中硫酸盐和水分供应充足更是必要条件。近年又发现了硫酸盐侵蚀混凝土的新形式，即碳硫硅钙石腐蚀病害。当水泥以石灰石粉做掺和料，或砂石以碳酸岩为主时(如石灰岩、白云岩为主时)，在混凝土构筑物周围环境中又有硫酸盐和水充分供应时，就会发生碳硫硅钙石的化学腐蚀病害。

2Ca(OH)2＋2SiO2 +2CaCO3＋2(CaSO4•2H2O)＋22H2O

2[CaOSi(OH)4]2CaSO42CaCO324H2O

2.治理混凝土硫酸盐侵蚀病害的方法

治理混凝土硫酸盐侵蚀病害的传统方法是采用抗硫酸盐水泥。但工程实践证明:在较高硫酸盐浓度水体和较长时间浸蚀下，抗硫酸盐水泥也往往只是减缓了腐蚀进度，最终还是会导致混凝土构筑物功能的病变失效。而且抗硫酸盐水泥的价格通常要比常用水泥每吨高出200~300元，即相当于每立方米混凝土的造价通常要升高100元左右，为不少工地所难于承受。

也有学者的最新研究成果发表:在混凝土中大量掺入矿粉(掺入量为水泥的30%~50%)会有助于缓解硫酸盐对混凝土的侵蚀(抗腐蚀系数可以达到90%到接近100%，即硫酸盐对混凝士的侵蚀度可以控制在10%~1%以内)。但矿粉较多掺入往往使得混凝土的早期养护强度增长缓慢，延迟工程进度，不利于施工。而且在严冬结冰地区掺入大量矿粉的混凝土又会增加冻融病害。

既要大力改善混凝土的致密度，尽可能阻止硫酸盐等有害成分的侵入，而且还要使得可能渗入的少量硫酸根离子，在混凝土表层即时团结转化成非离子化状态，从而大大抑制其侵蚀的活性，保护了混凝土不受损害。笔者在混凝土耐久性课题中发现，某些矿物的超细粉具有良好的综合效应，可以较好满足混凝土防盐蚀的要求，同时又有助于混凝土早期养护强度的较快增长，而且防盐蚀混凝土的成本增加可以控制在10%左右，为工程各方所能接受。

在关于混凝土外加剂的现行标准中目前还没有混凝土防盐蚀剂的设置，依据实际工程条件和需要拟定了企业标准，其中主要考核要求是在模拟天然海水或盐湖水中浸泡受检的混凝土试件，然后再考核抗压强度的变化。多次试验表明：以同龄期标准条件养护的不掺防盐蚀剂的试件为基准，在复合盐水中循环浸泡15~100次后，不掺防盐蚀剂的试件抗压强度通常要下降10%~13%，而掺了防盐蚀剂的试件抗压强度不但不下降，还会增长10%~13%即混凝土的抗腐蚀系数突破100%，达到110%~130%，这是过去老思路和老材料、老方法所难于达到的效果。

3.结束语

近年新型高效混凝土防盐蚀剂从试验室走入工程结构，迈出了重要一步，目前正在作有关重要工程项目的前期试验工作，通过工程实践将进一步考验和推动混凝土防盐蚀剂不断改进，提高高盐碱地区混凝土结构的耐久性。

参考文献

[1]中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组．混凝土结构耐久性设计与施工指南[M]．北京：中国建筑工业出版社。2004．

[2]张广叉．浅谈钢筋混凝土耐久性的影响因素及对策[J]．科技情报开发与经济，2005(5)．

[3]徐民村，张峰．盐碱地区水工建筑物钢筋混凝土腐蚀浅析[J]．水利建设与管理，2006(5)．

【作者简介】王建民（1973,6-）男，浙江绍兴人，工程师，国家一级注册建造师，从事建筑施工管理工作。