盐渍土地区混凝土结构耐盐性能研究及提升措施

火勋文

（甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

盐渍土环境下的混凝土结构因其特殊的化学和物理特性而面临挑战。该环境中的高盐分对混凝土构造物具有显著的腐蚀性，尤其是硫酸盐和氯盐，这些盐类与混凝土的水化产物发生反应，产生膨胀性物质，如石膏和钙矾石，可能导致混凝土的破裂和钢筋的锈蚀。随着时间的推移，这种腐蚀可严重损害混凝土的结构完整性。因此，针对这一问题，本研究对混凝土在盐渍土环境中的耐盐性能进行了详细的探讨，并研究了提高其耐盐性能的方法，特别是在原材料选择方面。

1 盐渍土对混凝土的腐蚀机制

1.1 盐渍土的特性

盐渍土其内部含有高浓度的可溶性盐分。特别是在干旱和半干旱地区，由于水分蒸发快速，土壤中的盐分被连续积累，形成高浓度的盐渍土。这类土壤的主要特点是含有石膏、芒硝、岩盐等易溶盐，其含量大于0.5%。这些盐分的存在使得盐渍土对许多工程材料，特别是混凝土，具有很强的腐蚀性。

1.2 盐渍土中的主要腐蚀性物质

盐渍土中的主要腐蚀性物质为氯盐和硫酸盐。氯盐，尤其是氯离子，对钢筋有明显的腐蚀作用。它能够破坏钢筋的被动膜，使其更易受到腐蚀。此外，氯离子还可以加速钢筋的腐蚀过程，导致钢筋断裂和混凝土剥离。而硫酸盐腐蚀，尤其是由SO42-引起的，是造成混凝土耐久性问题的关键因素之一。SO42-入侵混凝土后，会与其中的水化产物反应，生成石膏、钙矾石等膨胀性物质[1]。这些膨胀性物质在形成过程中会产生膨胀压力，这种压力一旦超过混凝土的抗拉强度，就会导致混凝土开裂。

1.3 腐蚀引发的混凝土结构问题

腐蚀作为一种微观的化学过程，其后果在宏观上可能导致结构性的损害。首先，如前所述，硫酸盐的入侵和反应导致混凝土产生开裂。随着时间的推移，这些裂纹逐渐扩大，最终可能导致结构的完全破裂。开裂不仅影响混凝土本身的性能，还影响其内部的钢筋。一旦混凝土开裂，就为外部环境中的有害物质提供了一个进入的通道，使其更容易与内部的钢筋接触。特别是当氯盐渗透到钢筋表面时，会加速其锈蚀过程。这种锈蚀会导致钢筋断裂，进一步降低混凝土结构的负荷能力。此外，腐蚀还会导致混凝土本体的疏松和溃散，使其失去原有的结构完整性和稳定性。随着时间的推移，这些问题会越来越严重，导致结构的早期失效。

2 混凝土耐盐性能的评估

2.1 实验室模拟实验

混凝土的耐盐性能是盐渍土地区工程结构安全的关键因素。而实验室模拟实验提供了一种在受控条件下准确评估混凝土在盐渍土环境下性能的方法。这种方法的主要优点是可以在短时间内获得可靠的数据，为工程实践提供理论依据。实验的主要流程是将特定配方的混凝土样品浸泡在不同浓度的氯盐和硫酸盐溶液中，以模拟盐渍土中存在的真实条件。这些溶液与混凝土中的成分反应，可能会导致混凝土的破坏，如硫酸盐与混凝土中的钙形成硫酸钙，这是一种可以导致混凝土体积膨胀和破裂的物质[2]。如将混凝土样品浸入不同浓度的氯盐和硫酸盐溶液中，模拟盐渍土环境，经过一段时间后，对样品进行物理和化学性能的评估（详见表1）。

表1 实验室模拟实验样品性能评估

如表1所示，当混凝土样品浸泡在不同浓度的溶液中时，其物理和化学性能都发生了变化。例如，浸泡在5% NaCl溶液中30天的样品，其抗压强度下降了15%，腐蚀深度达到2mm。这些数据表明，氯盐对混凝土的破坏作用不容忽视。相比之下，硫酸盐对混凝土的腐蚀作用更为严重，尤其是在高浓度条件下。

2.2 现场取样与评估

实验室模拟实验虽然能够在受控的环境中提供有关混凝土耐盐性能的宝贵数据，但真实的工程结构受到更多复杂因素的影响，如环境温度、湿度变化、土壤特性差异及其他可能存在的腐蚀源。因此，现场取样和评估成为混凝土耐盐性能研究中不可或缺的环节。

现场取样首先需要选择具有代表性的混凝土结构部位，如基础、柱子和梁等，然后按照标准化流程获取混凝土样品。这些样品被送往实验室，进行物理和化学性能测试，如抗压强度、密度、孔隙度等[3]。通过对比新鲜混凝土与现场取样的差异，能够评估结构的健康状况和可能的腐蚀风险。此外，现场评估还包括对混凝土结构的直接观察，如裂缝的宽度、深度和分布，以及可能的钢筋锈蚀情况。这些直观的观察为结构健康评估提供了第一手的证据，为后续的修复和保养工作提供了指导。总之，现场取样与评估是混凝土耐盐性能研究的关键步骤，确保了研究成果与实际工程应用的紧密结合。

2.3 非破坏性检测技术

随着现代工程技术的进步，非破坏性检测技术（常用的非破坏性检测技术及其应用如表2所示）逐渐成为混凝土结构耐盐性能评估的重要工具。与传统的破坏性检测不同，NDT能够在不影响结构完整性的情况下评估其健康状况，为工程师提供及时的、准确的反馈。

这些技术，尤其是超声波检测和红外热成像，已经被广泛应用于工程现场，提供了对混凝土结构健康状况的深入洞察。更为重要的是，NDT允许工程师在问题进一步恶化之前采取修复或加固措施，从而确保结构的安全和持久性。

3 提升混凝土耐盐性能的原材料选择

3.1 选择耐盐性能的水泥

混凝土的耐盐性能在很大程度上是由其主要成分—水泥所决定的。在盐渍土地区，对混凝土结构的腐蚀性更为严重，因此选择合适的水泥类型变得至关重要。研究已经证明，低碱水泥在抵抗盐蚀方面具有显著优势。其低的碱含量有助于减少氧化钙与混凝土中的硅酸盐发生的碱-硅酸反应，从而降低由此产生的膨胀，进而减少裂纹的生成。裂纹是盐分进入混凝土，进一步加速其腐蚀的主要途径[4]。此外，选用低碱水泥可以有效降低由于碱-骨料反应造成的开裂，这种开裂在含盐环境中尤为危险，因为它为盐提供了进入混凝土的通道，从而引发或加速腐蚀。因此，对于盐渍土地区的工程项目，选择低碱水泥是为混凝土结构提供额外保护的关键措施之一。透过这一选择，不仅提高了结构的耐久性，还确保了更长的使用寿命和降低了维护成本。

3.2 对比A厂与B厂水泥性能

水泥作为混凝土的主要原材料，在盐渍土环境中的表现对混凝土结构的长期性能至关重要。不同品种的水泥在盐渍土环境中的反应和表现可能会有所不同，因此选择恰当的水泥品种成了一个关键环节。鉴于A厂与B厂在地区内均为知名的水泥供应商，本研究选择了两家厂的代表性产品进行了详细的性能对比（如表3所示）。

表3 水泥物理力学性能对比

从表3的数据中，我们可以明确地看到，A厂所生产的低碱水泥相比于B厂的水泥具有更长的凝结时间，这种特性对于施工环境特别是大型施工工程来说是十分有利的，因为它为混凝土浇筑提供了更长的时间窗口。另外，A厂的水泥在3天时的抗折强度略高于B厂的，这说明在短期内，A厂的水泥具有更好的力学性能。

进一步从化学角度对两种水泥进行评估，表4展示了两家厂商水泥的主要化学成分。可以清晰地看出，A厂的低碱水泥在碱含量上明显低于B厂的，这意味着A厂水泥在盐渍土环境中碱-骨料反应的风险大大降低。此外，A厂水泥中的其他有害成分如MgO, Cl-和SO3的含量也相对较低，进一步降低了在盐渍土环境中的腐蚀风险。

表4 水泥化学成分对比

3.3 水泥原材料的决策选择

在盐渍土环境中，混凝土结构的耐久性与其所采用的水泥原材料密切相关。选择合适的水泥原材料是确保其耐蚀性和长期稳定性的关键。学术研究表明，水泥中某些化学成分，如碱含量、C3A和MgO，直接影响其在盐渍土中的表现[5]。因此，在决策时，应深入研究各原材料的化学和物理性质，并根据实际应用环境和工程需求进行综合权衡。此外，与供应商的紧密合作和对最新研究成果的持续关注也是决策过程中不可或缺的部分。

4 结语

盐渍土对混凝土结构造成的腐蚀问题已逐渐受到工程和科研领域的重视。本研究深入探讨了盐渍土对混凝土的腐蚀机制，强调了盐渍土中的腐蚀性物质对混凝土性能的影响。经过实验室模拟和现场取样评估，得出了混凝土在盐渍土环境下的具体表现。非破坏性检测技术的应用为此提供了高效、准确的评估手段。在原材料选择上，对比了不同生产厂家的水泥性能，强调了在盐渍土环境下选择低碱水泥的重要性。最终，决策过程应结合化学、物理性质和工程需求，确保混凝土结构的长期稳定和耐久性。为未来在类似环境下的建设提供了有力的理论支撑和实践指导。