一种盐富集环境下水泥混凝土自然腐蚀特性的试验方法

摘要

本发明公开了一种盐富集环境下水泥混凝土自然腐蚀特性的试验方法，试验于盐富集地区现场进行，分别以全露方式、半埋半露方式和全埋方式三种埋设方式埋设不同类型的混凝土试件，通过温湿度检测仪实时跟踪盐富集环境的变化情况，最终对不同盐腐蚀时期的混凝土试件进行观察及性能测试，获得其在盐富集环境下自然腐蚀特性。该盐富集环境下水泥混凝土自然腐蚀特性的试验方法，分析在自然条件下腐蚀介质变化、温度、土壤湿度、时间对水泥混凝土性能的影响，真实地评价在富盐环境下水泥混凝土的耐久性，为公路桥梁、隧道工程在盐富集地区的建设提供了技术指导。

说明书

技术领域

本发明涉及公路桥梁、隧道工程耐久性研究领域，尤其是涉及一种盐富 集环境下水泥混凝土自然腐蚀特性的试验方法。

背景技术

我国西部遍布着盐渍土及盐湖，有着广袤的“盐富集”地区，例如西部 六省区(陕、甘、宁、青、蒙、新)共有约两千五百万平方公里的盐渍土，占 全国盐渍土面积的69.0％，此外还分布着1000多个盐湖。随着我国西部交通 建设的发展，盐富集地区的公路桥梁及隧道工程数量不断增加，比如以内蒙 古巴彦淖尔市为例，该市公路70％以上处于盐富集地区，有大中型桥梁十几座； 青海省格尔木地区察尔汗-格尔木高速公路更是从“万丈盐桥”穿过；新疆公 路大都遍布于盐渍土地区。此外，滨海地区也有相当面积的盐渍土分布，近 年来，跨海大桥及海底隧道日益增多，盐富集环境下水泥混凝土的耐久性问 题已引起普遍关注。

盐富集地区的主要特征是土中或水中含有易溶盐，盐的主要成分包括氯 化钠、氯化镁、氯化钙、硫酸钠、硫酸镁、碳酸钠、重碳酸钠、亚氯酸盐及 亚硫酸盐。这些盐对公路水泥混凝土结构物的腐蚀机理主要分为三大类：氯 化物的腐蚀、硫酸盐的腐蚀以及盐的结晶腐蚀。

1)氯化物腐蚀

盐富集环境下氯离子将通过孔隙侵入到混凝土内部，其一，氯离子与混 凝土中的碳酸氢钙、水化碳酸钙等反应，生成易溶的CaCl₂和带大量结晶水、 体积比反应物增大几倍的固相化合物，在混凝土内部发生膨胀，使得混凝土 的力学性能发生改变；其二，氯离子还会聚集在钢筋的表面，使得聚集处的 pH值急剧下降，破坏钢筋表面的钝化膜，只要有氧气与水分的存在，钢筋就 会发生电化学腐蚀，产生典型的点蚀腐蚀，其腐蚀产物膨胀，在结构内部产 生拉应力，使得结构物开裂破坏，表面产生的裂缝成为新的侵入通道，加剧 腐蚀。

2)硫酸盐腐蚀

由于盐与水泥石成分发生化学反应，生成了针柱状晶体-硫铝酸三钙，矿 物名称为钙矾石，硫铝酸三钙晶体体积增大，产生巨大膨胀应力，导致混凝 土开裂破坏。除钙矾石之外，硫酸盐与石灰石反应，析出石膏晶体，由石灰 转变成石膏，体积增加1倍。当环境水中硫酸根离子的浓度大于1000mg/L时， 除钙矾石外，还将产生石膏膨胀破坏作用。同时，石膏的形成，消耗了一定 量的石灰，导致液相石灰浓度降低。另外硫酸盐侵蚀会产生另一产物钙硅石， 钙硅石使混凝土表面产生鼓泡、胀裂和凸起等现象，导致混凝土松软，强度 降低。

3)盐类结晶腐蚀

大部分盐在不同环境下分别呈固态、液态和气态(气溶胶)3种聚集态。同 一种盐的侵蚀程度因聚集态不同而异。其中，盐溶液侵蚀性较大，特别是呈 酸性反应或在溶液中能分解出酸根离子的盐对混凝土均有不同程度的侵蚀。 固体盐和盐的气溶胶对混凝土的侵蚀性与其吸湿性、溶解度和环境温度等因 素有关，因盐在不同湿度、温度的作用下，聚集态可以相互转化，所以其侵 蚀状态很复杂。水泥混凝土是由水泥水化产物、砂、集料等构成的多孔类复 合材料，所有易溶盐吸湿后都能渗入不密实的混凝土孔隙，在一定的湿度和 温度下转化为体积膨胀的结晶水化物。

盐类结晶侵蚀系混凝土一端与含盐溶液接触，通过毛细作用，溶液沿毛 细管上升至混凝土迎空面；水分蒸发，溶液达到过饱和在毛细管中析晶。一 方面溶液浓度加大，达到过饱和，加速化学侵蚀反应；另一方面因盐析晶， 产生晶间推力。特别是硫酸钠，达到饱和后析出Na₂SO₄·10H₂O，体积显著增 大而产生巨大膨胀应力，加速了混凝土破坏，其破坏速度及破坏程度往往比 化学反应侵蚀更快、更严重。

众所周知，在盐富集环境下公路桥梁及隧道工程水泥混凝土将受到盐类 腐蚀破坏，造成混凝土构筑物表面酥脆剥落，体积膨胀致使保护层胀裂，石 子外露，钢筋锈蚀，构筑物过早老化，混凝土结构强度受到损失，严重影响 了混凝土耐久性及结构安全性，公路桥梁的病害处理及养护加固已成为盐富 集地区公路养护的主要任务。因此，开展盐富集地区水泥混凝土腐蚀特性研 究，对于提高公路工程结构物的耐久性及安全性具有十分重要的现实意义。

对于盐富集环境下混凝土的耐久性研究，中国矿业大学采用干湿循环试 验装置，利用超声波技术研究了水泥混凝土的硫酸盐腐蚀损伤机理及腐蚀过 程的应力-应变行为；中国建科院采用浸泡法研究了C30、C50、C70混凝土的 硫酸盐腐蚀行为；长安大学利用自行设计的应力腐蚀加载试验装置开展高性 能混凝土的应力腐蚀研究；东南大学设计腐蚀试验装置，系统地研究了氯离 子、硫酸盐、镁盐以及外界荷载作用下混凝土材料在双重和多重因素作用下 的损伤失效过程；哈尔滨工业大学通过冻融循环试验，研究混凝土材料的抗 裂性能。目前，在水泥混凝土的腐蚀特性及损伤破坏方面，我国尚未有比较 成熟的技术规范，已有混凝土的腐蚀试验研究通过配制特定的盐腐蚀介质， 进行室内腐蚀试验，而自然界的盐类成分及分布十分复杂的，地区气候千差 万别，室内腐蚀试验很难真实地模拟盐富集环境下的腐蚀介质浓度、温度、 湿度、日照、干湿循环等各种因素的变化，而这些因素对混凝土盐腐蚀过程 有很大的影响，造成试验结果与真实环境下混凝土的腐蚀特性有较大差距， 有时过高劣化了盐腐蚀程度，造成大量防腐费用的浪费，有时对盐腐蚀程度 估计过轻，严重影响结构物的使用寿命，对结构物安全埋下隐患，由此可见， 开发一种在盐富集环境下较真实地模拟水泥混凝土材料的自然腐蚀特性试验 方法，为富盐环境下的公路桥梁及隧道材料设计、防腐方案制订提供重要参 考，以提高水泥混凝土结构物的耐久性及安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种盐富集环境下水泥混凝土自然 腐蚀特性的试验方法，分析在自然条件下腐蚀介质变化、温度、土壤湿度、 时间对水泥混凝土性能的影响，真实地评价在富盐环境下水泥混凝土的耐久 性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种盐富集环境下水泥混 凝土自然腐蚀特性的试验方法，试验于盐富集地区现场进行，分别以全露方 式、半埋半露方式和全埋方式三种埋设方式埋设不同类型的混凝土试件，通 过温湿度检测仪实时跟踪盐富集环境的变化情况，最终对不同盐腐蚀时期的 混凝土试件进行观察及性能测试，获得其在盐富集环境下自然腐蚀特性。

优选的，所述盐富集地区的土中或水中含有对水泥混凝土造成腐蚀的盐 分，包括沿海地区及西部地区存在的盐渍土地区或盐湖地区。

优选的，所述全露方式为试件完全露出盐土，仅试件底面与盐土接触， 其它表面暴露在空气中；所述半埋半露方式为试件一半埋于盐土中，一半暴 露于空气中；所述全埋方式为试件全部埋于盐土中。

优选的，所述混凝土试件包括水泥混凝土抗压试件、抗折试件、抗渗试 件、弯拉弹模试件以及各种公路桥梁隧道工程所使用的水泥混凝土试验试件。

优选的，所述水泥混凝土性能测试包括抗压、抗折、抗渗、弹性模量以 及各种水泥混凝土性能的测试。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过对不同腐蚀时 期的混凝土试件进行性能测试，最终获得其在盐富集环境中受到自然盐腐蚀 作用的性能变化情况，获得的试验数据可以建立水泥混凝土性能变化与腐蚀 时间的关系、水泥混凝土性能变化与埋设位置的关系、水泥混凝土性能变化 与环境温度湿度的关系，这些试验数据可以用来研究水泥混凝土在盐腐蚀环 境的性能变化，可以作为在盐腐蚀地区公路桥梁以及隧道工程建设的技术指 导。本发明通过分析在自然条件下腐蚀介质变化、温度、土壤湿度、时间对 水泥混凝土性能的影响，真实地评价在富盐环境下水泥混凝土的耐久性。

附图说明

图1是盐富集地区水泥混凝土埋设及设备布置平面图；

图2是盐富集地区水泥混凝土埋设及设备布置剖面图；

其中：1、混凝土试件；2、温湿度采集仪；3、隔离带；4、温湿度数据 存储器；5、蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

首先需要说明的是，本发明中的水泥混凝土自然腐蚀特性是指水泥混凝 土在盐富集环境下，与土中或水中的各种腐蚀盐分子反应，并暴露于自然下， 接受自然环境下温度湿度光照作用所发生腐蚀的特性。

如图1和图2共同所示，一种盐富集环境下水泥混凝土自然腐蚀特性的 试验方法，试验于盐富集地区现场进行，在盐富集环境中依据埋设方式的不 同划分成三个区域，三个区域之间设置隔离带3，每个区域设置若干个温湿度 采集仪2，按照设定的时间间隔采集温度、湿度数据，所有的温湿度采集仪2 连接温湿度数据存储器4，温湿度数据存储器4连接有蓄电池5，定时从温湿 度数据存储器4提取数据。每个区域埋设各种混凝土试件1，分别以全露方式、 半埋半露方式和全埋方式三种埋设方式埋设不同类型的混凝土试件1，通过温 湿度检测器4实时跟踪盐富集环境的变化情况，最终对不同盐腐蚀时期的混 凝土试件1进行观察及性能测试，获得其在盐富集环境下自然腐蚀特性。

本实施例中，盐富集地区的土中或水中含有对水泥混凝土造成腐蚀的盐 分，包括沿海地区及西部地区存在的盐渍土地区或盐湖地区。

其中，全露方式为试件完全露出盐土，仅试件底面与盐土接触，其它表 面暴露在空气中；所述半埋半露方式为试件一半埋于盐土中，一半暴露于空 气中；所述全埋方式为试件全部埋于盐土中。

其中，混凝土试件1包括水泥混凝土抗压试件、抗折试件、抗渗试件、 弯拉弹模试件以及各种公路桥梁隧道工程所使用的水泥混凝土试验试件。

其中，水泥混凝土性能测试包括抗压、抗折、抗渗、弹性模量以及各种 水泥混凝土性能的测试。

本发明通过对不同腐蚀时期的混凝土试件1进行性能测试，最终获得其 在盐富集环境中受到自然盐腐蚀作用的性能变化情况，获得的试验数据可以 建立水泥混凝土性能变化与腐蚀时间的关系、水泥混凝土性能变化与埋设位 置的关系、水泥混凝土性能变化与环境温度和湿度的关系，这些试验数据可 以用来研究水泥混凝土在盐腐蚀环境的性能变化，可以作为在盐腐蚀地区公 路桥梁以及隧道工程建设的技术指导。本发明通过分析在自然条件下腐蚀介 质变化、温度、土壤湿度、时间对水泥混凝土性能的影响，真实地评价在富 盐环境下水泥混凝土的耐久性。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构 思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范 围之内。