步 鶴 （安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

現(xiàn)在，我國已經(jīng)進入了“兩個一百年”奮斗目標(biāo)的歷史交匯期，經(jīng)濟飛速發(fā)展，建筑工程建設(shè)也迎來了新的飛騰。我國東北濱海地區(qū)、華北和西北鹽漬地區(qū)含有較多的氯鹽和硫酸鹽，大大降低了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。影響混凝土結(jié)構(gòu)性能的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者的重點，大體包括混凝土試件本身性質(zhì)和外界的復(fù)雜環(huán)境等方面的研究。

周茗如等通過一定濃度硫酸鹽溶液和清水溶液分別對混凝土試件進行干濕循環(huán)試驗，發(fā)現(xiàn)硫酸鹽溶液浸泡的混凝土試件表面膨脹開裂比清水溶液浸泡得要嚴(yán)重，且循環(huán)次數(shù)越多，開裂越大。金祖權(quán)等研究發(fā)現(xiàn)，氯鹽和硫酸鹽復(fù)合溶液浸泡混凝土試件，試驗前期氯離子的擴散速度較慢因為溶液中含有硫酸根，試驗后期相互促進增強了氯離子的擴散速度。商懷帥等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土試件進行100次凍融循環(huán)時，抗壓強度下降到?jīng)]經(jīng)過凍融循環(huán)混凝土試件的一半。馮乃謙等調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于復(fù)雜環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，山東沿海的橋梁在使用10年左右耐久性能大大降低。李華等對不同配合比的混凝土試件進行了硫酸鹽干濕循環(huán)試驗，隨著試驗的進行，試件的抗壓強度和質(zhì)量先增長后下降。本文總結(jié)了近年來外界因素對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷劣化，解釋了作用機理，并且對混凝土在不同環(huán)境侵蝕下的進一步研究做了展望。

1 物理作用對混凝土的損傷劣化

1.1 潤滑作用

長時間的地下水、河水或者海水滲入混凝土內(nèi)部，使得顆粒間的摩擦角減小，從而摩擦力也變小，降低混凝土的性能。

1.2 軟化作用

混凝土在水中浸泡時強度發(fā)生下降稱為混凝土的軟化作用，作用機理和潤滑作用的很相似，水分子進入混凝土內(nèi)部，降低了顆粒之間的內(nèi)黏聚力，與此同時顆粒間的摩擦力也減小，長此以往混凝土物理和力學(xué)性能降低。

1.3 干濕循環(huán)作用

干濕循環(huán)是地球上很常見的物理作用之一，存在較多的工程實際，比如雨水降落與蒸發(fā)、潮汐現(xiàn)象和水庫水位的變化等等，造成混凝土構(gòu)件和水的接觸面在濕潤和干燥之間反復(fù)，水分不斷浸入和析出混凝土構(gòu)件，長此以往，混凝土構(gòu)件內(nèi)部的開口空隙變得越來越大，混凝土的劣化越來越明顯，損傷是漸進性的。Cody等研究表明干濕循環(huán)對混凝土構(gòu)件造成的劣化比完全浸泡水中要嚴(yán)重。孫迎召等通過試驗得出混凝土損傷層厚度和經(jīng)歷的干濕循環(huán)次數(shù)呈正相關(guān)。

1.4 凍融循環(huán)作用

混凝土的凍融循環(huán)是指水分通過混凝土毛細(xì)孔滲入內(nèi)部，然后在凍結(jié)溫度下經(jīng)過一段時間混凝土受凍，內(nèi)部含有水分的毛細(xì)孔膨脹，融化后導(dǎo)致表面脫落、破損和產(chǎn)生裂縫。發(fā)生凍融破壞的條件首先要有低溫，在我國北方的嚴(yán)寒地區(qū)建筑物容易發(fā)生凍融破壞。

劉燕等通過試驗，引入損失的動彈性模量與損傷的關(guān)系，得出凍融循環(huán)相對于干濕循環(huán)而言對混凝土的破壞更嚴(yán)重，而且凍融-干濕雙循環(huán)對混凝土的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于凍融循環(huán)加干濕循環(huán)的破壞總和。

2 化學(xué)作用對混凝土的損傷劣化

2.1 氯鹽擴散

氯離子滲入混凝土內(nèi)部，在水泥水化產(chǎn)物的參與下，產(chǎn)生F鹽；氯離子還會引起混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕，氯離子和亞鐵離子反應(yīng)生成氯化亞鐵(含結(jié)晶水)，然后分解形成氫氧化亞鐵，從上述一系列的反應(yīng)也可以看出氯離子只是充當(dāng)催化劑的作用，鋼筋進而被銹蝕，混凝土內(nèi)部pH值也減小，所以鋼筋發(fā)生腐蝕的速度會逐漸加快。

2.2 硫酸鹽侵蝕

硫酸鹽對混凝土造成的損傷和氯鹽的不一樣，進入內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)生成膨脹性物質(zhì)，為大致過程。硫酸根離子會和混凝土中的熟石灰生成石膏，進而產(chǎn)生鈣礬石，石膏和鈣礬石填滿內(nèi)部孔隙，然后結(jié)晶進而混凝土體積變大出現(xiàn)微裂紋?；炷恋目箟簭姸认壬吆蠼档停蚴乔捌谖赐耆乃鄷^續(xù)水化，孔隙的填滿在一定程度上也增加了自身的密實性，隨著硫酸根離子的不斷侵蝕，混凝土出現(xiàn)膨脹、脫落和開裂，強度大幅度降低。

3 多重因素下混凝土的損傷劣化

上述都是用單一的因素去思考混凝土的損傷劣化，接下來本文根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者對混凝土耐久性方面的研究，進行混凝土在多重因素下?lián)p傷劣化的總結(jié)。

首先混凝土在氯鹽和硫酸鹽復(fù)合溶液的條件下，因為氯離子的擴散速度比硫酸根離子的快，所以氯離子優(yōu)先和水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成F鹽，降低了硫酸根離子和水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的鈣礬石，產(chǎn)生的鈣礬石也減緩了F鹽的生成，兩者相互干擾，隨著侵蝕的不斷進行，內(nèi)部孔隙不斷變大混凝土也發(fā)生開裂，混凝土損傷越來越大。反應(yīng)前期對混凝土的損傷：氯鹽＞硫酸鹽＞復(fù)合鹽溶液，因為硫酸鹽侵蝕產(chǎn)生的膨脹產(chǎn)物比氯鹽的大，密實性大；反應(yīng)后期：硫酸鹽＞復(fù)合鹽溶液＞氯鹽，因為硫酸鹽侵蝕膨脹產(chǎn)物使得混凝土開裂，相比較于氯鹽侵蝕更嚴(yán)重，復(fù)合鹽溶液中的硫酸根雖然前期阻礙了氯離子的擴散，但是后期加快了氯離子的擴散。

混凝土的循環(huán)機制不同時，就干濕循環(huán)和凍融循環(huán)而言，前者使得內(nèi)部孔隙緩慢變大，后者使得混凝土膨脹并產(chǎn)生裂縫，后者的損傷要嚴(yán)重一點。凍融-干濕雙循環(huán)條件下，凍融循環(huán)使得混凝土膨脹產(chǎn)生微裂縫，干濕循環(huán)使得水分進入得更容易，下一次的凍融循環(huán)內(nèi)部裂縫水結(jié)冰膨脹得越大，混凝土破壞得更快，對混凝土的損傷，凍融-干濕雙循環(huán)大于凍融循環(huán)，凍融循環(huán)大于干濕循環(huán)。

循環(huán)機制和溶液環(huán)境耦合條件下，干濕循環(huán)由于水分反復(fù)的浸入和干燥，會增加混凝土內(nèi)部的孔隙；凍融循環(huán)由于水分的結(jié)冰使得內(nèi)部體積變大，會讓混凝土產(chǎn)生微裂紋；無論是上面的哪種情況，在鹽溶液的侵蝕條件下，硫酸根離子或者氯離子會更容易擴散，都會比單一的鹽溶液來言損傷得更嚴(yán)重，干濕-凍融-鹽溶液＞凍融-鹽溶液＞干濕-鹽溶液。

4 結(jié)語

在我國的東部沿海地區(qū)和西北鹽漬地區(qū)，上述關(guān)于混凝土損傷的問題很常見，國內(nèi)外學(xué)者也研究出了豐碩的成果，對此筆者也做出了一些展望：①在以上研究的基礎(chǔ)上可以探討水溫對鹽溶液中氯離子和硫酸根離子擴散的影響；②試驗要和實際的工程相結(jié)合才更加有意義和價值。