混凝土及鋼筋混凝土材料土壤腐蝕數據積累

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“混凝土及鋼筋混凝土材料土壤腐蝕數據積累及規(guī)律性研究”課題，是國家“九五”重大基金項目“材料在我國自然環(huán)境中腐蝕數據積累及規(guī)律性研究”項目中的一個三級課題。

“九五”期間，該課題的主要研究內容是積累各種混凝土及鋼筋混凝土材料在不同土壤中的腐蝕數據及腐蝕規(guī)律。

包括兩個方面的內容——

數據積累 腐蝕數據積累是本課題“九五”研究的基礎。課題任務書要求在“九五”期間，持續(xù)積累各種腐蝕數據6000個。實際積累各種混凝土材料在不同土壤中的腐蝕數據9170個，超額52.8%。

規(guī)律性研究 規(guī)律性研究是本課題“九五”研究的重點。根據幾十年的試驗研究成果，混凝土材料在不同土壤中的腐蝕形態(tài)、腐蝕規(guī)律、腐蝕機理及主要影響因素。

筆者首次提出我國主要土壤對混凝土及鋼筋混凝土材料的腐蝕性分類。

我國主要土壤類型可分為中堿性土壤、酸性土壤、內陸鹽土和濱海鹽土四大類——

1 中堿性土壤混凝土材料的腐蝕

我國中原、華北、東北等地區(qū)的土壤一般為中堿性土壤。土壤ph值一般為7.0～8.5；so42-含量占土壤重量的0.005%～0.045%；cl-的含量占土壤重量的0.002%～0.012%；mg2+含量占土壤重量的0.001%～0.002%。

在中堿性土壤中先后建立了西安、濟南、南充、大慶、沈陽、成都等土壤腐蝕試驗站，投放有15種混凝土及鋼筋混凝土材料。

上述材料在土壤中埋設13～40年后，經過分批開挖取樣和分析研究。普通混凝土和礦渣混凝土材料在土壤中埋設40年以后，其抗壓強度分別增長70?38%；中性化平均值為5?mm；鋼筋銹蝕率為零?；炷猎嚰砻鎐ao含量略有降低，試件表面完整。這說明混凝土材料在中堿性土壤中是耐久的。

中堿性土壤對混凝土材料的腐蝕屬于溶出性腐蝕，屬于弱腐蝕或中等腐蝕。主要影響因素是土壤含水率、土壤透水性及硫酸鹽等腐蝕介質的含量。

2 酸性土壤混凝土材料的腐蝕

我國南方各省的磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤等土壤類別屬酸性土壤。土壤ph值一般在4.0～6.5，so4-2含量占土壤重量的0.08%～0.22%，cl-的含量占土壤重量的0.012%～0.12%左右。酸性土壤對混凝土材料的腐蝕屬分解性腐蝕，屬中度腐蝕

在酸性土壤中建立了深圳、廣州、鷹潭等酸性土壤腐蝕試驗站，投放8種混凝土及鋼筋混凝土材料。經過13年的埋設，廣州站所埋各種混凝土材料的強度增長40%～80%；鷹潭站所埋混凝土材料的強度增長40%～75%；深圳站所埋各種混凝土材料的強度降低4%～16%。中性化平均值廣州站是2.2～3.9mm；鷹潭站是1.9～3.4 mm，深圳站是3.2～5.7mm。廣州站和鷹潭站混凝土試件表面完整，而深圳站混凝土試件表面起砂、疏松，砂漿剝落2～3 mm。主要原因是深圳站土壤中so4-2的含量是廣州和鷹潭站的3倍，深圳站的土壤屬強透水土層，有利于地下水的流通，有利于腐蝕產物的生成和流失。加速了腐蝕介質對混凝土材料的溶出性腐蝕和分解性腐蝕的速度。

3 內陸鹽土混凝土材料的腐蝕

我國新疆、青海、甘肅、內蒙等地區(qū)的土壤類別屬內陸鹽土，土壤剖面中、下部形成明顯的鹽積層，在鹽積層中易溶鹽含量高達50%～60%。在青海省格爾木有一條鹽橋大道。內陸鹽土的土壤ph值大都在8.0～9.5。土壤中so4-2的含量最高達到占土壤重量的1.43%；cl-的含量達到0.82%～24.6%；mg+2的含量最高達到0.62%。此種土壤對混凝土材料產生極嚴重的膨脹性腐蝕破壞，屬強腐蝕或極強度土壤。

在上述地區(qū)先后建立了敦煌、伊寧、哈密、庫爾勒、玉門、格爾木等13個內陸鹽土試驗站，投放有10多種混凝土及鋼筋混凝土材料及部分鋼筋混凝土樁，為西部大開發(fā)基建工程建設提供各種腐蝕數據和研究成果。

各種混凝土材料在敦煌站埋設40年后，試件的上部膨脹3～5mm，強度降低40%～100%，有的挖出后全部松散開。中性化平均值達到30mm以上，鋼筋銹蝕率達到60%～100%。

4 濱海鹽土混凝土材料的腐蝕

我國沿海地區(qū)的土壤屬濱海鹽土。濱海鹽土中的鹽分組成主要是氯化物和硫酸鹽。濱海鹽土的ph值一般為7.5～8.5，土壤中cl-的含量最高達到土壤重量的2.62%；so4-2含量占土壤重量的0.28%～0.42%；還含有大量的碳酸鹽和鎂鹽等強腐蝕性介質。

根據沿海地區(qū)經濟發(fā)展和基本建設的需要，“七、五”期間在天津大港、浙江舟山建立2個濱海鹽土試驗站。在大港試驗站投放有8種混凝土及鋼筋混凝土材料，一種200mm×200mm×2000mm的鋼筋混凝土樁。

經8年的埋設，腐蝕破壞最嚴重的是鋼筋混凝土樁從地面起0～400mm的吸附區(qū)。混凝土表面水泥砂漿嚴重剝落、石子外露、最大剝離深度為18mm，并出現順筋裂縫，裂縫最大寬度為5mm。濱海鹽土對混凝土材料的腐蝕，主要是硫酸鹽對混凝土材料的膨脹性破壞，氯化物破壞鋼筋的鈍化膜加速混凝土中鋼筋的銹蝕。

濱海鹽土中含有大量的氯化物，它的存在一方面破壞鋼筋的鈍化膜加速鋼筋的銹蝕；另一方面對硫酸鹽的腐蝕具有抑制作用。氯離子與硬化水泥石中的水化鋁酸鈣反應生成氯鋁酸鈣，從而減少了具有膨脹性破壞作用的水化硫鋁酸鈣的生成量。這是濱海鹽土對混凝土材料腐蝕的一個特點，它區(qū)別于內陸鹽土中氯化物和硫酸鹽對混凝土材料腐蝕的機理和規(guī)律。

本課題屬“九五”重大基金項目“材料在我國自然環(huán)境中腐蝕數據積累及規(guī)律性研究”的研究課題。

該課題結題驗收會于2003年8月28日在北京召開。驗收會由國家基金委和專家組共同主持，在聽取各課題總結匯報后，專家們經過投票一致認為，該項目總體達到“a”的水平。

作者：馬孝軒