浅析新疆冬季水泥混凝土道路的盐侵蚀机理

摘要：冬季养护部门一般通过撒融雪剂或盐进行除冰。但是融雪剂或盐对水泥混凝土构件表面的腐蚀性很强，采取上述养护方式往往缩短了水泥混凝士构件的使用寿命。通过研究，阐述了新疆冬季道路水泥混凝土构造物盐侵蚀机理。

关键词：冬季 道路 水泥混凝土 盐蚀

1 概述

新疆地区冬季寒冷，冰雪天气多，昼夜温差大，室外气温正负交替情况时常出现。另外该地区土地的严重盐渍化与除冰盐带来的各盐类化合物及其它腐蚀物质和冻融的共同作用，使水泥混凝土发生冻融破坏，并腐蚀水泥混凝土及锈蚀其内部的钢筋结构，破坏速度及程度远远超过普通水泥混凝土冻融破坏形式。再加上 交通 运输的作用，使得此类破坏情况非常普遍，但从外表看其损坏状态与普通冻融相类似。

调查发现，新疆地区冬季公路水泥混凝土构造物盐腐蚀现象十分普遍，轻者使各种构造物的功能受到影响，重者严重威胁到公路交通的安全。

2 病害机理分析

通过对新疆多个地区的公路小型构造物破损状况的调研，发现除了除冰盐腐蚀与冻融的综合破坏以外，水泥混凝土配合比设计及早期养生不当也是混凝土构件破损的主要原因之一，如水灰比高、孔隙率较大；材料选用时未严格把关，砂石材料质量差，矿质混合料集料级配波动大；对外加剂、掺和料使用不当，导致耐久性降低等等。小型构造物破损经常是上述因素综合交替作用的结果。

新疆日温差较大，冬季道路上所存在的除冰盐会与冰或雪交融，形成冰点比普通水低的盐水，使其周围的冰雪融化，从而造成连锁的消融现象。该过程不断进行，直到盐水浓度被稀释至过低的水平，不能继续融化冰雪为止。水泥混凝土在这样的环境下，极易受到盐溶液的侵入，所以说，氯离子被吸收是难以避免的。

2.1 外界氯离子对水泥混凝土的影响 水泥混凝土材料的劣化主要是有害物质侵入水泥混凝土内部的结果。氯盐侵入水泥混凝土内部主要通过孔隙内已存在的盐溶液离子浓度差进行，该浓度差提供驱动力，使得氯盐由高浓度区向低浓度区进行迁移。

氯离子在水泥混凝土内部的传输过程中，部分氯离子会与水泥混凝土胶凝材料的水化产物相结合，推迟了氯离子的迁移进度，在一定程度上可以延缓其对水泥混凝土中配筋的破坏。但这种结合是非稳态的，在水泥混凝土周围环境温度上升时，被结合的氯离子仍有可能释放成自由氯离子。所以仍能降低氯离子在水泥混凝土中的渗入程度。

2.2 水温因素的影响 新疆冬季盐冻循环下水泥混凝土破坏过程及机理非常复杂，结合以往理论研究，可首先分析水泥混凝土产生的冻融破坏。该破坏的发生应具备两个必要条件，一是水泥混凝土必须与水接触或具有一定含水量；二是构造物所处的 自然 环境必须存在反复交替的正负温度。水泥混凝土微孔隙中的水，在正负温度交替作用下，形成冰胀压力(水转变为冰的体积膨胀所造成的静水压力)和渗透压力联合作用的疲劳应力，在这种疲劳应力作用下的水泥混凝土产生了由表及里的剥蚀破坏。理论上，水泥混凝土毛细孔中含水量超过91.7％时就会产生很大的压力。当消融过后，冻结再次发生时，会产生不断的膨胀变化，当水泥混凝土的膨胀压力超过其抗拉强度时，毛细孔胀破，产生微裂纹，水泥混凝土发生破坏，从表面剥落直至完全瓦解，这是冻融破坏的基本类型。

由前述分析可知，盐溶液浓度差的出现，会造成水泥混凝土内部不同层面在受冰冻影响时结冰膨胀程度的差异，从而在某层面出现应力集中的情况，造成水泥混凝土破坏。浓度差使得盐溶液在水泥混凝土中较水溶液更易发生连续迁移，这种迁移会造成水泥混凝土内部饱水程度的增加，同时势必会带来较大的渗透压力，加剧水泥混凝土的破坏。研究表明，与水中冻融时的重量损失相比，氯化钠溶液中冻融时的重量损失会增加50％左右。盐溶液在过饱和时还会出现结晶膨胀现象，在水泥混凝土处于干湿交替循环的情况下，产生结晶膨胀破坏。

另外，道路除冰盐在冰雪融化这个物理变化过程中，会间接地从水泥混凝土表面吸收大量热量，使得冰雪覆盖层下的水泥混凝土温度骤降，引起低温冲击作用，产生温度应力，加剧水泥混凝土的冻融破坏。 2.3 自由Cl-(氯离子)的影响 并非水泥混凝土中的所有氯离子都会引起钢筋的腐蚀破坏，只有自由Cl-(氯离子)才能对钢筋起到破坏作用。在碱性或中性溶液中，钢筋一般比较容易钝化，而氯盐离子的存在则能缓解或者防止钝化的出现。钢筋水泥混凝土硬化后，外界氯离子通过渗透作用从水泥混凝土毛细孔中进人。透过水泥混凝土保护层渗透进入的氯离子尽管一般不改变钢筋周围的碱性环境，但它被吸附在钢筋阳极区的钝化膜上，与钝化膜氧化铁中的铁离子结合，生成为易溶的二价铁与氯化物的复合物(绿锈)。绿锈可向钝化膜外渗出，遇到含氧较多的介质时，又分解为铁的氢氧化物(褐锈)，再放出氯离子，而重新放出的氯离子又从钢筋阳极区带出更多的二价铁离子。所以氯盐对钢筋去钝化起到促进催化作用，但并不改变锈蚀产物的组成。失去钝化膜的保护作用，钢筋极易发生腐蚀。锈蚀的钢筋体积膨胀，挤压破坏水泥混凝土，从而产生顺筋破坏。氯离子的半径很小，具有很强的穿透能力，比其它阴离子更易渗入钝化膜。实验表明，普通水泥混凝土在浓度为8.0％的NaCl溶液中浸泡60天，氯离子的渗透深度可达2.0cm。

关于水泥混凝土结构被破坏时的临界氯离子浓度问题，已被许多研究者提出。实验证明：水泥混凝土拌合物中，氯离子含量只要有水泥重量的0.035%，就足以使水泥混凝土中的钢筋局部钝化。已有研究表明，产生水泥混凝土中钢筋锈蚀的氯离子浓度临界值与PH值临界值间存在着一定的关系。例如Hausman发现当Cl-1/OH-1

＞0.6时，钢筋开始发生腐蚀破坏。

2.4 处置对策 针对水泥混凝土盐腐蚀特点，我们认为，提高水泥混凝土抗盐腐蚀的关键是隔断盐侵蚀的途径，即有效减少水泥混凝土的外部开口空隙。为此，应从提高水泥混凝土的密实性以及表面涂覆涂层材料方面采取措施。

3 结束语

综上所述，可以得出如下结论：

3.1 新疆冬季道路水泥混凝土构造物盐侵蚀现象较严重。若水泥混凝土拌和物中，氯离子含量只要有水泥重量的0.035％，就足以使水泥混凝土中的钢筋局部钝化。产生水泥混凝土中钢筋腐蚀的氯离子浓度临界值与pH值临界值间存在一定的关系。

3.2 氯盐侵入水泥混凝土内部主要是通过孔隙内已存在的盐溶液的离子浓度差进行，该浓度差提供驱动力，使得氯盐由高浓度区向低浓度区进行迁移。

3.3 盐溶液浓度差的出现，会造成水泥混凝土内部不同层面在受冰冻影响时，结冰膨胀程度的差异，从而在某层面出现应力集中的情况，造成水泥混凝土破坏。

3.4 道路除冰盐在冰雪融化这个物理变化过程中，会间接地从水泥混凝土表面吸收大量热量，使得冰雪覆盖层下的水泥混凝土温度骤降，引起低温冲击作用，产生温度应力，加剧水泥混凝土的冻融破坏。

3.5 普通水泥混凝土在浓度为8.0％的NaCl溶液中浸泡60天，氯离子的渗透深度可达2.0cm。

参考 文献 ： [2]李波，梁洪国，路面预防性养护设备管理分析.长安大学研究生学术 论文 集.长安大学研究生04年学术年会论文集.

[3]JTG.D62—2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.