汪林萍，楊全兵，2，*

（1.同濟(jì)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201804；2.同濟(jì)大學(xué) 先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804）

含氯除冰鹽（NaCl或CaCl2）因除冰融雪效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前仍是使用最多的一類除冰鹽.然而，由于它會(huì)引起混凝土表面起皮、剝落等，還會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕，其所造成的破壞程度遠(yuǎn)大于普通的凍融破壞［1-3］.

鹽凍破壞機(jī)理是進(jìn)行混凝土抗鹽凍性設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，其中靜水壓理論［4］和滲透壓理論［5］是解釋混凝土鹽凍破壞的經(jīng)典理論.此外，F(xiàn)agerlund［6］提出的臨界飽水度理論，首次揭示了只有當(dāng)混凝土的飽水度超過其臨界值后，混凝土才會(huì)發(fā)生凍融破壞.楊全兵［7-8］提出的凍融飽水度-結(jié)冰壓理論，認(rèn)為混凝土飽水度的增長速率是決定鹽凍破壞程度的最關(guān)鍵參數(shù)，增長速率越快，結(jié)冰破壞力越大.

防治混凝土鹽凍破壞的研究大部分集中在提高混凝土的抗鹽凍性［9-12］和表面保護(hù)技術(shù)［13-14］，只有少量研究涉及改善除冰鹽配方［15-16］.Opara 等［15］研究表明，優(yōu)化的NaCl 復(fù)合除冰鹽引起的路面破壞面積降低約30%.吳鵬程等［16］研究發(fā)現(xiàn)，在NaCl 中摻入黃原膠能有效降低混凝土的鹽凍破壞，但黃原膠濃度高時(shí)將在路面形成乳白色黏液，影響路面的使用性能.因此，研究以NaCl 為主，既不影響除冰融雪效率，又不引起混凝土鹽凍破壞的復(fù)合除冰鹽，具有重要的實(shí)用意義和科學(xué)價(jià)值.

MgCl2除冰鹽的冰點(diǎn)比NaCl 除冰鹽的冰點(diǎn)低，其造成的鹽凍破壞程度較小，因此，近幾年MgCl2除冰鹽的使用量在逐步增加［17-18］，但尚未有研究能合理解釋其造成混凝土鹽凍破壞小于NaCl 除冰鹽的原因.基于此，本文著重研究了NaCl-MgCl2復(fù)合除冰鹽對(duì)混凝土鹽凍破壞的影響及其作用機(jī)理.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥為海螺牌P·Ⅱ 52.5 硅酸鹽水泥；細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.2 的石英砂；粗骨料為3～10 mm 的水磨石；NaCl 除冰鹽（N）和MgCl2除冰鹽（M）分別來源于中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司和國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為99.9%和99.0%；水為自來水.

1.2 試件及鹽溶液制備

1.2.1 試件制備

采用非引氣混凝土，其配合比（質(zhì)量比）為m（水泥）∶m（水）∶m（砂）∶m（石子）=1.00∶0.50∶1.25∶2.50.制備尺寸為40 mm×40 mm×160 mm 的混凝土試件，成型好的混凝土試件在（20±2）℃，相對(duì)濕度為（60±5）%的環(huán)境中自然養(yǎng)護(hù)1 d 后脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（（20±2）℃，相對(duì)濕度≥95%）的水中養(yǎng)護(hù)至28 d 備用.

1.2.2 鹽溶液制備

復(fù)合除冰鹽由NaCl與MgCl2按一定的質(zhì)量比配制而成，NxMy表示復(fù)合除冰鹽，其中下標(biāo)x、y分別表示復(fù)合除冰鹽中NaCl 和MgCl2的質(zhì)量比.aN、aM 和aNxMy分別表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%的NaCl除冰鹽溶液、MgCl2除冰鹽溶液和復(fù)合除冰鹽溶液.配制鹽溶液時(shí)，根據(jù)鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（a%）稱取所需質(zhì)量的溶質(zhì)（各類鹽）和溶劑（水），復(fù)合除冰鹽則根據(jù)NaCl 和MgCl2的質(zhì)量比稱取，然后將其倒入燒杯中進(jìn)行溶解.將配制好的鹽溶液轉(zhuǎn)移至容量瓶中，貼好標(biāo)簽備用.所配制的鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.4%、4.0%、10.0%、15.0%和20.0%.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 混凝土的鹽凍破壞

用于測定混凝土鹽凍破壞的試件為濕試件和含鹽自然干試件.在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的水中養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土試件為濕試件.濕試件在100 ℃的烘箱中烘干24 h后冷卻至室溫的混凝土試件為干試件，將室溫下浸泡在鹽溶液中7 d 的干試件在0.1 MPa 的真空度下抽真空1 d，然后在大氣中靜置1 d得到飽鹽試件，再將飽鹽試件放置在（22±2）℃，相對(duì)濕度為（70±5）%的室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7 d后得到的混凝土試件為含鹽自然干試件.

采用單面浸入鹽溶液法進(jìn)行混凝土的鹽凍破壞試驗(yàn)，其試驗(yàn)裝置示意圖與凍融循環(huán)溫度如圖1 所示，其中鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與制備含鹽自然干試件所用鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同.按式（1）計(jì)算混凝土鹽凍破壞后的剝落量.

圖1 鹽凍破壞試驗(yàn)Fig.1 Salt-frost scaling test

式中：Kn為凍融循環(huán)次數(shù)為n時(shí)的剝落量，kg/m2；Mn為凍融循環(huán)次數(shù)為n時(shí)的剝落物質(zhì)量，kg；A為試塊與溶液的接觸面積，0.006 4 m2.

經(jīng)過30次凍融循環(huán)后，當(dāng)K30≥1.0 kg/m2時(shí)，即可判定混凝土的抗鹽凍性不合格；K30越小，混凝土的抗鹽凍性越高［2］.

1.3.2 鹽溶液的結(jié)冰壓

鹽溶液結(jié)冰壓的測試參照文獻(xiàn)［15］.將鹽溶液置于無伸縮變化的鋼筒內(nèi)，其體積占鋼筒體積的比例為鹽溶液的飽水度（S），改變鹽溶液在鋼筒內(nèi)的體積，可測試不同飽水度時(shí)的鹽溶液結(jié)冰壓，并按式（2）進(jìn)行計(jì)算.

式中：Pt為t時(shí)刻鹽溶液的結(jié)冰壓，MPa；Ft為t時(shí)刻鹽溶液的結(jié)冰膨脹力，N；F0為預(yù)加約束荷載，2 000 N；r為鋼筒內(nèi)徑，3.1 mm.

當(dāng)鹽溶液剛開始產(chǎn)生結(jié)冰壓時(shí)，其飽水度為臨界飽水度.當(dāng)鹽溶液完全結(jié)冰時(shí)，其結(jié)冰壓將不再發(fā)生明顯變化，稱之為平衡結(jié)冰壓（Pe）.

1.3.3 鹽和鹽溶液的吸濕性

將純凈水放入干燥器底部，其水面不超過隔板；將裝有固體NaCl、MgCl2及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.0%、10.0%、20.0%鹽溶液的表面皿放置于隔板上；用凡士林涂抹干燥器口并加蓋以密封；放置到預(yù)定時(shí)間時(shí)，測定表面皿中鹽和鹽溶液的質(zhì)量變化，按式（3）計(jì)算其吸水率，用以表示鹽和鹽溶液的吸濕性.

式中：Qt為t時(shí)刻鹽的吸水率，%；M0為鹽和鹽溶液的初始質(zhì)量，g；Mt為t時(shí)刻鹽和鹽溶液吸水后的質(zhì)量，g.

1.3.4 混凝土的飽水度

混凝土內(nèi)部存在可凍水是導(dǎo)致其產(chǎn)生凍融破壞的根本原因，因此飽水度是分析混凝土鹽凍破壞機(jī)理的重要參數(shù)之一.本文分別測試混凝土的毛細(xì)管吸水飽水度、常溫飽水度和凍融飽水度.

用于測定不同除冰鹽對(duì)混凝土飽水度影響的試件為濕試件（見1.3.1）、干試件（見1.3.1）、含鹽干試件（將飽鹽試件在100 ℃的烘箱中烘干24 h 后得到的混凝土試件）和含鹽自然干試件（見1.3.1）.

采用單面毛細(xì)管吸水法［11］測試含鹽干試件的毛細(xì)管吸水飽水度，按式（4）進(jìn)行計(jì)算，以評(píng)價(jià)鹽的種類對(duì)混凝土毛細(xì)管吸水飽水度的影響.

式中：St為吸水t時(shí)刻試件的毛細(xì)管吸水飽水度，%；M∞為飽鹽試件的質(zhì)量，g；M0為含鹽干試件的質(zhì)量，g；Mt為吸水t時(shí)刻試件的質(zhì)量，g.

當(dāng)試件的單面毛細(xì)管吸水飽水度隨時(shí)間增長不發(fā)生變化時(shí)，稱之為平衡毛細(xì)管吸水飽水度（Se，cp）.

將濕試件、干試件和含鹽自然干試件分別浸沒在（22±2）℃的鹽溶液中一定時(shí)間后，通過測定試件的質(zhì)量變化，按式（5）計(jì)算試件的常溫飽水度.

式中：S't為吸水t時(shí)刻試件的常溫飽水度，%；M'0為試件的初始質(zhì)量，g.

將濕試件和干試件分別浸泡于鹽溶液中，并放入冰柜中進(jìn)行30 次凍（f）融（t）循環(huán)，每次凍融循環(huán)制度為在-（20±2）℃下凍12 h，然后在（20±2）℃下融化12 h.在試件融化約1 h，內(nèi)部還是凍結(jié)狀態(tài)時(shí)刮去表面碎冰，測定其在凍結(jié)階段的質(zhì)量；試件在室溫下融化滿12 h 后，測定其在融化階段的質(zhì)量，按式（6）分別計(jì)算混凝土在凍結(jié)階段的飽水度和融化階段的飽水度.

式中：Sc為凍融飽水度，%；Mc為某一次凍融循環(huán)后試件在凍結(jié)階段或融化階段的質(zhì)量，g.

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝土的鹽凍破壞

圖2 為凍融循環(huán)次數(shù)及復(fù)合除冰鹽中MgCl2含量對(duì)混凝土濕試件鹽凍剝落量的影響，其中2.4N、4.0N和4.0M 為鹽溶液參比樣.由圖2（a）可見：無論在何種鹽溶液中，試件的鹽凍剝落量都隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增大；在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，試件的鹽凍剝落量隨著NaCl 鹽溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的MgCl2鹽溶液中比在NaCl 鹽溶液中降低幅度更大，在復(fù)合除冰鹽溶液中的鹽凍剝落量介于在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl 鹽溶液和MgCl2鹽溶液之間.由圖2（b）可見：在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，試件的鹽凍剝落量隨著除冰鹽中MgCl2含量的增加而顯著降低，表明MgCl2的摻加有利于降低NaCl 對(duì)混凝土的鹽凍破壞；當(dāng)除冰鹽中MgCl2含量不低于40.0%時(shí)，混凝土經(jīng)過30 次凍融循環(huán)后的鹽凍剝落量均低于1.0 kg/m2，即其抗鹽凍指標(biāo)從原來的嚴(yán)重不合格變?yōu)楹细?；與相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的4.0N 溶液相比，當(dāng)除冰鹽中MgCl2含量為20.0%、40.0%和100%時(shí)，其K30分別降低約35.7%、66.4%和88.2%.

在實(shí)際工程中，除冰鹽不可避免會(huì)進(jìn)入到混凝土中，因此采用含鹽自然干試件研究進(jìn)入到混凝土內(nèi)部的除冰鹽對(duì)混凝土鹽凍破壞的影響.圖3 為不同浸泡條件對(duì)含鹽自然干試件鹽凍剝落量的影響，其中4.0N 溶液中的濕試件為參比樣.由圖3 可見：不論含鹽自然干試件表面接觸水還是鹽溶液，相同凍融循環(huán)次數(shù)下，隨著除冰鹽中MgCl2含量的增加，其鹽凍剝落量均顯著降低，與圖2 中濕試件的試驗(yàn)結(jié)果一致；盡管除冰鹽中摻入MgCl2可顯著延緩混凝土的鹽凍剝蝕破壞，但當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)超過一定值后，混凝土的鹽凍剝落量也會(huì)迅速增大直至混凝土完全潰散，其中含4.0N、4.0N5M5和4.0M 的含鹽自然干試件在水中的鹽凍剝落量迅速開始增加的凍融循環(huán)次數(shù)分別為15～20、20～30、55～60 次，在鹽溶液中則分別為0～5、10～15、15～20 次；在凍融循環(huán)過程中，含鹽自然干試件表面接觸水時(shí)，仍會(huì)產(chǎn)生鹽凍剝蝕破壞，且其鹽凍剝落量均明顯小于參比樣，但濕試件在同樣條件下不會(huì)產(chǎn)生剝蝕破壞，當(dāng)含鹽自然干試件表面接觸鹽溶液時(shí)，其鹽凍剝落量均顯著大于參比樣，表明混凝土內(nèi)部含鹽將加劇其鹽凍剝蝕破壞；在凍融循環(huán)過程中，表面接觸水的含鹽自然干試件的鹽凍剝落量明顯小于表面接觸鹽溶液的含鹽自然干試件，且表面接觸鹽溶液比內(nèi)部含鹽對(duì)混凝土鹽凍剝蝕破壞的作用更大，例如，與參比樣相比，含4.0N、4.0N5M5和4.0M的含鹽自然干試件在水中的K15分別降低約93.8%、100.0%和100.0%，其在4.0N、4.0N5M5和4.0M 鹽溶液的K5分別增加約1 104.3%、118.5%和34.1%.

圖2 凍融循環(huán)次數(shù)及復(fù)合除冰鹽中MgCl2含量對(duì)濕試件鹽凍剝落量的影響Fig.2 Effect of number of freezing-thawing cycles and content of MgCl2 in the compounded deicing salt on the salt-frost scaling of wet specimens

圖3 不同浸泡條件對(duì)含鹽自然干試件鹽凍剝落量的影響Fig.3 Effect of various immersing conditions on the salt-frost scaling of naturally dried specimens containing salts

2.2 鹽溶液的結(jié)冰壓

在100%飽水度下，復(fù)合除冰鹽中MgCl2含量對(duì)鹽溶液結(jié)冰壓的影響如圖4所示，其中4.0N和4.0M 為鹽溶液參比樣.由圖4可見：使用復(fù)合除冰鹽后，鹽溶液的結(jié)冰過程或結(jié)冰曲線并沒有發(fā)生明顯改變，其平衡結(jié)冰壓僅有小幅降低，表明在100%飽水度下，復(fù)合除鹽中MgCl2的摻入對(duì)鹽溶液結(jié)冰壓的影響較小，與2.1中復(fù)合除冰鹽改善鹽凍剝蝕的情況并不一致，因而還有其它更重要的參數(shù)影響混凝土的鹽凍剝蝕過程.

圖4 復(fù)合除冰鹽中MgCl2含量對(duì)鹽溶液結(jié)冰壓的影響Fig.4 Effect of MgCl2 content in the compounded deicing salt on the ice-formation pressure of salt solutions

圖5 為鹽溶液的平衡結(jié)冰壓與飽水度的關(guān)系，水（H2O）為參比樣.由圖5可見：水和鹽溶液均存在臨界飽水度，只有當(dāng)飽水度超過臨界飽水度時(shí)，鹽溶液結(jié)冰才能產(chǎn)生膨脹壓力，且鹽溶液的平衡結(jié)冰壓隨飽水度增大迅速增加；鹽溶液的臨界飽水度均大于水的臨界飽水度，且隨著除冰鹽中MgCl2含量的增大而提高，H2O、4.0N、4.0N5M5和4.0M 的臨界飽水度分別約為91.0%、92.5%、93.4%和94.8%；在相同飽水度下，4.0N 產(chǎn)生的平衡結(jié)冰壓明顯高于4.0M；在相同平衡結(jié)冰壓下，除冰鹽中MgCl2含量越大，其鹽溶液的飽水度更高，對(duì)混凝土產(chǎn)生的鹽凍破壞越小.

圖5 鹽溶液的平衡結(jié)冰壓與飽水度的關(guān)系Fig.5 Relationship between ice-formation pressure and saturation degree of salt solutions

2.3 鹽和鹽溶液的吸濕性

鹽和鹽溶液在潮濕空氣中的吸水率如圖6 所示，其中鹽為固體粉狀.由圖6 可見：固體粉狀MgCl2在潮濕空氣中放置240 h 時(shí)的吸水率為148.8%，遠(yuǎn)高于固體粉狀NaCl 在相同條件下的吸水率（40.5%）；當(dāng)鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于20.0%時(shí)，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl 溶液的吸水率均大于MgCl2溶液，這是因?yàn)楣腆w粉狀MgCl2在潮濕空氣中，吸水后先轉(zhuǎn)化為含6個(gè)結(jié)晶水的MgCl2·6H2O，直至吸水率超過一定值后才全部溶解形成溶液，而粉狀固體NaCl 在潮濕空氣中可以直接溶解形成溶液.

圖6 鹽和鹽溶液在潮濕空氣中的吸水率Fig.6 Water absorption ratios of salts and salt solutions in humid air

2.4 飽水度

2.4.1 含鹽干試件的毛細(xì)管吸水飽水度

含鹽干試件的毛細(xì)管吸水飽水度如圖7 所示，其中不含鹽的干試件為參比樣.由圖7 可見：無論試件含何種鹽，其毛細(xì)管吸水速率的增長速度均明顯比不含鹽試件更快，其Se，cp更高；隨著含鹽試件中MgCl2含量的增大，其Se，cp更高，達(dá)到Se，cp所需時(shí)間也更短.這主要是因?yàn)槊?xì)管吸水飽水度試驗(yàn)采用含鹽干試件，試件內(nèi)部毛細(xì)管內(nèi)含有的固體MgCl2的吸水速率和吸水率均明顯大于固體NaCl.

圖7 含鹽干試件的毛細(xì)管吸水飽水度Fig.7 Degrees of saturation of capillary water absorption of dry specimens with salts

2.4.2 濕試件的常溫飽水度和凍融飽水度

浸泡在鹽溶液中濕試件的常溫飽水度和凍融飽水度如圖8 所示，水（H2O）為參比樣.

由圖8（a）可見：在常溫條件下，濕試件飽水度由大到小依次為4.0M＞4.0N5M5＞4.0N；浸入鹽溶液的初始階段，各試件的飽水度均降低，出現(xiàn)失水現(xiàn)象，表明其內(nèi)部水分向鹽溶液遷移，隨著鹽溶液中MgCl2含量的增大，試件失水持續(xù)時(shí)間縮短，飽水度降低程度減小；浸入鹽溶液200～300 h 之后，各試件的飽水度逐漸增大，直至達(dá)到平衡，表明鹽溶液向試件內(nèi)部遷移的質(zhì)量超過試件的失水量.

圖8 浸泡在鹽溶液中濕試件的常溫飽水度和凍融飽水度Fig.8 Saturation degree of wet specimens immersed in salt solutions at normal temperature and during freezing-thawing cycles

由圖8（b）可見：在凍融循環(huán)條件下，浸泡在4.0N鹽溶液中的濕試件，其飽水度從2次凍融循環(huán)后就開始超過凍融循環(huán)前的飽水度和浸泡在水中的飽水度，且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其飽水度增長幅度變大；浸泡在4.0N5M5和4.0M 溶液中的濕試件，在凍融循環(huán)次數(shù)增加到4次前，其飽水度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低，隨后逐漸增加，8次凍融循環(huán)后，其飽水度超過凍融循環(huán)前的值，但直到10次凍融循環(huán)后，其飽水度仍小于浸泡在水中的飽水度；無論浸泡在何種鹽溶液中，試件在凍結(jié)階段的飽水度均明顯高于融化階段的飽水度，表明在凍融循環(huán)條件下，試件飽水度的增加主要?dú)w因于凍結(jié)階段，而非融化階段；在4.0N溶液中凍融循環(huán)5次以后，試件表面出現(xiàn)較明顯的剝蝕破壞，8次凍融循環(huán)時(shí)，其剝蝕破壞程度非常嚴(yán)重，由此造成的質(zhì)量損失基本抵消了其吸入溶液量造成的質(zhì)量增加，若沒有剝蝕發(fā)生，試件的飽水度將會(huì)有更為明顯的增加，而浸泡在其他3 種鹽溶液中的濕試件，直到10 次凍融循環(huán)后才僅有少量的剝蝕破壞.

2.4.3 干試件的常溫飽水度和凍融飽水度

浸泡在鹽溶液中干試件的常溫飽水度和凍融飽水度如圖9 所示.

由圖9（a）可見：在常溫條件下，浸泡在NaCl 溶液中干試件的吸水速率和飽水度遠(yuǎn)高于浸泡在MgCl2溶液中 的干試 件，且達(dá)到Se，cp所需要 時(shí)間更少；NaCl 溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，干試件的吸水速率和Se，cp越 大，浸泡在4.0N、10.0N 和15.0N 中干試件 的Se，cp分別約為87.8%、89.9%和91.9%；MgCl2溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，干試件的吸水速率和Se，cp越小，浸泡在4.0M、10.0M 和15.0M 中試件 的Se，cp分別約 為30.2%、26.2%和24.6%.

由圖9（b）可見：在凍融循環(huán)條件下，浸泡在NaCl 溶液中干試件的吸水速率和飽水度遠(yuǎn)高于浸泡在MgCl2溶液中的干試件；經(jīng)過4 次凍融循環(huán)后，試件開始出現(xiàn)較明顯的剝蝕破壞，之后其飽水度增加不明顯；經(jīng)過7 次凍融循環(huán)后，試件的剝蝕破壞非常大，此時(shí)停止測試；試件的吸水速率和Se，cp隨著NaCl 溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，與浸泡在4.0M中的試件相比，浸泡在10.0M 和15.0M 中的試件的吸水速率和Se，cp均明顯降低.

圖9 浸泡在鹽溶液中干試件的常溫飽水度和凍融飽水度Fig.9 Saturation degree of dry specimens immersed in salt solutions at normal temperature and during freezing-thawing cycles

由圖8 和圖9 還可以得到以下結(jié)論：無論是濕試件還是干試件，在凍融循環(huán)條件下，其浸泡在鹽溶液中的吸水速率和飽水度均明顯大于常溫條件下，表明在凍融循環(huán)條件下，試件周圍的溶液更容易進(jìn)入混凝土中，并更快地達(dá)到和超過臨界飽水度；在NaCl中摻入MgCl2制成復(fù)合除冰鹽，可以有效地改變鹽溶液向混凝土內(nèi)部遷移的特性，顯著延緩復(fù)合除冰鹽溶液進(jìn)入混凝土中的速率，從而顯著降低混凝土內(nèi)部飽水度的增長速率，其原因可能是鹽溶液中的MgCl2與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2反應(yīng)，生成難溶的Mg（OH）2沉淀［19］，該沉淀物將填充混凝土中的孔隙，從而延緩鹽溶液進(jìn)入混凝土內(nèi)部的速率.

2.5 NaCl-MaCl2復(fù)合除冰鹽對(duì)混凝土鹽凍破壞的作用機(jī)理

在常溫條件下，當(dāng)濕試件浸泡入鹽溶液時(shí)，因NaCl 和MgCl2溶液均具有吸濕性，試件內(nèi)部水分將向鹽溶液遷移；同時(shí)由于滲透壓作用，鹽溶液中的Na+、Mg2+和Cl-將持續(xù)向混凝土內(nèi)部遷移，直至混凝土內(nèi)、外的物質(zhì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡.隨著鹽溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，混凝土內(nèi)、外物質(zhì)的遷移將更加明顯，但無論物質(zhì)如何遷移，與鹽溶液接觸的混凝土表層的飽水度始終是最高的.在凍融循環(huán)條件下，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的“泵吸作用”［13，20］遠(yuǎn)大于鹽溶液的吸濕、滲透壓和毛細(xì)管吸水等作用，因而將驅(qū)使試件周圍的鹽溶液加速進(jìn)入其內(nèi)部，導(dǎo)致其飽水度及其隨時(shí)間的增長速率遠(yuǎn)大于常溫下的值.

根據(jù)凍融飽水度-結(jié)冰壓理論［7］，在通常條件下，混凝土試件的凍前飽水度一般均小于其臨界飽水度，因此其鹽凍破壞速率和破壞程度主要取決于其飽水度的提高速率，以及達(dá)到與超過其臨界飽水度的速率.混凝土的飽水度超過臨界飽水度越多，孔溶液的結(jié)冰壓越高，產(chǎn)生的鹽凍破壞也越嚴(yán)重.由圖4和圖5 可知，盡管隨著除冰鹽中MgCl2含量的增加，在100%飽水度下，鹽溶液的平衡結(jié)冰壓變化僅略有降低，但是鹽溶液的臨界飽水度明顯提高，因此可以合理推測出在鹽溶液中進(jìn)行凍融循環(huán)時(shí)，若除冰鹽中MgCl2含量較高，則混凝土試件需要達(dá)到更高的飽水度才能產(chǎn)生結(jié)冰壓，從而更有利于降低混凝土的鹽凍剝蝕破壞程度.

隨著鹽溶液中MgCl2含量的增加，在凍融循環(huán)條件下，混凝土試件浸泡在鹽溶液中的凍融飽水度提高速率顯著降低，因而非常有利于降低混凝土的鹽凍破壞程度（見圖8 和圖9）.

結(jié)合鹽溶液的臨界飽水度和試件的凍融飽水度試驗(yàn)結(jié)果，可以合理推測，隨著鹽溶液中MgCl2含量的增加，在凍融循環(huán)條件下，混凝土試件達(dá)到和超過其臨界飽水度所需要的凍融循環(huán)次數(shù)將顯著增加，因此NaCl中摻入MgCl2將大大延緩混凝土的鹽凍剝蝕破壞.

盡管向NaCl 中摻入MgCl2可明顯提高鹽溶液的臨界飽水度，但是一旦混凝土試件中鹽溶液的飽水度超過臨界飽水度，其產(chǎn)生的結(jié)冰壓將迅速增大，依然會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞力（見圖5）.因此在凍融循環(huán)條件下，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)足夠多或超過混凝土試件的臨界飽水度時(shí)，浸泡在4.0N5M5和4.0M 溶液中的混凝土試件也將出現(xiàn)嚴(yán)重的鹽凍剝蝕破壞（見圖3）.

3 結(jié)論

（1）隨著NaCl-MgCl2復(fù)合除冰鹽中MgCl2含量的增大，其鹽溶液造成的混凝土鹽凍剝蝕破壞顯著減弱；當(dāng)除冰鹽中MgCl2含量達(dá)到40.0%時(shí)，混凝土的抗鹽凍指標(biāo)由嚴(yán)重不合格變?yōu)楹细?；通過在NaCl中摻入一定量的MgCl2，制備鹽凍破壞低且除冰效率高的復(fù)合除冰鹽是可行的.

（2）浸泡在4.0%鹽溶液中的含鹽自然干試件的鹽凍剝蝕破壞速率遠(yuǎn)大于浸泡在水中的試件；混凝土的鹽凍剝落量隨著復(fù)合除冰鹽中MgCl2含量的增大而減??；當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)足夠多時(shí)，即使在純MgCl2鹽溶液中，混凝土仍然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的鹽凍剝蝕破壞.

（3）在100% 飽水度下，復(fù)合除冰鹽中摻入MgCl2對(duì)4.0%鹽溶液的結(jié)冰壓和結(jié)冰過程影響很小，僅使其略有降低，但可以明顯提高鹽溶液的臨界飽水度.

（4）固體粉狀MgCl2的吸濕性遠(yuǎn)高于固體粉狀NaCl，但當(dāng)鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于20.0%時(shí)，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl溶液的吸濕性大于MgCl2溶液.

（5）含鹽干試件的毛細(xì)管吸水速率和平衡飽水度明顯大于不含鹽干試件；在凍融循環(huán)條件下，浸泡在含有MgCl2的4.0%復(fù)合除冰鹽溶液中試件的飽水度及其提高速率明顯小于浸泡在4.0%NaCl溶液中的試件.

（6）在NaCl中摻入MgCl2制備復(fù)合除冰鹽，可明顯降低混凝土鹽凍剝蝕破壞，其作用機(jī)理主要?dú)w因于MgCl2的摻入明顯提高了復(fù)合除冰鹽溶液的臨界飽水度，以及顯著降低了混凝土內(nèi)部的飽水度及其增長速率，這可為防治混凝土鹽凍破壞及制備低危害除冰鹽提供一條新的技術(shù)思路.