鹽漬土地區混凝土結構耐鹽性能研究及提升措施

火勛文

（甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

鹽漬土環境下的混凝土結構因其特殊的化學和物理特性而面臨挑戰。該環境中的高鹽分對混凝土構造物具有顯著的腐蝕性，尤其是硫酸鹽和氯鹽，這些鹽類與混凝土的水化產物發生反應，產生膨脹性物質，如石膏和鈣礬石，可能導致混凝土的破裂和鋼筋的銹蝕。隨著時間的推移，這種腐蝕可嚴重損害混凝土的結構完整性。因此，針對這一問題，本研究對混凝土在鹽漬土環境中的耐鹽性能進行了詳細的探討，并研究了提高其耐鹽性能的方法，特別是在原材料選擇方面。

1 鹽漬土對混凝土的腐蝕機制

1.1 鹽漬土的特性

鹽漬土其內部含有高濃度的可溶性鹽分。特別是在干旱和半干旱地區，由于水分蒸發快速，土壤中的鹽分被連續積累，形成高濃度的鹽漬土。這類土壤的主要特點是含有石膏、芒硝、巖鹽等易溶鹽，其含量大于0.5%。這些鹽分的存在使得鹽漬土對許多工程材料，特別是混凝土，具有很強的腐蝕性。

1.2 鹽漬土中的主要腐蝕性物質

鹽漬土中的主要腐蝕性物質為氯鹽和硫酸鹽。氯鹽，尤其是氯離子，對鋼筋有明顯的腐蝕作用。它能夠破壞鋼筋的被動膜，使其更易受到腐蝕。此外，氯離子還可以加速鋼筋的腐蝕過程，導致鋼筋斷裂和混凝土剝離。而硫酸鹽腐蝕，尤其是由SO42-引起的，是造成混凝土耐久性問題的關鍵因素之一。SO42-入侵混凝土后，會與其中的水化產物反應，生成石膏、鈣礬石等膨脹性物質[1]。這些膨脹性物質在形成過程中會產生膨脹壓力，這種壓力一旦超過混凝土的抗拉強度，就會導致混凝土開裂。

1.3 腐蝕引發的混凝土結構問題

腐蝕作為一種微觀的化學過程，其后果在宏觀上可能導致結構性的損害。首先，如前所述，硫酸鹽的入侵和反應導致混凝土產生開裂。隨著時間的推移，這些裂紋逐漸擴大，最終可能導致結構的完全破裂。開裂不僅影響混凝土本身的性能，還影響其內部的鋼筋。一旦混凝土開裂，就為外部環境中的有害物質提供了一個進入的通道，使其更容易與內部的鋼筋接觸。特別是當氯鹽滲透到鋼筋表面時，會加速其銹蝕過程。這種銹蝕會導致鋼筋斷裂，進一步降低混凝土結構的負荷能力。此外，腐蝕還會導致混凝土本體的疏松和潰散，使其失去原有的結構完整性和穩定性。隨著時間的推移，這些問題會越來越嚴重，導致結構的早期失效。

2 混凝土耐鹽性能的評估

2.1 實驗室模擬實驗

混凝土的耐鹽性能是鹽漬土地區工程結構安全的關鍵因素。而實驗室模擬實驗提供了一種在受控條件下準確評估混凝土在鹽漬土環境下性能的方法。這種方法的主要優點是可以在短時間內獲得可靠的數據，為工程實踐提供理論依據。實驗的主要流程是將特定配方的混凝土樣品浸泡在不同濃度的氯鹽和硫酸鹽溶液中，以模擬鹽漬土中存在的真實條件。這些溶液與混凝土中的成分反應，可能會導致混凝土的破壞，如硫酸鹽與混凝土中的鈣形成硫酸鈣，這是一種可以導致混凝土體積膨脹和破裂的物質[2]。如將混凝土樣品浸入不同濃度的氯鹽和硫酸鹽溶液中，模擬鹽漬土環境，經過一段時間后，對樣品進行物理和化學性能的評估（詳見表1）。

表1 實驗室模擬實驗樣品性能評估

如表1所示，當混凝土樣品浸泡在不同濃度的溶液中時，其物理和化學性能都發生了變化。例如，浸泡在5% NaCl溶液中30天的樣品，其抗壓強度下降了15%，腐蝕深度達到2mm。這些數據表明，氯鹽對混凝土的破壞作用不容忽視。相比之下，硫酸鹽對混凝土的腐蝕作用更為嚴重，尤其是在高濃度條件下。

2.2 現場取樣與評估

實驗室模擬實驗雖然能夠在受控的環境中提供有關混凝土耐鹽性能的寶貴數據，但真實的工程結構受到更多復雜因素的影響，如環境溫度、濕度變化、土壤特性差異及其他可能存在的腐蝕源。因此，現場取樣和評估成為混凝土耐鹽性能研究中不可或缺的環節。

現場取樣首先需要選擇具有代表性的混凝土結構部位，如基礎、柱子和梁等，然后按照標準化流程獲取混凝土樣品。這些樣品被送往實驗室，進行物理和化學性能測試，如抗壓強度、密度、孔隙度等[3]。通過對比新鮮混凝土與現場取樣的差異，能夠評估結構的健康狀況和可能的腐蝕風險。此外，現場評估還包括對混凝土結構的直接觀察，如裂縫的寬度、深度和分布，以及可能的鋼筋銹蝕情況。這些直觀的觀察為結構健康評估提供了第一手的證據，為后續的修復和保養工作提供了指導。總之，現場取樣與評估是混凝土耐鹽性能研究的關鍵步驟，確保了研究成果與實際工程應用的緊密結合。

2.3 非破壞性檢測技術

隨著現代工程技術的進步，非破壞性檢測技術（常用的非破壞性檢測技術及其應用如表2所示）逐漸成為混凝土結構耐鹽性能評估的重要工具。與傳統的破壞性檢測不同，NDT能夠在不影響結構完整性的情況下評估其健康狀況，為工程師提供及時的、準確的反饋。

這些技術，尤其是超聲波檢測和紅外熱成像，已經被廣泛應用于工程現場，提供了對混凝土結構健康狀況的深入洞察。更為重要的是，NDT允許工程師在問題進一步惡化之前采取修復或加固措施，從而確保結構的安全和持久性。

3 提升混凝土耐鹽性能的原材料選擇

3.1 選擇耐鹽性能的水泥

混凝土的耐鹽性能在很大程度上是由其主要成分—水泥所決定的。在鹽漬土地區，對混凝土結構的腐蝕性更為嚴重，因此選擇合適的水泥類型變得至關重要。研究已經證明，低堿水泥在抵抗鹽蝕方面具有顯著優勢。其低的堿含量有助于減少氧化鈣與混凝土中的硅酸鹽發生的堿-硅酸反應，從而降低由此產生的膨脹，進而減少裂紋的生成。裂紋是鹽分進入混凝土，進一步加速其腐蝕的主要途徑[4]。此外，選用低堿水泥可以有效降低由于堿-骨料反應造成的開裂，這種開裂在含鹽環境中尤為危險，因為它為鹽提供了進入混凝土的通道，從而引發或加速腐蝕。因此，對于鹽漬土地區的工程項目，選擇低堿水泥是為混凝土結構提供額外保護的關鍵措施之一。透過這一選擇，不僅提高了結構的耐久性，還確保了更長的使用壽命和降低了維護成本。

3.2 對比A廠與B廠水泥性能

水泥作為混凝土的主要原材料，在鹽漬土環境中的表現對混凝土結構的長期性能至關重要。不同品種的水泥在鹽漬土環境中的反應和表現可能會有所不同，因此選擇恰當的水泥品種成了一個關鍵環節。鑒于A廠與B廠在地區內均為知名的水泥供應商，本研究選擇了兩家廠的代表性產品進行了詳細的性能對比（如表3所示）。

表3 水泥物理力學性能對比

從表3的數據中，我們可以明確地看到，A廠所生產的低堿水泥相比于B廠的水泥具有更長的凝結時間，這種特性對于施工環境特別是大型施工工程來說是十分有利的，因為它為混凝土澆筑提供了更長的時間窗口。另外，A廠的水泥在3天時的抗折強度略高于B廠的，這說明在短期內，A廠的水泥具有更好的力學性能。

進一步從化學角度對兩種水泥進行評估，表4展示了兩家廠商水泥的主要化學成分。可以清晰地看出，A廠的低堿水泥在堿含量上明顯低于B廠的，這意味著A廠水泥在鹽漬土環境中堿-骨料反應的風險大大降低。此外，A廠水泥中的其他有害成分如MgO, Cl-和SO3的含量也相對較低，進一步降低了在鹽漬土環境中的腐蝕風險。

表4 水泥化學成分對比

3.3 水泥原材料的決策選擇

在鹽漬土環境中，混凝土結構的耐久性與其所采用的水泥原材料密切相關。選擇合適的水泥原材料是確保其耐蝕性和長期穩定性的關鍵。學術研究表明，水泥中某些化學成分，如堿含量、C3A和MgO，直接影響其在鹽漬土中的表現[5]。因此，在決策時，應深入研究各原材料的化學和物理性質，并根據實際應用環境和工程需求進行綜合權衡。此外，與供應商的緊密合作和對最新研究成果的持續關注也是決策過程中不可或缺的部分。

4 結語

鹽漬土對混凝土結構造成的腐蝕問題已逐漸受到工程和科研領域的重視。本研究深入探討了鹽漬土對混凝土的腐蝕機制，強調了鹽漬土中的腐蝕性物質對混凝土性能的影響。經過實驗室模擬和現場取樣評估，得出了混凝土在鹽漬土環境下的具體表現。非破壞性檢測技術的應用為此提供了高效、準確的評估手段。在原材料選擇上，對比了不同生產廠家的水泥性能，強調了在鹽漬土環境下選擇低堿水泥的重要性。最終，決策過程應結合化學、物理性質和工程需求，確保混凝土結構的長期穩定和耐久性。為未來在類似環境下的建設提供了有力的理論支撐和實踐指導。