宋蘇姝

江蘇省地質(zhì)工程有限公司 江蘇 南京 211100

引言

混凝土作為人類生活中離不開的重要建筑材料，無論是房屋的建設(shè)還是道路橋梁的建設(shè)都需要混凝土來實施?；炷劣兄陨淼奶攸c和壽命，如果使用不當(dāng)就會導(dǎo)致其使用壽命縮短，影響房屋、道路和橋梁的建筑質(zhì)量，進而危害到國家、集體以及個人的利益。使用混凝土的過程中因其內(nèi)外環(huán)境存在著許多化學(xué)腐蝕物質(zhì)，這些物質(zhì)會滲透到混凝土孔隙當(dāng)中在混凝土的內(nèi)部進行化學(xué)作用導(dǎo)致混凝土的成分出現(xiàn)變化，對鋼筋和混凝土都可能起到腐蝕的作用?；炷恋幕瘜W(xué)腐蝕性作用主要包括堿骨料腐蝕、硫酸鹽腐蝕、碳化腐蝕、氯鹽腐蝕，鎂鹽酸雨微生物腐蝕等。我國地域遼闊，地質(zhì)、水文、氣候等條件都各不相同，因此分析水土對混凝土硫酸鹽腐蝕評價方法的改進有著重要的意義。

1 混凝土化學(xué)腐蝕的類型

1.1 堿骨料反應(yīng)對混凝土的腐蝕

混凝土中包含具有活性的二氧化硅骨料能夠與水泥中的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成堿硅酸凝膠。這種凝膠能夠吸收水分進而膨脹，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂的情況，這種化學(xué)反應(yīng)就是堿骨料反應(yīng)。出現(xiàn)這種情況主要有3個原因：①混凝土中的水泥含堿量較高，通常水泥中的總堿量R2O含量超過0.6%時就會與活性的骨料出現(xiàn)堿骨料反應(yīng)；②骨料中的活性SiO2含量過高，含有活性SiO2的骨料主要包括玉髓、方石英、鱗石英、蛋白石以及酸性或者中性的玻璃體（安山巖、流紋巖、凝灰?guī)r）；③環(huán)境過分潮濕，混凝土中如果有充足的堿以及能夠進行反應(yīng)的活性骨料，在混凝土應(yīng)用的過程中必然會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，達到或超過一定數(shù)量的反應(yīng)物通過吸水產(chǎn)生膨脹壓力和內(nèi)應(yīng)力，就會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂的情況。這種裂縫會對工程的整體質(zhì)量造成嚴重的負面影響，甚至還會導(dǎo)致構(gòu)筑物出現(xiàn)崩塌的情況。堿骨料反應(yīng)的周期較長，通常為幾年，甚至是幾十年才能夠顯現(xiàn)出來，但一旦出現(xiàn)就無法挽回或者彌補，因此堿骨料反應(yīng)也被稱為混凝土的不治之癥[1]。

1.2 硫酸鹽對混凝土的腐蝕

硫酸鹽對混凝土能夠起到一定的腐蝕作用，這些硫酸鹽主要來源于工程區(qū)域內(nèi)的水和土，也有可能來自于原本受到硫酸鹽腐蝕的骨料或者外加劑，如噴射混凝土中就會采用大量的鈉鹽速凝劑，這些速凝劑當(dāng)中就存在著較多的硫酸鹽。對混凝土能夠產(chǎn)生腐蝕的硫酸鹽主要包括硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸銨、硫酸鈉等。但硫酸鈉在自然界中并不常見，通常會出現(xiàn)在化肥當(dāng)中。硫酸鹽主要與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生置換反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣又會與水化鋁酸鈣生成高硫型水化硫酸鈣，化學(xué)反應(yīng)式為：

這一反應(yīng)中生成的鈣釩石中具有大量的結(jié)晶水，極容易產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力，讓混凝土能夠從內(nèi)部脹開，對混凝土的結(jié)構(gòu)造成嚴重的損壞。水中的硫酸鹽濃度過高時還會在水泥的孔隙中生成二水石膏，也會讓混凝土出現(xiàn)開裂的情況。

1.3 碳化對混凝土的腐蝕

空氣中的CO2與混凝土中的Ca(OH)2產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)會生成水和碳酸鹽，導(dǎo)致混凝土的堿度降低，化學(xué)反應(yīng)式為：

水泥在這個過程中生成了較多的碳酸鈣，導(dǎo)致混凝土中充滿了飽和溶液，對鋼筋能夠起到一定的保護作用，能夠在鋼筋的表面生成難容的純化膜?；炷猎谔蓟髸霈F(xiàn)堿度降低的情況，一旦碳化的程度超過了混凝土的保護層，水和空氣就會造成鋼筋生銹的情況，最終體積膨脹造成混凝土出現(xiàn)開裂的情況。水泥的品種至關(guān)重要，不同類型的水泥中硅酸鈣及鋁酸鈣鹽的含量各不相同，周圍環(huán)境中的CO2濃度也會對混凝土的碳化程度造成一定的影響?？諝飧稍锖退诛柡偷那闆r下，碳化反應(yīng)并不會發(fā)生。滲透水深入到混凝土中時，水中是否存在Ca(OH)2及其含量會對石灰的溶出速度造成一定的影響?；炷恋倪^度振搗、滲透系數(shù)、周邊水的更新速度、水體結(jié)構(gòu)、水流速度、水壓力、混凝土的養(yǎng)護方法等因素都會對混凝土的碳化造成直接影響[2]。

1.4 氯離子對混凝土的腐蝕

氯離子會直接導(dǎo)致混凝土中的鋼筋出現(xiàn)銹蝕和腐蝕的情況。尤其是鹽堿地條件的內(nèi)陸、沿海以及鹽堿工業(yè)區(qū)的工程中，混凝土中的骨料與水中的氯鹽會產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致氯離子對混凝土以及鋼筋產(chǎn)生腐蝕的作用。氯離子的離子半徑較小，屬于強酸根離子，極容易滲透到混凝土當(dāng)中，降低鋼筋表面的pH值，對鋼筋造成腐蝕的影響。氯離子的濃度一旦超過了鋼筋腐蝕的臨界點就會導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)腐蝕的情況，化學(xué)反應(yīng)式為：

通過研究可以證明，氯離子的臨界濃度與pH值存在直接的關(guān)系。氯離子也會與鐵出現(xiàn)反應(yīng)形成腐蝕電池，在鋼筋表面腐蝕出特有的坑洞，氯離子和鐵離子的產(chǎn)物能夠溶于水，與氧氣發(fā)生反應(yīng)釋放出氯離子，對鋼筋進行反復(fù)的腐蝕。鋼筋腐蝕生銹之后就會出現(xiàn)膨脹的情況，對混凝土的開裂造成直接的影響。氯離子和混凝土中的鈣離子也會發(fā)生反應(yīng)且溶于水，對混凝土產(chǎn)生多孔腐蝕，降低混凝土的整體強度，由此可見氯離子對混凝土和鋼筋具有較大的腐蝕性危害。

1.5 混凝土的其他化學(xué)腐蝕

1.5.1 鎂鹽腐蝕。鎂離子能夠與混凝土中的氫氧化鈣產(chǎn)生反應(yīng)，具有較大的溶解性，能夠讓混凝土產(chǎn)生較大孔隙，降低混凝土的結(jié)構(gòu)密實程度，一旦有水流穿過時就會對混凝土造成較大的腐蝕影響。介質(zhì)溶液中如果含有氯化鈉則會增加氫氧化鎂的溶解，進而加快了對混凝土的腐蝕程度。

1.5.2 微生物腐蝕。硫桿菌能夠?qū)⒆匀唤绲牧蛳嚓P(guān)產(chǎn)物氧化，形成硫酸鹽轉(zhuǎn)化成硫酸，對混凝土和鋼筋能夠產(chǎn)生強腐蝕的效果。硫酸鹽還原菌和能夠?qū)⒘蛩猁}轉(zhuǎn)化為腐蝕性較強的硫酸，但對高密實度和高pH值的混凝土沒有腐蝕的作用[3]。

1.5.3 酸及酸雨腐蝕。工業(yè)產(chǎn)出的酸性氣體和廢水所形成的酸雨能夠?qū)炷猎斐沙掷m(xù)性的腐蝕。這些酸會滲透到混凝土中與混凝土內(nèi)的一些成分發(fā)生反應(yīng)，形成能夠溶于水的物質(zhì)和非凝膠物質(zhì)。這種化學(xué)反應(yīng)是存在于混凝土內(nèi)部的，對混凝土有徹底性的腐蝕作用，也會導(dǎo)致混凝土中的水化氯酸鈣和水化硅酸鈣出現(xiàn)分解的情況，從內(nèi)部破壞混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混凝土的力學(xué)性能出現(xiàn)變化。酸性液體也會對混凝土中的鋼筋產(chǎn)生腐蝕的效果。

2 各行業(yè)規(guī)范的規(guī)定

2.1 巖土工程勘察規(guī)范

我國在工業(yè)建筑、民用建筑、市政勘察的地下水土腐蝕性評價方面采用《巖土工程勘察規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)?！稁r土工程勘察規(guī)范》同樣也適用于工業(yè)建筑、民用建筑、市政勘察的地下水土腐蝕性評價方面，根據(jù)三種類型的不同環(huán)境將腐蝕程度分為4個等級[4]。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范

我國在工業(yè)建筑、民用建筑、市政勘察的地下水土腐蝕性評價方面采用《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》將腐蝕程度等級分為3個等級，水土中硫酸根離子則分為一般地區(qū)、干旱地區(qū)、高寒地區(qū)。各個等級中的離子深度并不一致，這樣會造成判斷結(jié)果無法直接應(yīng)用在設(shè)計當(dāng)中，因此需要結(jié)合實際情況進行判斷。

2.3 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范

現(xiàn)行《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》將化學(xué)腐蝕環(huán)境作用等級分為4個等級，與《巖土工程勘察規(guī)范》基本一致，但各個級別的離子等介質(zhì)的濃度評價標(biāo)準(zhǔn)各不相同。

2.4 水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范

現(xiàn)行《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》化學(xué)腐蝕環(huán)境作用等級分為4個等級，與《巖土工程勘察規(guī)范》基本一致，但各個級別的離子等介質(zhì)的濃度評價標(biāo)準(zhǔn)各不相同[5]。

2.5 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

現(xiàn)行《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》在環(huán)境水作用方面的評價與《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》基本一致。

表1 按環(huán)境類型水和土對混凝土構(gòu)件的腐蝕性評定和評價

表2 水、土中硫酸鹽和酸類物質(zhì)環(huán)境作用等級

3 結(jié)束語

綜上所述，各個行業(yè)的研究水平和認知導(dǎo)致水土對混凝土硫酸鹽的腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)各不相同，一些工程甚至直接照搬照抄國外的規(guī)范。為了避免這樣的情況，建議由國家的建設(shè)主管部門組織帶頭由國內(nèi)的權(quán)威高?；蛘邫?quán)威科研所對多年采用的水土化學(xué)腐蝕性經(jīng)驗進行針對性的研究總結(jié)，對水土中含有的常規(guī)項目SO42-、Mg2+、侵蝕性CO2、HCO3-、pH值等對混凝土的腐蝕情況進行統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)的制定，各個行業(yè)可以結(jié)合工程實際特點來對混凝土硫酸鹽腐蝕的評價標(biāo)準(zhǔn)進行制定，這樣有助于我國建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。