李 東，方浩亮，錢 明，張志豪

青島中油巖土工程有限公司，山東青島 266071

伊拉克兩河流域?qū)儆诖箨懶詠啛釒О敫珊敌蜌夂?，該地區(qū)全年氣溫高，降雨量少，夏季最高溫度達(dá)50℃以上，地表水分蒸發(fā)嚴(yán)重。沉積地層中廣泛發(fā)育著高含硫酸鹽、氯鹽及水石膏的地層，其中伊拉克兩河流域東岸，第四紀(jì)土層中單位含量可以同時達(dá)到幾千或上萬mg/kg（L），這種土層在國內(nèi)極為罕見，其特性異于國內(nèi)常見的鹽漬土分類類型，具有極強的地域特征，本文將此鹽漬土定名為“復(fù)合鹽漬土”（簡稱鹽漬土）。

鹽漬土兼有土體自身的腐蝕和鹽類的腐蝕兩種腐蝕特性，其中鹽類的腐蝕主要包括氯鹽腐蝕和硫酸鹽腐蝕。大量研究表明，氯鹽是引起鋼筋腐蝕的主導(dǎo)因素，針對單一氯鹽腐蝕，其運移機理及腐蝕影響因素的研究已較為成熟[1-7]。

氯鹽和硫酸鹽同時存在的情況。陳友治等研究了酸性介質(zhì)如CO2、H2S、HCl、SO2等介質(zhì)共存對鋼筋混凝土的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)在鋼筋混凝土中含硫、氯的腐蝕介質(zhì)侵蝕作用機理是大不相同的[8]。Dehwahh等研究了硫酸鹽存在對混凝土中鋼筋氯鹽腐蝕效果的影響，研究表明，硫酸鹽濃度低的時候氯鹽對鋼筋的腐蝕影響較小，但隨著硫酸鹽濃度的增加，氯鹽腐蝕也增強[9]。易博等通過極化曲線法和電化學(xué)阻抗測試研究了普通鹽漬土中不同的濃度及比例對鋼筋的腐蝕作用[10]。

雖然有部分學(xué)者作了研究，但對氯鹽和硫酸鹽同時存在的腐蝕交互機制尚不明確。在伊拉克復(fù)合鹽漬土地區(qū)，由于這兩種鹽類的大量存在，大量鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕嚴(yán)重，因此，開展復(fù)合鹽漬土中高氯鹽和高硫酸鹽綜合作用下對鋼筋的腐蝕性研究非常重要。本文根據(jù)伊拉克工程項目中實測的氯鹽和硫酸鹽數(shù)據(jù)，配制了硫酸鹽和氯鹽溶液，采取直接浸泡腐蝕的方法，研究了鹽分濃度及不同鹽分反應(yīng)時間對鋼筋銹蝕的影響。

1 試驗方法

1.1 試驗儀器及材料

（1）試驗使用φ16 mm新螺紋鋼筋，表面無明顯銹跡，其主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） 為：C 0.28，Mn 0.67，Si 0.18，S 0.037，P 0.022，F(xiàn)e 98.811。

（2）分析天平，精度為0.001；體式顯微鏡。

（3）NaCl、Na2SO4、去離子水，輔助材料。

1.2 試驗方法

（1）將鋼筋截至10 cm左右一根，約40根備用。用去離子水清洗干凈，并用吹風(fēng)機迅速吹干備用，防止氧化生銹，用分析天平稱其質(zhì)量。

（2）分別配制如下溶液各200 mL：去離子水、5%NaCl、 10%NaCl、 15%NaCl、 20%NaCl、 5%NaCl+5%Na2SO4、 5%NaCl+10%Na2SO4、 10%NaCl+5%Na2SO4、10%NaCl+10%Na2SO4、15%NaCl+5%Na2SO4、15%NaCl+10%Na2SO4、 5%Na2SO4、10%Na2SO4（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），置入燒杯中，將鋼筋放進(jìn)腐蝕液中浸泡，每種溶液各備兩組，其中一組用作平行實驗。由于試驗時間的限制，為加快反應(yīng)速度，配置的濃度約為土體中的5～20倍。

（3）將浸泡著鋼筋的燒杯用保鮮膜封口，以防止水分的蒸發(fā)導(dǎo)致鹽濃度升高，再放于低溫養(yǎng)護(hù)箱中調(diào)至室溫（25℃）保存。

（4）配備好用于鋼筋表面除銹的溶液（含500mL HCl、3.5 g六次甲基四胺和500 mL去離子水）。將各浸泡了5、10、15、20、30、45、65 d的鋼筋用表面除銹液除銹，然后放在烘箱中干燥，用分析天平稱量鋼筋的質(zhì)量，計算其質(zhì)量損失率。

（5）利用體式顯微鏡拍照觀察鋼筋銹蝕程度，圖表分析腐蝕時間、鹽濃度、鹽種類與鋼筋腐蝕程度（質(zhì)量減少來判別）的關(guān)系。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 不同鹽不同濃度對鋼筋的腐蝕影響

2.1.1 純水和氯鹽溶液濃度變化對鋼筋的腐蝕影響

在鋼筋腐蝕一段時間后，小心取出，用電吹風(fēng)將其表面水分吹干，放于體式顯微鏡下拍照觀察，見圖1。從圖1中可以看出，在純水中銹層的覆蓋是隨著鋼筋表面的紋路進(jìn)行的；而在氯鹽溶液中，鋼筋表面的銹層是全覆蓋的，并且隨著鹽濃度的增加，銹層越來越密實（由于電吹風(fēng)吹干，鋼筋表面有白色的鹽晶體析出）。

圖1 腐蝕30 d后鋼筋的體式顯微鏡照片

鋼筋在不同氯鹽濃度、不同腐蝕時間下的質(zhì)量損失率曲線如圖2所示，由圖2中曲線的趨勢可以看出，鋼筋的損失率隨著Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而呈現(xiàn)降低的趨勢，尤其是在Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%→5%→10%的變化中，下降的趨勢較明顯，隨著Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加到20%，其腐蝕速率的降低逐漸平緩。由體視顯微鏡觀察到在純水中鋼筋的銹蝕是點蝕的；而在氯鹽腐蝕液中，鋼筋的銹蝕是面蝕的，一方面其表層包裹的銹層阻礙了Cl-與鋼筋的接觸，導(dǎo)致腐蝕速率的下降，另一方面它阻礙了溶解氧向鋼筋表面的遷移，使反應(yīng)環(huán)境呈現(xiàn)出弱氧環(huán)境。

2.1.2 復(fù)合鹽溶液濃度變化對鋼筋的腐蝕影響

圖3是不同反應(yīng)時間下，復(fù)合鹽溶液中鋼筋質(zhì)量損失率曲線。由圖3可以看出隨著復(fù)合鹽溶液鹽濃度的增大，鋼筋質(zhì)量損失率基本呈降低的趨勢。當(dāng)溶液中鹽濃度較低時，隨著反應(yīng)時間的加長，鋼筋質(zhì)量損失的速率比高濃度復(fù)合鹽溶液中的要快。

圖2 鋼筋質(zhì)量損失率隨Cl-質(zhì)量分安徽的變化曲線

圖3 不同反應(yīng)時間下鋼筋質(zhì)量損失率隨復(fù)合鹽濃度的變化曲線

2.2 不同鹽類隨反應(yīng)時間對鋼筋的腐蝕影響

鋼筋在不同鹽溶液中的質(zhì)量損失如圖5、6所示，在不同種類的鹽溶液中，鋼筋的質(zhì)量損失率都隨著反應(yīng)時間呈上升的趨勢，圖中曲線的斜率為鋼筋的腐蝕速率，在純水中鋼筋的腐蝕速率是先比較平緩再快速上升。

圖4 在不同鹽溶液中腐蝕30 d后鋼筋的體式顯微鏡照片

圖5 單鹽溶液中鋼筋質(zhì)量損失率隨時間的變化曲線

圖6 復(fù)合鹽溶液中鋼筋質(zhì)量損失率隨時間的變化曲線

通過對鋼筋在不同腐蝕液中的質(zhì)量損失率y（%）和反應(yīng)時間x（d）的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到如下擬合公式：

（1）純水中：

y=6.292 04×10-6x3-8.130 26×10-4x2+3.688×10-2x-8.693×10-2

（2）含5%Cl-的鹽溶液中：

y=1.631 77×10-6x3-2.622 08×10-4x2+1.736×10-2x-8.352 78×10-4

y=1.794 62×10-6x3-2.367 04×10-4x2+1.436×10-2x-2.317×10-2

（4） 含5%NaCl和5%Na2SO4的復(fù)合鹽溶液中：y=-5.468 12×10-5x2+9.3×10-3x+8.32×10-3

（5） 含10%NaCl和5%Na2SO4的復(fù)合鹽溶液中：y=-4.510 54×10-6x2+4.88×10-3x+3.845×10-2

（6） 在含10%NaCl和10%Na2SO4的復(fù)合鹽溶液中：

y=-1.743 73×10-5x2+4.79×10-3x+2.633×10-2

由以上擬合公式可以看出：單鹽中擬合曲線的多項式最高冪是3次，而在復(fù)合鹽中最高冪是2次，反映出在實驗條件下的腐蝕時間內(nèi)，復(fù)合鹽溶液中鋼筋的腐蝕速率慢于單鹽溶液中，這可能是水中鹽濃度過高導(dǎo)致水溶液中溶解氧的含量減少所致。有研究證明水中含鹽量與溶解氧是呈負(fù)相關(guān)的，所以在溶解氧主導(dǎo)的鋼筋銹蝕的環(huán)境中復(fù)合鹽溶液的腐蝕速率受到抑制。

3 結(jié)論

（1）通過體視顯微鏡對鋼筋銹蝕表面的觀察，可以看出在純水中鋼筋的銹蝕產(chǎn)物是隨著螺紋鋼的紋路進(jìn)行覆蓋的；而在鹽溶液中它的覆蓋方式是在表面形成一種“保護(hù)膜”，鹽溶液中腐蝕為面蝕，發(fā)生在整個鋼筋表面，且隨著鹽濃度的增高腐蝕受到抑制。

（2）在純水和單鹽腐蝕液中，鋼筋的銹蝕產(chǎn)物是黃色的鐵銹（氧化亞鐵）；但在復(fù)合鹽漬土中，鋼筋銹蝕后有紅褐色的鐵銹氧化鐵生成，不同的反應(yīng)時間下，隨著復(fù)合鹽溶液鹽濃度的增大，鋼筋質(zhì)量損失率基本呈降低的趨勢。

（3）通過對各腐蝕溶液中的鋼筋質(zhì)量損失率與時間關(guān)系的曲線的擬合發(fā)現(xiàn)，復(fù)合鹽溶液中鋼筋的腐蝕速率慢于單鹽溶液中，可能是由于高濃度復(fù)合鹽溶液中溶解氧的減少使得腐蝕速率受到抑制。

（4）通過以上研究發(fā)現(xiàn)，伊拉克地區(qū)復(fù)合鹽漬土腐蝕性總體弱于依照相關(guān)規(guī)范判定的結(jié)果。具體工程中遇到的土的腐蝕性可結(jié)合復(fù)合鹽漬土含鹽類型和組分與文中研究曲線進(jìn)行判別。

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