东西部氯盐环境中混凝土耐久性分析

摘要：混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下对抗各种破坏因素的作用以及长期保持强度和外观完整性的能力。影响混凝土耐久性的因素有很多，由于东西部氯盐浓度和气候环境的不同，混凝土的破坏程度也不尽相同。本文旨在通过比较东部海洋环境和西部盐湖环境的不同，分析混凝土在各自环境中的耐久性。
关键词：混凝土；耐久性分析；东部海洋；西部盐湖
随着我国工程建设规模的不断扩大，混凝土自问世以来，已逐渐成为在土木工程中用途最广的一种建筑材料。与其他建筑材料相比，混凝土最突出的特点就是经久耐用。然而在我国东西部不同的氯盐环境下，混凝土的耐久性又呈现出了不同的特点。

1 混凝土的耐久性

(一)耐久性的概念

混凝土的耐久性主要包括二个方面，一是抵抗外部环境作用以保证正常使用的能力；二是如何长期保持良好的使用性能和外观稳定性以维持其结构的安全。
根据相关试验的研究与分析和对一些工程事故的调查研究表明，影响混凝土耐久性失效的原因大致可以分为以下几类：渗透，冻融，碱—集料反应，钢筋的腐蚀，混凝土的碳化以及化学侵蚀等。

(二)破坏耐久性的机理分析

1.渗透
混凝土渗透性能的好坏主要是看液体通过混凝土时的流畅性。液体进入混凝土内部后，混凝土会对液体的渗透产生抵抗，也就是混凝土的抗渗性。由于水和有害液体的渗入会对混凝土的耐久性造成破坏，因此混凝土阻碍液体流入的能力越好，其耐久性就越强，使用寿命也就越长。
为了提高混凝土的抗渗性，我们可以采用高性能的混凝土。通过掺合料和掺加外加剂，提高混凝土的稳定性和适用性。这种拌合料不仅便于浇筑密实，而且在凝结过程中体积变得稳定，不易形成微细裂缝，抗渗性也有显著的提高。
2.冻融
针对混凝土的冻融破坏，国内外已经展开了大量的调查研究。在我国北方地区，混凝土冻融破坏的现象很是普遍。
混凝土凝固之后，内部的孔隙中遗留了一些通过孔隙进入的水和硬化后残存的游离水。当气温下降时，孔隙中遗留的水分就会结冰，体积随之膨胀，从而破坏了混凝土的内部结构。如果毛细孔所承受的膨胀压力和渗透压力超过了混凝土的强度后，混凝土的孔壁结构就遭到了破坏，混凝土就会开裂。经过反复的冻融循环后，每一次冻融造成的破坏不断积累，断开的裂缝就会不断延伸以至相互贯通，最终造成混凝土的强度下降。
如此说来，在冻融破坏的过程中，混凝土内部的孔隙起着重要的作用。因此，我们应该选择质地坚硬致密且含泥量达标的砂、石骨料，改善骨料的粒径级配，尽量选择粒径较大的粗骨料，以减小孔隙率，提高混凝土的耐久性。此外，我们还可以通过添加减水剂或引气剂来减小空隙率，缓冲孔隙中的水分冻融时产生的破坏，提高混凝土的密实度。

3.碱—集料反应

碱—集料反应可以分为两种反应：一种是碱—硅反应，一种是碱—碳酸盐反应。前者是非石英质系结构不稳定的硅矿物中的活性硅和水泥中的碱在高碱性的环境下发生的反应。后者是孔隙溶液中的碱离子与集料中的白云石发生的反应。一般情况下，混凝土在浇注成型后的两、三年或更长的时间里，其中的碱和集料中的活性成分会发生膨胀反应，该反应会引起混凝土的开裂和微结构变化，导致混凝土失去强度、弹性和耐久性，从而严重影响建筑的安全性。值得注意的是，到目前为止，在实际的工程操作中还没有一种切实可行的措施可以抑制碱—碳酸盐反应，因此这种反应又被称为混凝土的“癌症”。

4.钢筋的腐蚀

早在2001年，梅塔教授就发表了“钢筋腐蚀是破坏钢筋混凝土结构的主要原因”的重要观点，国内外的大量实践也证明了这一观点，百分之八十出现耐久性问题的工程都是由钢筋腐蚀引起的。从环境的角度而言，腐蚀确实是影响影响钢筋混凝土耐久性的主要因素之一，对于海洋工程来说甚至可以说是关键因素。在钢筋混凝土结构中，钢筋腐蚀主要表现为电化学腐蚀。氢氧化铁的体积在电化学腐蚀反应中会膨胀，当这种膨胀超过了混凝土的极限时，混凝土就会被胀裂。裸露在外的钢筋在与空气的接触中加速腐蚀，最终加快对混凝土的破坏。
要解决这个问题，我们除了在施工阶段选择优良的材料外，还要注意对混凝土构件进行适时的养护。防止过早的拆模，保持混凝土构件所处环境的干燥。对于在特殊条件和特殊季节下的施工，有关人员也应该因地制宜，针对具体环境采取相应措施。

5.混凝土的碳化

混凝土的碳化主要是指混凝土中的氢氧化钙与进入混凝土中的二氧化碳和二氧化硫、硫化氢等酸性气体发生化学反应的过程。简言之，碳化就是混凝土的中性化过程。虽然碳化过程可以使混凝土的体积缩小，结构变得更加密实，但是随着碳化的加深，混凝土的酸碱值不断降低至八到九之间，当碳化层的厚度深及钢筋表面时，钢筋由于失去碱性环境的保护而开始生锈，从而引发混凝土出现裂缝，粘结力也会随之下降，严重的还会导致钢筋保护层的脱落。

6.化学侵蚀

当混凝土处在有侵蚀介质作用的环境中时，发生的一系列物理和化学反应会对混凝土的结构造成侵蚀，其中最普遍的一种形式就是硫酸盐侵蚀。硫酸盐侵蚀系属膨胀性侵蚀，在侵蚀初期，新生成的盐结晶体不断增长，使混凝土中的缝隙缩小，强度提高。但是到了后期，大量膨胀物在孔结构中的不断增长使孔结构被破坏，混凝土也就遭到了破坏。

2 东西氯盐环境中的混凝土差异

由于东西部氯盐浓度的不同，混凝土的耐久性在这两种不同的环境中所受的破坏程度也不尽相同。北方沿海地区的混凝土破坏主要是冻融破坏和钢筋锈蚀，在东南沿海地区则以钢筋锈蚀为主。而在西部盐湖地区就不存在冻融破坏的问题，混凝土的耐久性需要面对的是盐湖卤水的化学侵蚀和钢筋腐蚀。

(一)东部沿海地区

据陈蔚凡报道，在天津滨海地区的盐渍土环境中，混凝土结构的腐蚀很严重，一般在使用七、八年后就需要大面积的整修。例如在1978年投入使用的天津大港发电厂，它的箱型就是钢筋混凝土结构，在使用八年后就发现被严重腐蚀，不得不重新选择厂址。
在东部沿海地区，耐久性出现问题的码头等海洋工程主要都是由钢筋腐蚀引起的。早在1976年建成的连云港杂货码头在使用四年后就出现钢筋腐蚀，1979年建成的天津港客运码头在使用不到十年的时间里，前承台面板就有出现了一半左右的钢筋腐蚀现象。

(二)西部盐湖地区

在西部盐湖卤水干湿交替环境的影响下，普通混凝土在使用两、三年后就会被严重侵蚀，一般的钢筋混凝土结构在使用了三到五年后也会出现开裂现象。以青海省格尔木钾镁厂为例，该厂以察尔汗盐湖卤水为原料，生产硫酸镁和硫酸钾，厂房内的钢筋混凝土大梁就因钢筋锈蚀而冒出锈水。而在青海盐湖钾肥的一个厂区里，由于对被腐蚀的钢筋混凝土结构进行了不恰当的粘钢加固，导致钢板和混凝土梁被腐蚀的更加严重，钢筋截面甚至出现锈断。
调查表明，在西部盐湖地区，被钢筋锈蚀而破坏的混凝土结构主要是在地上三十厘米高度的范围内。在以盐湖卤水为原料进行生产的化工企业中，为了防止办公楼和车间的混凝土结构被腐蚀，施工方会就对其采用环氧玻璃钢或是环氧漆涂层的防护措施。但是由于西部阳光强烈，紫外线辐射严重，建筑内部的混凝土结构还是受到了腐蚀。
3 总结
近年来，我国的工程建设规模日益宏达，每年的工程投入资金就高达两万亿元，其所需的维修费用更是惊人。为了保持我国经济更好更快的发展，提高

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混凝土使用的耐久性便成为了基础设施建设亟待解决的问题。目前，相关部门和研究所已经开始重视这个问题，相信在不久的将来，高性能的混凝土就会在各类工程中投入使用。
参考文献
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