吳聲宏（新疆生產(chǎn)建設兵團建筑工程科學技術(shù)研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊830054）

2009年11月，作為基礎設施的世界最長的高鐵—蘭新鐵路正式開工。甘肅、新疆地處內(nèi)陸地區(qū)，長期以來受到自然地理環(huán)境影響，地表廣泛分布著鹽漬土，使混凝土構(gòu)筑物不同程度上受到氯鹽和化學侵蝕，這些侵蝕的發(fā)生嚴重的影響混凝土構(gòu)筑物的使用壽命，也就是說降低了混凝土構(gòu)筑物的耐久性。有效的保護和延長混凝土構(gòu)筑物的使用壽命，提高混凝土抵抗環(huán)境侵蝕能力已成為一個新課題。

1 侵蝕的種類

1.1 化學侵蝕環(huán)境

化學侵蝕主要是硫酸鹽侵蝕、鹽類結(jié)晶侵蝕、酸性侵蝕、二氧化碳侵蝕、鎂鹽侵蝕。新疆的化學侵蝕主要是在鹽漬土壤環(huán)境中存在大量的Ca2+、Mg2+、SO42-等離子形成堿式鹽。主要的侵蝕物是硫酸鹽對混凝土的破壞，硫酸鹽對硬化水泥的腐蝕屬于膨脹性腐蝕，在侵蝕過程的初始階段，由于硫酸鹽在混凝土空隙中逐漸形成積聚，從而使混凝土的相對密度和強度有所增加，當混凝土中的孔隙和毛細孔中的結(jié)晶體繼續(xù)增長而明顯膨脹的時候，如石膏（2H2o.CaSO4）的結(jié)晶,特別是含有32個結(jié)晶水的水化硫鋁酸鈣生成時體積迅速膨脹，隨時間的增長在混凝土中的孔隙形成膨脹破壞，混凝土構(gòu)造物的強度隨之迅速下降，就是俗稱的“鹽脹破壞”。 如奎屯河電站老龍口附近的一座蓋板涵（已廢棄），始建于上世紀70年代中期，周圍環(huán)境水中SO42-含量高達6800mg/L，受環(huán)境介質(zhì)的影響，侵蝕程度嚴重，其中侵蝕最嚴重的地方是自地面起向上380mm的“吸附區(qū)”，涵洞混凝土表面水泥砂漿嚴重剝蝕，粗骨料外露。周邊預制混凝土涵管同樣侵蝕程度嚴重，侵蝕剝離深度深及保護層，部分吸附區(qū)保護層已不見，鋼筋明顯外露銹蝕嚴重。其次受腐蝕嚴重的是“土壤區(qū)”，涵洞進出口混凝土能夠明顯可見粗骨料周圍的白色鹽類結(jié)晶體，涵洞管節(jié)有大量順筋裂縫，受腐蝕相對較輕的是“大氣區(qū)”，混凝土表面未見有剝落現(xiàn)象。侵蝕破壞過程就是一個典型的鹽脹破壞，混凝土構(gòu)造物與含硫酸鹽的土壤接觸，通過毛細作用，地下水攜溶液沿毛細管上升至混凝土迎風面，水分蒸發(fā)，溶液達到飽和在毛細管中結(jié)晶析出，一方面溶液濃度變大，達到飽和加速化學侵蝕反應；另一方面，因結(jié)晶鹽析出產(chǎn)生結(jié)晶壓力，特別是某些含結(jié)晶水較多的鹽類，由于環(huán)境溫度變化溶解度也隨之改變，由溶液向晶體變化過程中體積顯著增大，而產(chǎn)生巨大的膨脹力量，在物理與化學雙重作用下加速了混凝土構(gòu)筑物的破壞。

表1 化學侵蝕環(huán)境作用等級的劃分

1.2 氯鹽環(huán)境的侵蝕

試驗表明：當混凝土中的CaO含量損失30%時混凝土的強度將喪失，混凝土結(jié)構(gòu)也就被破壞?；炷帘３址€(wěn)定的堿性環(huán)境使得鋼筋表面形成一層鈍化膜，這層致密的鈍化膜有效地保護了鋼筋免受腐蝕。CL-是極強的去鈍化劑，當CL-進入混凝土中并達到鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時，使該處的PH值迅速降低。當PH值＜11.5時，鈍化膜就開始不穩(wěn)定，當PH值＜9.88時，鈍化膜生成困難或已經(jīng)生成的鈍化膜逐漸被破壞。CL-的局部酸化作用，可使鋼筋表面PH值降低到4以下（酸性），于是該處的鈍化膜就被破壞了，使鋼筋暴露于腐蝕環(huán)境中。若嚴重的腐蝕現(xiàn)象發(fā)展到整個構(gòu)件之后，混凝土就會出現(xiàn)順筋開裂保護層剝落的破壞現(xiàn)象。

2 侵蝕的防護

2.1 構(gòu)造措施

1）混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造應有利于減輕環(huán)境對結(jié)構(gòu)的作用，有利于避免水、水汽和有害物質(zhì)在混凝土表面的積聚，便于施工時混凝土的搗固和養(yǎng)護。

2）混凝土結(jié)構(gòu)表面應設置可靠的防、排水等構(gòu)造措施，必要時可采用換填土、降低地下水位及設防護層等工程措施，防止水和有害物質(zhì)接觸混凝土表面。結(jié)構(gòu)的各種接縫應盡量避開最不利環(huán)境作用的部位。

3）對于侵蝕環(huán)境較嚴重的混凝土結(jié)構(gòu)部位，應考慮暴露面上混凝土的可能剝蝕對構(gòu)建（特別是薄壁構(gòu)件）承載力的損害，設計時應適當增加混凝土的厚度。

4）鋼筋混凝土保護層厚度應滿足國家現(xiàn)行各行業(yè)有關(guān)標準規(guī)定。

5）橋梁端部應采取有效的構(gòu)造措施防止污水回流污染支座和梁端表面。封錨混凝土應采用水泥基聚合物混凝土，混凝土的水膠比應不大于本體混凝土的相應值，并采取可靠的防護措施，以防止環(huán)境水和其它有害介質(zhì)滲入接縫。

2.2 原材料的選擇

1）水泥

試驗證明：早強水泥在混凝土成型后14天后強度幾乎不再增長，后期強度還有可能倒縮。其中水泥中的C3A在3天的水化熱是C3S的3.7倍，C2S的17.7倍；C3A在3天的收縮率是C3S和C2S的3倍，而環(huán)境中化學侵蝕介質(zhì)對混凝土的侵蝕對象主要是C3A和硅酸鹽礦物水化物中的Ca(OH)2。為控制堿-骨料反應，應采用低堿水泥，既水泥中的堿含量不應超過0.6%。根據(jù)侵蝕的類別及侵蝕程度，若侵蝕環(huán)境為硫酸鹽化學侵蝕環(huán)境，可用抗硫酸鹽水泥。

2）骨料

對混凝土強度及耐久性而言，骨料本身質(zhì)量的好壞起著決定性的作用。骨料除自身強度外還有含泥量、粒形、級配等因素。吸水率大的骨料拌制的混凝土會有較大的收縮，影響混凝土的抗裂性。與卵石相比，碎石、碎卵石混凝土的骨料與漿體的界面結(jié)合得較好，抗裂性也就好。試驗表明，粗骨料最大粒徑較小時混凝土的抗?jié)B性也相應提高。

⑴細骨料應選用級配合理、質(zhì)地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，也可選用專門機組生產(chǎn)的人工砂，不得使用海砂。細骨料的堿活性應采用砂漿棒法進行檢驗，且細骨料的砂漿棒膨脹率應小于0.10%，否則應按要求采取抑制堿—骨料反應的技術(shù)措施。

⑵粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅固、線脹系數(shù)小的潔凈碎石或碎卵石，最大公稱粒徑不宜超過鋼筋的混凝土保護層厚度的2/3，在嚴重侵蝕環(huán)境下不宜超過鋼筋的混凝土保護層厚度的1/2，且不得超過鋼筋最小間距的3/4。同時配制混凝土時應采用二級或多級級配，其松散堆積密度應大于1500kg/m3，緊密空隙率應小于40%。其堿活性檢驗應首先用巖相法檢驗，若含有堿—硅酸鹽反應活性礦物，那么砂漿棒膨脹率應小于0.10%，否則應按要求采取抑制堿—骨料反應的技術(shù)措施，不得使用具有堿—碳酸鹽反應活性的骨料。

3）摻合料

粉煤灰、礦渣微粉、硅粉作為膠凝材料摻入，不僅提高了混凝土的密實性和抗裂性，減少了混凝土的孔隙率，有效阻止了氯離子、硫酸根離子等有害物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部。需水量低的礦物摻合料如：粉煤灰能改善混凝土工作性能、降低水化熱作用，有效地減少了溫度裂縫。摻用大量的礦物摻和料，減小了混凝土中的總堿含量，對抑制混凝土堿-骨料反應和抵抗硫酸鹽侵蝕有著明顯的作用。

硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥不宜單獨作為膠凝材料，用來配制暴露于環(huán)境PH 值小于5.5有氯鹽侵蝕環(huán)境的混凝土，應該考慮大量摻用礦物摻和料。試驗顯示：對于氯鹽侵蝕環(huán)境在L3環(huán)境下，單摻粉煤灰摻量不宜小于30%，單摻礦渣微粉的摻量不宜小于50%，且雙參效果更佳，如粉煤灰加硅粉或粉煤灰加礦渣微粉。

4）外加劑

由于聚羧酸減水劑堿含量、CL-含量較小，減水效果較好，又可根據(jù)混凝土所處部位適當調(diào)整外加劑中的引起成分，是一種減水、引氣效果較佳的復合型外加劑。聚羧酸減水劑含有一定的引氣成份，能在混凝土中產(chǎn)生大量的有效密閉微小氣泡，均布于混凝土中，有效阻斷了混凝土中連通的毛細通路，降低了毛細水的滲透作用，并起到吸收緩沖因內(nèi)部化學侵蝕及凍融引起的膨脹壓力作用，顯示出了優(yōu)異的抗侵蝕性能，但同時也會影響到混凝土抗壓強度，試驗表明：含氣量每增加1%抗壓強度損失3%~5%，但是抗折強度卻有所提高?；炷梁瑲饬繛?%~5%時的折壓比，比沒有摻聚羧酸減水劑的普通混凝土提高約10%~20%。折壓比反映了混凝土的韌性，同時也能反映出混凝土的耐久性。

聚羧酸減水劑有效的降低了混凝土拌和用水量，減小了水膠比，也就是減少了混凝土中未參加水化的自由水的數(shù)量，相應的就減少了自由水留在混凝土中的孔隙數(shù)量，同時也提高了混凝土的強度，彌補了因引氣作用而帶來的強度損失。由此可見聚羧酸減水劑在混凝土工程中使用將會大大提高混凝土的抗侵蝕能力，提高混凝土的耐久性。

3 結(jié)語

隨著對混凝土耐久性要求的提高，強度已不僅僅是判定混凝土合格與否的唯一性指標，如何提高混凝土的耐久性，提高混凝土抵抗環(huán)境侵蝕能力已成為一個新課題，而環(huán)境侵蝕是一個多方面作用的結(jié)果，因此抵抗環(huán)境侵蝕也是一個系統(tǒng)的工程，應該從設計、原材料、配合比及施工工藝各方面入手才能有效地抵抗環(huán)境侵蝕，提高混凝土的耐久性。

[1]混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計與施工指南

[2]鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計暫行規(guī)定