一、概述

　　1.自然界中使用的混凝土，由于受環(huán)境條件的影響，可能引起混凝土性能的變化，我國(guó)的西南、西北和沿海的許多地區(qū)，地下水和土壤中含有大量硫酸鹽、碳酸鹽、鎂鹽和氯化物。由于混凝土在這種環(huán)境中使用遭受這些有害離子的侵蝕，引起硬化后水泥成分的變化，使其強(qiáng)度降低而遭破壞。如干濕循環(huán)、高溫、低溫的交替，都能使多孔結(jié)構(gòu)的混凝土產(chǎn)生破壞，甚至導(dǎo)致完全崩潰。

　　2.我們施工的新建鐵路洛湛線廣西梧州地區(qū)段地處我國(guó)的西南，沿線所經(jīng)地段屬珠江水系，主要有桂江、西江、潯江、大平河、六堡河、山心河等，區(qū)內(nèi)河流流量較大，且雨季降水量大，暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，易引起洪澇災(zāi)害。鐵路工程的橋梁、隧道、涵洞、路基附屬工程等混凝土結(jié)構(gòu)物均容易受到地下水、地表水的浸泡，地下水主要為基巖裂隙水，含水巖組主要為石英砂巖、砂巖、石灰?guī)r、花崗巖等。根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告，該地區(qū)絕大部分地段地下水、地表水均具有弱硫酸型酸性侵蝕和中等溶出型侵蝕（含碳酸鹽侵蝕），混凝土等圬工需采取相應(yīng)的抗侵蝕性措施。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏季較熱，四季較分明，1月最冷，7月最熱；雨量充沛，降雨量主要集中在3～8月，年平均降雨量為1287.5～1667.4mm.多年平均氣溫19～21.1℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-4.0℃。在這種環(huán)境中使用的混凝土很容易遭受這些不利因素的影響，使混凝土的強(qiáng)度降低而破壞，甚至完全崩潰。

　　3.為了防止混凝土遭受硫酸鹽侵蝕我們采取了選擇C3A含量較低、水泥標(biāo)號(hào)較高的水泥、嚴(yán)格控制骨料的級(jí)配、盡量摻入磨細(xì)粉料、在混凝土中摻入了對(duì)混凝土有防腐阻銹作用的RMA系列抗腐蝕劑、同時(shí)在混凝土中摻入高效減水劑、加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)等措施。

　　二、混凝土受侵蝕破壞機(jī)理

　　導(dǎo)致混凝土的破壞主要有物理性侵蝕和化學(xué)性侵蝕兩個(gè)方面，以硫酸鹽為例說(shuō)明如下：

　　1.硫酸鹽結(jié)晶的破壞。具有一定硫酸鹽的環(huán)境水，在混凝土毛細(xì)管的作用下，被吸入混凝土體中，而暴露在大氣中的混凝土，由于毛細(xì)管的作用，將傳遞水分蒸發(fā)。溶解在水中的礦物質(zhì)，經(jīng)濃縮而析出，從而殘留在混凝土的表面和內(nèi)部，呈現(xiàn)出白跡、白霜，使混凝土遭受硫酸鹽結(jié)晶的膨脹壓力，促使混凝土從表層開(kāi)始破壞，其破壞首先發(fā)生在水位變化區(qū)，干濕交替地帶以及單側(cè)受水頭壓力的砼薄壁結(jié)構(gòu)。在返潮段遭受到侵蝕，地面上某些地段有霜狀鹽的結(jié)晶，有的地區(qū)呈現(xiàn)豆腐渣狀，使建筑物的混凝土強(qiáng)度降低，最后導(dǎo)致完全破壞。

　　2、環(huán)境水對(duì)普通硅酸鹽水泥的化學(xué)腐蝕。硫酸鹽侵蝕：某些地區(qū)的地下水和地表水，含有硫酸鹽，如硫酸鈉（Na2SO₄）、硫酸鈣（CaSO₄）、硫酸鎂（MgSO₄）等，環(huán)境水中的硫酸鈉和普通硅酸鹽水泥石中的堿性固態(tài)游離石灰質(zhì)及水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石膏和硫鋁酸鈣，產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土破壞。硫酸鈉和氫氧化鈣的反應(yīng)式：Ca（OH）₂+Na₂SO₄.10H₂O→CaSO₄.2H₂O+2NaOH+8H₂O這種反應(yīng)在流動(dòng)的硫酸鹽水溶液里進(jìn)行，可以一直進(jìn)行下去，直至水泥中的Ca（OH）₂完全被反應(yīng)完。如果NaOH被積聚，反應(yīng)達(dá)到平衡，只有一部分CaSO₄沉定成石膏。水泥石中的氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)槭�膏（CaSO₄.2H₂O），體積增加原來(lái)的兩倍，產(chǎn)生膨脹。硫酸鈉和水化鋁酸鈣的反應(yīng)式：2（3CaO.Al₂O3.12H₂O）+3（Na₂SO₄.10H₂O）→3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O+2Al（OH）₃+6NaOH+16H₂O水化鋁酸鈣變成硫鋁酸鈣時(shí)，體積增大。環(huán)境中的硫酸鎂（MgSO₄.7H₂O），除了能侵害水化鋁酸鈣和氫氧化鈣之外，還能和水化硅酸鈣反應(yīng)，其反應(yīng)式：3CaO.SiO₃.H₂O+MgSO₄.7H₂O→CaSO₄.2H₂O+Mg（OH）₂+SiO₂這一反應(yīng)，是由于氫氧化鎂的溶解度很低，造成飽和溶液PH值也低。氫氧化鎂的溶解能度每升僅為0.01克，它的飽和溶液PH值約為10.5.這個(gè)數(shù)值低，致使水化硅酸鈣有硫酸鎂溶液存在的條件下，不斷分解出石灰。所以硫酸鎂較其他的硫酸鹽，具有更大的侵蝕性。硫酸鹽的侵蝕的速度，隨其溶液濃度的增加而增加，硫酸鹽濃度以[SO42-]來(lái)表示。當(dāng)環(huán)境水[SO42-]大于500mg/l時(shí)，環(huán)境水就有硫酸鹽侵蝕。在1500~2500mg/l時(shí)為中等侵蝕。[SO42-]在2500mg/以上時(shí)為強(qiáng)侵蝕。混凝土遭受硫酸鹽侵蝕的特征是表面發(fā)白，菱角破壞，接著裂縫展開(kāi)并剝落，使混凝土破碎和松散而破壞。其它的遇水后易產(chǎn)生負(fù)離子的鹽類如碳酸鹽[HCO₃-]、氯鹽[Cl-]對(duì)普通硅酸鹽水泥的破壞機(jī)理和硫酸鹽是類似的，不再重復(fù)說(shuō)明。

　　三、采取有效措施提高混凝土耐硫酸鹽侵蝕

　　就以上兩個(gè)導(dǎo)致混凝土遭受硫酸鹽侵蝕硫破壞的機(jī)理，我們?cè)诨炷�土施工中采取防止混凝土遭受硫酸鹽侵蝕的措施，可以起到很有效的作用。

　　1.硫酸鹽腐蝕的程度與水泥中的礦物成分C₃A的含量有關(guān)，水泥中的C₃A含量越少對(duì)耐硫酸鹽腐蝕越有利，并且C₃A含量較大的早強(qiáng)水泥容易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開(kāi)裂。因此我們盡量選擇C₃A含量較少、標(biāo)號(hào)較高的水泥。不過(guò)C₃A的含量過(guò)低卻會(huì)嚴(yán)重影響水泥的早期強(qiáng)度，進(jìn)而影響到工程進(jìn)度，因此要選擇C3A含量適中的水泥。按《鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2003有關(guān)規(guī)定，C3A的含量應(yīng)小于8%.經(jīng)過(guò)比選廣西各大水泥廠的各種水泥后，我單位最終選用了海螺P.C32.5水泥，采用GB/T176—1996《水泥化學(xué)分析方法》檢測(cè)其C3A的含量為4.2%.

　　2.硫酸鹽腐蝕的程度與混凝土的密實(shí)程度有關(guān)，混凝土越密實(shí)耐硫酸鹽腐蝕的性能就越好，因此我們?cè)谑┕ぶ袊?yán)格控制粗細(xì)骨料的級(jí)配，對(duì)全部混凝土都使用了5-16和16-31.5兩級(jí)配碎石組成5-31.5的連續(xù)級(jí)配，并且規(guī)定不得用特細(xì)砂配制耐腐蝕砼。

　　3.采取以下預(yù)防砼裂紋措施：采用較大的骨灰比，降低水灰比，合理選用外加劑；合理確定分段澆注長(zhǎng)度及澆注速度；拆模時(shí)砼內(nèi)外溫差不得大于20℃；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)；砼升降溫速度不得大于5℃/h.做好防水隔離層。

　　遭受侵蝕的鋼筋砼的鋼筋保護(hù)層，不得小于5cm；建筑物的砼外露面的邊緣、棱角、溝槽應(yīng)為圓弧形。

　　4.混凝土中摻入了對(duì)混凝土有防腐效果、對(duì)鋼筋有防銹作用的RMA系列防腐阻銹劑（以下簡(jiǎn)稱RMA）。RMA應(yīng)用了多摻復(fù)合技術(shù)，即采用高效阻銹材料、對(duì)混凝土有耐硫酸鹽侵蝕作用的材料、磨細(xì)材料及減水劑四種材料復(fù)合而成。該外加劑主要的化學(xué)成分為SiO₂和Al₂O₃及細(xì)磨材料，這些化學(xué)物質(zhì)在混凝土中的水化產(chǎn)物主要是硫鋁酸鈣（3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O）、水化硅酸鈣凝膠（C-S-H）和氫氧化鋁凝膠（Al₂O₃.3H₂O），水泥中沒(méi)有游離氧化鈣存在，因此水泥石在硫酸鹽溶液中很難形成引起膨脹的石膏（CaSO₄.2H₂O）結(jié)晶。再者水泥石中的鈣礬石是在水泥水化硬化過(guò)程中形成的，不會(huì)引起水泥石體積的破壞。在MgSO3溶液中，既有Mg²⁺和SO^42-離子存在，Mg²⁺就不易和氧化鋁凝膠反應(yīng)，阻礙了Mg²⁺腐蝕。研究表明，耐硫酸鹽的腐蝕的性能好與壞還與混凝土的水灰比有直接關(guān)系，梧州地區(qū)處于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，干濕交替頻繁，鹵水濃度又比較高，鹽類的結(jié)晶破壞尤其嚴(yán)重。大量的試驗(yàn)證明減小水灰比，能夠減輕混凝土抗物理結(jié)晶的破壞，因此水灰比越小耐腐蝕性能越好，RMA同時(shí)具有減水作用，經(jīng)檢驗(yàn)其減水率達(dá)到7.5%.因此我們?cè)诨炷�土中摻入水泥用�?%的RMA可以有效的防止硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕。

　　5.為了進(jìn)一步減小混凝土的水灰比，我們還在混凝土中摻入了高效減水劑。同時(shí)還加強(qiáng)了混凝土養(yǎng)護(hù)，避免產(chǎn)生混凝土收縮裂縫使含硫酸鹽水滲入混凝土體中。同時(shí)要求具有侵蝕性的環(huán)境水，不得用作砼的拌和水和養(yǎng)護(hù)水，所有的拌合水樣都經(jīng)過(guò)檢測(cè)才允許使用。砼養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于21d.從而達(dá)到提高混凝土耐硫酸鹽侵蝕能力的目的。

　　四、實(shí)際檢驗(yàn)，效果顯著

　　1.膠砂試件抗蝕系數(shù)。我們按GB／T2420—1981的測(cè)試方法，采用1：2.5膠砂，10mm×l0mm×60mm棱柱形試體，壓力成型，1d養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，7d50℃水中養(yǎng)護(hù)，28d常溫侵蝕，侵蝕溶液采用濃度為3％的無(wú)水硫酸鈉溶液。最后根據(jù)水泥膠砂試體浸泡在侵蝕溶液中的抗折強(qiáng)度與淡水中的抗折強(qiáng)度之比（抗蝕系數(shù)）來(lái)判斷摻RMA混凝土的抗蝕性能，抗蝕系數(shù)的定義同腐蝕系數(shù)。試驗(yàn)測(cè)得的摻RMA試件抗折強(qiáng)度與淡水養(yǎng)護(hù)的同齡期試件的抗折強(qiáng)度之比達(dá)到1.12.試驗(yàn)結(jié)果證明摻入RMA抗腐蝕劑可以顯著提高混凝土的抗侵蝕性能。

　　2.電通量試驗(yàn)。氯離子是引起鋼筋銹蝕，造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的最主要原因之一。氯離子的滲透性是評(píng)價(jià)混凝土抵抗氯離子侵蝕的一個(gè)重要參數(shù)，長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量工作，提出了多種試驗(yàn)方法，其中應(yīng)用最廣泛的是快速氯離子滲透測(cè)試方法。其主要原理是利用外電場(chǎng)來(lái)加快離子的運(yùn)動(dòng)速度，然后按擴(kuò)散性與電遷移參數(shù)間的理論關(guān)系來(lái)計(jì)算氯離子的擴(kuò)散性，從而判斷混凝土的抗?jié)B透性。考慮到目前的生產(chǎn)技術(shù)條件，鐵路各相關(guān)規(guī)范都將氯離子電通量作為混凝土的重要耐久性檢驗(yàn)指標(biāo)之一。我們參照鐵路客運(yùn)專線技術(shù)規(guī)范的要求，在相同條件下，我們對(duì)本標(biāo)段的樁基C30混凝土進(jìn)行了56天齡期的摻加8%RMA的混凝土和不摻RMA的基準(zhǔn)混凝土的6h電通量對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果為：8%RMA的混凝土的6h電通量為1322.8Q/C，而對(duì)比的基準(zhǔn)混凝土的6h電通量為2120.8Q/C，摻8%RMA的混凝土電通量大大低于不摻的基準(zhǔn)混凝土。因此，摻入RMA抗腐蝕劑可以有效的提高混凝土的耐久性。根據(jù)以上試驗(yàn)證明我們?cè)嚺涞幕炷�土具有耐硫酸鹽腐蝕、提高混凝土耐久性的效果。

　　3.此外，我標(biāo)段從2004年底開(kāi)始施工地下結(jié)構(gòu)，至今未出現(xiàn)混凝土表面有霜狀鹽的結(jié)晶、呈豆腐渣狀、表面發(fā)白，菱角破壞，膨脹開(kāi)裂等硫酸鹽侵蝕現(xiàn)象，同時(shí)經(jīng)基樁經(jīng)小應(yīng)變檢測(cè)和隧道經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)后所有數(shù)據(jù)也都表明本標(biāo)的抗侵蝕混凝土內(nèi)部致密，說(shuō)明我們采取的抗硫酸鹽侵蝕的措拖取得了滿意的結(jié)果。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)混凝土硫酸鹽對(duì)混凝土侵蝕機(jī)理分析，找到了混凝土受侵蝕破壞的根本原因，我們現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工及時(shí)準(zhǔn)確采取了相關(guān)抗侵蝕性措施，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行，效果很好，RMA型抗腐蝕劑可以在我國(guó)西南、西北和沿海的水中和土壤中含有硫酸鹽、碳酸鹽、鎂鹽和氯化物的地區(qū)推廣使用，特別是在港口建設(shè)工程中，可以起到很好的防腐阻銹效果，提高混凝土工程耐久性及工程的質(zhì)量。