混凝土结构在土壤中的耐久性及耐久性设计

会计学1混凝土结构在土壤中的耐久性及耐久性设计1.前言1.1目的意义1.2混凝土材料腐蚀的基本原理1.3土壤腐蚀的分类1.3.1分类依据

1.3.2土壤腐蚀性分类

第1页/共72页1.1目的意义混凝土及钢筋混凝土是当今用量最大、最主要的建筑工程材料。但是混凝土及钢筋混凝土结构都程度不同地遭受各种侵蚀性介质的腐蚀损坏，直接影响混凝土结构物的耐久性。混凝土及钢筋混凝土的土壤腐蚀是耐久性研究的重要方面。

第2页/共72页1.2混凝土材料腐蚀的基本原理

混凝土是一种非均匀的、多元、多孔的，固、液、气三相并存的复合材料环境中的某些腐蚀性介质通过孔隙进入混凝土内部，与孔隙中的氢氧化钙饱和溶液及水泥水化产物接触发生某种化学反应及一系列物理、化学破坏作用，称为混凝土的腐蚀。土壤对混凝土的腐蚀则是指潮湿土壤中的各种腐蚀介质与混凝土体接触所引起的物理化学破坏作用。

第3页/共72页1.3土壤腐蚀的分类

1.3.1分类依据（1）各种混凝土及钢筋混凝土材料在不同土壤中埋设10~40年的腐蚀数据和分析研究成果。（2）土壤中腐蚀性介质的种类和数量，侵蚀性介质与混凝土中水泥成分发生化学反应的形式和特征。（3）土壤PH值。（4）混凝土腐蚀的规律、机理和主要影响因素。（5）工程适用性。积累的各种腐蚀数据和分析研究成果，有利于在该地区进行基本建设时参考和应用。

第4页/共72页1.3土壤腐蚀的分类（续）1.3.2土壤腐蚀性分类我国土壤的主要土壤类型可分为：中碱性土壤酸性土壤内陆盐土滨海盐土第5页/共72页2中碱性土壤中混凝土材料的腐蚀

2.1中碱性土壤中混凝土强度的发展

2.2中碱性土壤中混凝土材料中性化

2.3中碱性土壤中混凝土中CaO含量的变化

2.4中碱性土壤中混凝土中预埋钢筋的锈蚀

2.5中碱性土壤混凝土材料腐蚀研究小结

第6页/共72页站名土壤PH值试件编号埋设年限原始强度腐后强度强度增长率(%)西安8.8XA—δ4019.733.073XA—S4022.921.8-5南充8.0NC—δ4017.335.7106NC—S4022.916.2-29济南8.4JN—G3742.066.057JN—K3714.735.0138JN—M379.216.680沈阳6.93——A830.557.287.53——B830.554.277.74——C832.654.567.24——D831.451.865.05——E834.665.789.95——F836.762.871.15——G843.974.870.45——H845.770.253.6成都8.1A——1855.079.244.0A——2852.975.342.3表1—中碱性土壤中混凝土强度的发展第7页/共72页中碱性土壤中混凝土强度的发展规律西安站1960年埋设的各种钢筋混凝土试件，至2000年开挖试验，在土壤中埋设了40年。其抗压强度与原始强度相比：普通水泥钢筋混凝土试件，混凝土抗压强度增长73%；硅酸盐钢筋混凝土试件，混凝土抗压强度降低5%。南充站1960年埋设的各种钢筋混凝土试件，至2000年开挖实测，在土壤中埋设了40年。试件抗压强度与原始强度相比：普通水泥钢筋混凝土试件，混凝土强度增长106%；硅酸盐钢筋混凝土试件，混凝土强度降低29%。

第8页/共72页中碱性土壤中混凝土强度的发展规律（续）济南站1963年第二批埋设的试件，至2000年开挖试验，在土壤中埋设了37年。其抗压强度与原始强度相比：高强钢筋混凝土试件，混凝土抗压强度增长57%；矿渣水泥钢筋混凝土试件，混凝土强度增长138%；粉煤灰钢筋混凝土试件，混凝土强度增长80%。沈阳站1992年埋设的8种混凝土及钢筋混凝土材料，至2000年开挖取样分析，在土壤中埋设8年。其抗压强度与原始强度相比，分别增长53%至90%。第9页/共72页中碱性土壤中混凝土强度发展规律（续）成都站1992年埋设二种水泥砂浆试件，至2000年开挖取样分析，在土壤中埋设8年，经土壤腐蚀后，水泥砂浆抗压强度分别增长42%至44%。第10页/共72页站名试件编号埋设年限测点数中性化特征值δCvXmacXmin西安XA-δ40145.540.890.168.212.87XA-S401416.292.150.1322.749.84南充NC-δ40148.080.630.089.976.19NC-S401422.362.480.1129.8014.92济南JN-G37146.780.900.139.484.08JN-K37144.210.880.216.851.57JN-M371427.433.680.1338.4716.39沈阳3-A8144.340.780.186.682.003-B8144.741.040.227.861.624-C8144.160.800.196.561.764-D8144.220.830.206.711.735-E8143.710.880.246.351.075-F8143.550.940.266.370.75-G8142.380.470.203.791.05-H8142.210.760.344.490.1成都A-18141.090.230.211.780.40A-28141.160.320.272.120.20表2——中碱性土壤中混凝土材料中性化第11页/共72页中碱性土壤中混凝土材料中性化变化规律各种混凝土在土壤中的中性化深度是不一样的。普通水泥混凝土经过40年的埋设后，中性化深度平均值最大的8.0mm，最小的5.5mm;而硅酸盐混凝土的中性化深度要比普通水泥混凝土大3倍。这一规律和大气条件下的中性化的规律基本一致。沈阳站埋设的8种混凝土及钢筋混凝土材料，在土壤中埋设8年，其中性化深度平均值为5~2mm。成都站埋设的两种水泥砂浆材料，在土壤中埋设8年，其中性化平均值仅为1.0~1.2mm。

第12页/共72页站名试件编号取样部位化学成分（%）烧失量SiO2Al2O3FeOCaOMgOTiO2SO2ClNaCl济南JN-δ表面8.4654.8610.722.8813.943.20

0.78

中部6.4554.2110.732.9417.002.60

0.85

西安XA1-δ表面22.6531.327.6423.1327.203.890.111.900.120.20中部19.3031.537.5233.0029.444.290.142.030.260.43西安XC2-64表面19.9132.548.0623.2830.101.740.101.74

中部18.2230.238.213.3333.321.800.052.31

南充LS1-δ表面20.0831.167.9623.2928.524.280.312.040.090.15中部19.2530.177.4133.3331.794.180.282.040.160.26表3——中碱性土壤中混凝土中CaO含量的变化第13页/共72页中碱性土壤中混凝土中CaO含量的变化规律各种钢筋混凝土试件，埋设在各种不同的土壤中，经过土壤腐蚀后，混凝土试件表面的氧化钙含量低于中部的氧化钙含量。这说明：在腐蚀过程中，混凝土表面的氧化钙与腐蚀介质反应，生成了腐蚀产物。混凝土内部的氧化钙为保持内外平衡，就要不断往外渗，以补充表面失去的氧化钙。而氧化钙从混凝土中被溶解出来，会导致混凝土中水泥砂浆强度的降低。

第14页/共72页站名试件编号试件名称钢筋面积(cm2)钢筋锈蚀面积(cm2)钢筋锈蚀面积率(%)济南JN1-δ普通水泥混凝土41.99.723.2JN1-S硅酸盐混凝土44.213.530.5JN-G高强混凝土33.400JN-K矿渣混凝土33.200JN-M粉煤灰混凝土33.02.57.6西安(1)XA1-δ普通水泥混凝土40.23.48.6XA1-S硅酸盐混凝土40.218.345.5西安(2)XC2-64普通水泥混凝土34.400XC2-64硅酸盐混凝土32.019.360.3南充LS1-δ普通水泥混凝土40.200LS1-S硅酸盐混凝土40.27.47.4表4——中碱性土壤中混凝土中预埋钢筋的锈蚀第15页/共72页中碱性土壤中混凝土中预埋钢筋的锈蚀规律济南站1960年埋设的试件，普通水泥混凝土中预埋钢筋的锈蚀面积率为23.2%；硅酸盐混凝土中预埋钢筋锈蚀面积率为30.3%。而1963年埋设的试件中，高强混凝土和矿渣混凝土中预埋钢筋没有锈蚀；粉煤灰混凝土中预埋钢筋的锈蚀面积率为7.6%。西安站（1）1960年埋设的试件中，钢筋混凝土中预埋钢筋锈蚀面积率为8.6%；硅酸盐混凝土中预埋钢筋的锈蚀面积率为45.5%。西安站（2）1964年埋设的试件中，钢筋混凝土中预埋钢筋没有锈蚀，而硅酸盐混凝土中预埋钢筋锈蚀面积率高达60.3%。

第16页/共72页2.5中碱性土壤混凝土材料腐蚀研究小结中碱性土壤中混凝土材料的腐蚀性属于溶出型腐蚀。我国大部分中碱性土壤中含有一定量的碳酸氢钙和二氧化碳等腐蚀性介质。长期与土壤接触的混凝土结构物，混凝土液相中的氢氧化钙会被溶出。如果土壤液相中水的硬度较大，混凝土液相中的氢氧化钙形成碳酸钙保护层，防止氢氧化钙进一步溶出。如果土壤液相中水的硬度较小，呈软水，则混凝土表面的碳酸钙保护层会被软化溶解，导致混凝土中的氢氧化钙进一步溶出。中碱性土壤对混凝土的腐蚀属于弱腐蚀，混凝土材料在中碱性土壤中是耐久的。如果选材合理、设计正确、施工科学、则混凝土结构物在中碱性土壤中可以安全使用50年以上。第17页/共72页3酸性土壤中混凝土材料的腐蚀3.1酸性土壤中混凝土材料强度的发展

3.2酸性土壤中混凝土材料中性化

3.3酸性土壤中混凝土中氧化钙含量的变化

3.4酸性土壤中预埋钢筋的锈蚀

3.5酸性土壤中混凝土材料腐蚀的主要影响因素

3.6酸性土壤研究小结

第18页/共72页站名土壤PH值试件编号埋设年限原始强度腐后强度强度增长率(%)广州4.63-A930.543.643.03-B930.544.746.64-C932.652.862.04-D931.444.842.75-E934.662.580.65-F936.762.570.35-G943.461.341.25-H945.764.040.0鹰潭4.53-A1330.542.940.63-B1330.542.840.44-C1332.647.746.34-D1331.445.243.85-E1334.660.775.45-F1336.763.272.15-G1347.467.555.55-H1345.772.859.3深圳4.53-A1330.529.3-3.93-B1330.534.312.64-C1332.628.0-14.14-D1331.428.1-10.85-E1334.633.0-4.65-F1336.732.0-12.85-G1343.439.3-9.45-H1345.738.6-15.5表5——酸性土壤中混凝土材料强度的发展

第19页/共72页酸性土壤中混凝土材料强度的发展规律深圳、广州、鹰潭等试验站属于酸性土壤腐蚀试验站，三个站分别埋有8种混凝土及钢筋混凝土材料，经过13年的埋设试验：鹰潭站各种混凝土材料的抗压强度增长40~70%深圳站各种混凝土材料的抗压强度最大降低16%左右。深圳站埋设8种混凝土材料均腐蚀严重，混凝土表面起砂，水泥砂浆剥落，石子外露，腐蚀最大深度为6mm，属于较为严重的酸性土壤腐蚀

第20页/共72页站名试件编号埋设年限测点数(n)中性化特征值δCvXmaxXmin广州3-A8143.830.330.090.482.843-B8143.510.420.124.772.254-C8143.490.410.124.722.264-D8143.200.500.164.701.705-E8142.740.500.184.241.245-F8142.440.440.183.761.125-G8142.410.610.254.240.585-H8142.210.670.304.220.20鹰潭3-A13143.400.400.124.602.203-B13143.260.440134.581.944-C13143.130.480.154.571.694-D13142.830.360.133.911.755-E13142.460.410.173.691.235-F13142.160.330.153.151.175-G13141.610.410.252.840.385-H13141.280.230.181.970.59深圳3-A13145.700.780.148.043.363-B13145.860.570.107.574.154-C13145.520.670.127.533.514-D13145.100.680.137.143.065-E13144.020.850.216.571.475-F13143.770.660.185.751.795-G13143.420.590.175.191.655-H13143.160.450.144.511.81表6——酸性土壤中混凝土材料中性化第21页/共72页酸性土壤中混凝土材料中性化规律经过13年的土壤腐蚀后，中性化平均值最大的是深圳站所埋的各种混凝土及钢筋混凝土材料。鹰潭站所埋设的各种试件，其中性化平均值相对较小。主要原因是深圳站土壤中含有大量的硫酸根、碳酸根和硫化氢等酸性腐蚀介质，降低了混凝土试件PH值，导致了混凝土材料的中性化。深圳站的土壤属砂岩性土壤，此种土壤有利于腐蚀产物的生成和随地下水和雨水的流通而流失，从而加速了混凝土的腐蚀及中性化。第22页/共72页酸性土壤中混凝土材料中性化规律（续）所有混凝土及钢筋混凝土试件随编号从3-A到5-H，其混凝土中性化平均值是由大到小变化规律。主要原因是编号3-A是用325矿渣水泥配制的抗压强度较低的混凝土，CaO的含量相对较小，在酸性介质的作用下，易于中性化而编号5-H则是用525硅酸盐水泥配制的高强密实性混凝土，CaO含量高，抗中性化性能强。第23页/共72页试件编号取样部位烧失量SiO2SO3CaOMgOFe2O3Al2O33-A表面19.8635.831.2622.085.095.2810.40中部19.6232.701.3727.184.495.489.094-C表面19.7036.051.2022.025.285.3010.38中部20.0932.121.3027.374.845.418.905-E表面19.8035.691.2222.284.895.7010.16中部19.8932.011.4528.334.455.208.575-G表面19.8036.321.1922.094.885.7010.05中部19.7432.641.0727.674.335.099.38表7——酸性土壤中混凝土中氧化钙含量的变化第24页/共72页酸性土壤中混凝土中氧化钙含量的变化规律埋设在深圳站的各种试件经过9年土壤腐蚀后：试件表面的CaO含量均低于中部。这说明在腐蚀过程中，试件表面的Ca(OH)2与腐蚀介质发生反应而流失，造成试件表面CaO含量较低。混凝土表面的Ca(OH)2损失后，内部的Ca(OH)2为了保持内外平衡，就不断的往外渗透，以补充表面失去的Ca(OH)2。而Ca(OH)2从混凝土中不断溶出，会导致混凝土水泥砂浆强度的降低。当混凝土中的氧化钙损失33%时，混凝土就会被破坏。

第25页/共72页3.4酸性土壤中预埋钢筋的锈蚀深圳、广州和鹰潭等试验站所埋设的钢筋混凝土试件尺寸为100×100×100mm的混凝土，其预埋直径为13mm、长60mm的钢筋，钢筋两端各有20mm的混凝土保护层。经过9年的埋设，混凝土中性化最大值为6mm，小于混凝土保护层厚度。对埋设在深圳、广州和鹰潭三站的钢筋混凝土试件中48根预埋钢筋的检验，均没有发现锈蚀斑点。这说明混凝土很好的保护了钢筋。第26页/共72页

3.5酸性土壤中混凝土材料腐蚀的主要影响因素

（1）土壤PH值PH值越小，土壤腐蚀性越强。深圳试验站、广州试验站和鹰潭试验站土壤PH值均在4.5左右，属中等腐蚀性土壤。（2）土壤中腐蚀介质的种类和含量深圳站土壤中SO4-2的含量是广州站和鹰潭站的3倍。深圳站土壤中还含有HCO3-和H2S等腐蚀性介质，而广州站和鹰潭站土壤中未检出HCO3-和H2S的含量。所以深圳站土壤腐蚀性强，广州站和鹰潭站土壤腐蚀性相对较弱。第27页/共72页3.5酸性土壤中混凝土材料腐蚀的主要影响因素（续）（3）土壤质地深圳站土质属重粘土或砂岩酸性土，土壤中含有较多的碎石和粗砂，有利于地下水的流通，有利于腐蚀产物的生成、溶解和流失以及再生成、再溶解和流失。加速了腐蚀性介质对混凝土材料溶出性腐蚀和分解性腐蚀的速度。（4）混凝土组成材料根据各试验站对所埋设的8种材料的检验结果，用矿渣水泥配制混凝土时耐蚀性优于其它水泥配制的混凝土。这说明，矿渣水泥在酸性土壤中的耐蚀性较其它水泥强。第28页/共72页3.6酸性土壤研究小结（1）酸性土壤对混凝土具有腐蚀性。腐蚀的严重程度，取决于土壤中所含腐蚀介质的种类、数量及土壤质地。（2）混凝土材料在酸性土壤中，混凝土内水泥继续水化使其抗压强度增长，土壤中各种腐蚀性介质对混凝土的腐蚀使混凝土强度下降，二者是同时进行的。在初期，强度增长速度大于下降速度，所以，混凝土总的强度是增长的。随着时间的延长，混凝土因腐蚀而下降的速度大于混凝土自身增长的速度，导致混凝土总的强度逐年下降。第29页/共72页3.6酸性土壤研究小结（续）（3）从深圳、广州、鹰潭等试验站所实测的结果可以看出，矿渣水泥在酸性土壤中的耐蚀性较好。（4）在酸性土壤中进行永久性建筑时，对地下部分的混凝土结构要进行防腐处理。特别是在深圳地区进行永久性建筑时，地下部分混凝土结构必须采取防腐措施。第30页/共72页4内陆盐土混凝土材料的腐蚀4.1内陆盐土中混凝土材料强度的变化

4.2内陆盐土中混凝土材料中性化

4.3内陆盐土中混凝土预埋钢筋的锈蚀

4.4内陆盐土混凝土腐蚀研究小结

第31页/共72页站名土壤PH值试件编号埋设年限原始强度腐后强度强度增长率(%)敦煌8.7QH-δ-544019.711.0-44.2QH-δ-554019.716.5-16.2QH-δ-564019.713.5-31.5QH-S4022.90-100鄯善8.53-A1230.544.5463-B1230.539.529.5托克逊8.84-C832.651.056.44-D831.449.357.0阜康9.63-A930.556.284.23-B930.551.568.9泽普9.24-C932.656.573.24-D931.451.764.5乌尔禾9.85-E934.670.0102.35-F936.765.979.4表8——内陆盐土中混凝土材料强度的变化

第32页/共72页内陆盐土中混凝土材料强度的变化规律各种混凝土试件，在埋设的初期，其抗压强度均有不同程度的增长。在埋设的后期，其抗压强度迅速下降。这是硫酸盐对混凝土腐蚀破坏的特征。硫酸盐对硬化水泥石的腐蚀，属于膨胀性腐蚀。在初始阶段，由于盐在混凝土孔隙中逐渐积聚而使混凝土密实了，使混凝土的强度有所增加，当混凝土孔隙和毛细孔中结晶体继续增长而明显膨胀的时候，特别是含有32个结晶水的水化硫铝酸钙生成和膨胀时，混凝土中硬化水泥石结构被破坏，混凝土强度迅速下降。第33页/共72页站名试件编号埋设年限测点数(n)中性化特征值δCvXmaxXmin敦煌QH-δ-54401422.61.960.0828.3616.84QH-δ-55401422.43.050.1431.5513.25QH-δ-56401423.272.220.1029.9316.61鄯善3-A121412.031.230.1015.728.393-B121412.861.790.1418.237.49托克逊4-C8145.541.730.3110.734.284-D8145.701.630.2910.650.75阜康3-A9146.010.430.077.304.723-B9145.930.660.117.913.95泽普4-C9145.980.650.117.934.034-D9146.120.470.087.534.71乌尔禾5——E5——F9142.920.170.063.432.419142.940.20.073.542.34伊宁5——G5——H9142.640.180.073.182.109142.610.170.073.122.10表9——内陆盐土中混凝土材料中性化第34页/共72页内陆盐土中混凝土材料中性化规律从表9中可以看出，各种混凝土虽然在土壤的严密封闭下，但仍发生中性化现象，中性化的主要原因是：（1）土壤中各种酸性腐蚀性介质的作用。土壤中含有各种可溶性硫酸根，可溶性硝酸、可溶性碳酸、可溶性氯离子等腐蚀性介质。这些腐蚀性介质渗入到混凝土中，与混凝土中的氢氧化钙发生反应，生成各种盐类，降低混凝土的碱性，使混凝土中性化。另外土壤中还有各种硫酸盐还原菌等微生物，各种微生物作用于混凝土，也会降低混凝土的碱性，加速混凝土的中性化。第35页/共72页内陆盐土中混凝土材料中性化规律（续）（2）土壤中二氧化碳的作用土壤中的二氧化碳比大气中多，土壤中空气的组成中二氧化碳的含量为0.74~9.74%。土壤中二氧化碳含量之所以多，是因为土壤中微生物的代谢和分解产生二氧化碳，有机质的腐烂产生二氧化碳，土壤中植物生长过程中根的活动产生二氧化碳，地下水中含的二氧化碳等。土壤中的二氧化碳对混凝土的渗透性强。土壤中的二氧化碳溶解于水中，含有大量的二氧化碳的水溶液侵蚀到混凝土中，然后和混凝土中的氢氧化钙发生反应生成碳酸盐，降低了混凝土的PH值，加速了混凝土的中性化速度。第36页/共72页内陆盐土中混凝土材料中性化规律（续）土壤中的二氧化碳和氢氧化钙的反应条件适合，土壤中二氧化碳溶解于水成溶态，混凝土在土壤中处于水饱和状态，硬化水泥石中的氢氧化钙也处于水溶液之中，二氧化碳和氢氧化钙在液相中的反应比在气固相中快得多。第37页/共72页站名试件编号埋设年限（年）钢筋展开面积(cm2)钢筋锈蚀面积(cm2)钢筋面积锈蚀率(%)敦煌QH-δ-544035.220.3657.8QH-δ-544035.221.0459.8QH-δ-554035.219.6455.8QH-δ-554035.220.2457.5QH-δ-564035.219.8656.4QH-δ-564035.220.3257.7表10——内陆盐土中混凝土预埋钢筋的锈蚀第38页/共72页内陆盐土中混凝土预埋钢筋的锈蚀规律从表10中可以看出，敦煌站所埋钢筋混凝土试件中预埋钢筋面积锈蚀率在50%以上。主要原因是：敦煌站土壤中氯离子含量为0.3%，敦煌站土壤中氯离子的大量存在，加速了混凝土中钢筋的锈蚀。

第39页/共72页4.4内陆盐土混凝土腐蚀研究小结敦煌等内陆盐土中含有大量的硫酸盐、碳酸盐、硫酸镁等强腐蚀性介质。对混凝土材料产生膨胀性破坏作用。土壤中含有盐类时，通过化学或物理作用，产生晶体。对于混凝土具有很大的膨胀破坏作用，其中硫酸盐化学腐蚀以及因水分蒸发导致盐类析晶的物理侵蚀最为突出。镁盐也具有较强的侵蚀性，镁离子一方面具有分解性侵蚀作用，另一方面与硫酸根离子并存，对硫酸盐侵蚀又有很大影响。因此，在研究硫酸盐侵蚀时，应将镁离子加以综合研究。第40页/共72页4.4内陆盐土混凝土腐蚀研究小结（续）硫酸盐对硬化水泥石的腐蚀，属于膨胀性腐蚀。在初始阶段，由于盐在混凝土孔隙中逐渐积聚而使混凝土密实了，使混凝土的强度有所增加在后期，当混凝土孔隙和毛细孔中结晶体继续增长而明显膨胀时，特别是含有32个结晶水的水化硫铝酸钙生成和膨胀时，混凝土中硬化水泥石结构被破坏，混凝土强度迅速下降。第41页/共72页5滨海盐土混凝土材料的腐蚀5.1滨海盐土中混凝土材料的强度发

5.2滨海盐土中的混凝土中性化

5.3滨海盐土混凝土腐蚀的研究小结

第42页/共72页站名土壤PH值试件编号埋设年限原始强度腐后强度强度增长率（%）大港8.43-B830.557.387.64-D831.455.376.25-E834.663.583.55-F836.756.253.05-G843.477.378.05-H845.760.532.4表11——滨海盐土中混凝土材料的强度发展第43页/共72页滨海盐土中混凝土材料的强度发展规律所埋的的各种混凝土及钢筋混凝土试件的抗压强度，均在逐年增高。编号为3-B的混凝土试件8年强度增长率为87.6%。混凝土强度相对增长较低的为编号为5-H的钢筋混凝土试件，8年混凝土抗压强度仅增长32.4%。

第44页/共72页站名试件编号埋设年限测点数(n)中性化特征值δCvXmaxXmin大港3-B8145.140.710.147.273.014-D8144.200.410.105.403.005-E8144.050.420.105.312.795-F8143.970.590.155.742.205-G8143.940.670.175.951.935-H8143.820.530.145.412.23表12——滨海盐土中的混凝土中性化第45页/共72页滨海盐土中的混凝土中性化规律埋设在大港的各种混凝土和钢筋混凝土试件，经过8年的土壤腐蚀后，中性化深度值较大。大港站所埋设各种混凝土和钢筋混凝土试件的中性化深度值之所以大，是因为大港站的土壤属于滨海盐土，土壤中含有大量的硫酸盐等腐蚀性介质。由于各种腐蚀性介质对混凝土的侵蚀作用，导致了混凝土的中性化。

第46页/共72页5.3滨海盐土混凝土腐蚀的研究小结（1）硫酸盐的腐蚀大港站土壤中含有大量的硫酸盐，对混凝土材料有很强的腐蚀性。腐蚀的一般规律是：在初期生成低分子的水化硫铝酸盐，在混凝土硬化水泥石毛细孔中结晶，增加硬化水泥石的密实性，提高混凝土的抗压强度。而随着埋设的延续，硫酸盐和硬化水泥石中的矿物成分进一步发生化学作用，生成含有32个结晶水的水化硫铝酸钙，其体积比原化合物的体积大几倍，引起混凝土材料的膨胀和破坏。第47页/共72页5.3滨海盐土混凝土腐蚀的研究小结（续）（2）氯离子对硫酸盐腐蚀的影响大港站土壤中含有大量的氯离子，氯离子对硫酸盐腐蚀具有抑制作用。科学工作者很早就注意到海水中和滨海盐土中大量氯离子对硫酸盐侵蚀具有抑制作用，通过对氯化钠、氯化镁、氯化钙三种常见氯化物盐进行试验，证实三者对于硫酸盐侵蚀具缓解作用，其作用归结为氯离子与水化铝酸钙反应而生成了氯铝化钙，从而减少具有危害性的钙矾石膨胀。氯离子对于钙矾石膨胀的抑制作用极其明显。在硫酸钠侵蚀溶液中分别加入氯化钠、氯化镁，侵蚀四个月后，不加氯离子试件呈巨大开裂而破坏，而掺有氯离子的试件，则不出现开裂。第48页/共72页6同一种混凝土材料在不同土壤中的腐蚀6.1同一种混凝土在不同土壤中的强度发展

6.2同一种混凝土在不同土壤中的中性化第49页/共72页序号试件编号埋设年限混凝土抗压强度（MPa）原始强度沈阳深圳新疆大港13-A857.241.638.5

30.523-B854.239.234.857.330.534-C854.538.051.0

32.644-D851.835.249.355.331.455-E865.740.070.063.534.665-F862.843.065.956.236.775-G874.848.5

77.343.485-H870.247.0

60.545.7表13——同一种混凝土在不同土壤中的强度发展第50页/共72页同一种混凝土在不同土壤中的强度发展规律沈阳站属中碱性土壤试验，经过8年的埋设，各种混凝土抗压强度发展正常，强度增长率为50~90%深圳站土壤属酸性土壤，对混凝土材料有较强的腐蚀，经过8年的埋设，各种混凝土材料的抗压强度仅增长3~15%。新疆站土壤属内陆盐，土壤中含盐量较高，经过8年的埋设，各种混凝土的抗压强度增长率为30~102%。大港站土壤属滨海盐土，土壤中含盐量较高，氯离子含量较高，经过8年的埋设，各种混凝土的抗压强度增长30~80%。

第51页/共72页序号试件编号埋设年限中性化平均值（mm）沈阳深圳新疆大港13-A84.345.705.85

23-B84.745.865.775.1434-C84.165.525.54

44-D84.225.105.705.4055-E83.714.022.924.0565-F83.553.772.943.9775-G82.383.422.643.9485-H82.213.162.613.82表14——同一种混凝土在不同土壤中的中性化第52页/共72页同一种混凝土在不同土壤中的中性化规律深圳、新疆和大港三个试验站中所埋设的各种混凝土材料的中性化平均值均大于沈阳站所埋设的相同混凝土材料的中性化平均值。主要原因是深圳站、新疆站和大港站所埋各种材料遭受酸和硫酸盐的腐蚀，降低了混凝土的PH值，导致了混凝土的中性化。各站混凝土材料中性化平均值，从试验编号3-A到5-H均有所下降。主要原因是编号5-H的混凝土抗压强度大于编号为3-A的混凝土抗压强度。这说明水灰比相对较小、密实性好、强度高的混凝土材料耐蚀性强。

第53页/共72页7钢筋混凝土桩土壤——大气腐蚀对比试验研究

7.1概况

7.2外观腐蚀情况

7.3各区位的混凝土强度

7.4各区混凝土的中性化深度

7.5混凝土中SO3和CaO含量的分析

7.6小结

第54页/共72页7.1概况

海岸工程和近海工程，由于受到海水及盐雾的物理作用和化学作用，钢筋混凝土遭受腐蚀破坏的严重程度一般比内地的建筑物严重。化学作用主要包括海水中的硫酸盐、镁盐及氯盐等腐蚀介质对混凝土的侵蚀；物理作用包括反复干湿作用的盐结晶压力等。经国家科委和国家基金委批准决定，在天津大港靠近海边的地区建立钢筋混凝土材料腐蚀试验站。大港中心试验站于1992年9月9日建成，并进行首批试件投放，共投放了钢筋混凝土桩20根，其规格为400mm×400mm×2000mm。投放形式为直立投放，地面以下1m，地面以上1m，进行滨海盐土地区大气腐蚀和土壤腐蚀综合性试验研究。经分批开挖和试验分析研究，取得了大量钢筋混凝土材料在沿海地区遭受土壤和大气腐蚀的基础数据，可为我国滨海盐土地区的基本建设提供科学依据。第55页/共72页7.1概况（续）大港滨海盐土土壤中含有多种硫酸盐，对混凝土的腐蚀主要是硫酸盐腐蚀；另外土壤中还存在其它的腐蚀介质，腐蚀介质的含量及对混凝土的腐蚀类别如下：大港滨海盐土土壤中氯离子（Cl-）含量为2.62%，容易使钢筋出现“坑蚀”现象。这是因为Cl-离子的半径小，活性大，具有很强的穿透氧化膜的能力，破坏钢筋表面的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。硫酸根离子（SO42-）含量为0.28%，其对混凝土的腐蚀属于硫酸盐腐蚀。碳酸氢根(HCO3-)含量为0.36%，其对混凝土的腐蚀属于弱酸性腐蚀。第56页/共72页7.2外观腐蚀情况根据综合试验研究计划，2000年11月对投放在大港中心试验站的钢筋混凝土桩进行了第二次开挖取样和试验研究，共开挖了三根钢筋混凝土桩，编号分别为DGZ-4、DGZ-5和DGZ-6。经过8年土壤和大气的综合腐蚀，钢筋混凝土桩各区位腐蚀的严重程度有很大的区别：腐蚀最严重的是从地面起0~350mm的吸附区，混凝土表面水泥砂浆严重剥落，石子外露，最大剥离深度为18mm，并出现顺筋裂缝，裂缝最大宽度为5mm，裂缝最大深度为40mm左右。大气区混凝土表面完整，风干后有起砂现象，但没有裂缝出现。从腐蚀特征看，腐蚀损坏最严重的是吸附区，其次是大气区，土壤区相对较轻。第57页/共72页7.2外观腐蚀情况（续）钢筋混凝土桩部分埋入土壤中与含盐溶液接触，通过毛细孔作用，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。特别是某些盐，因结晶温度不同，由带水晶体向结晶水晶体转化，体积显著增大而产生巨大的膨胀应力，加速混凝土破坏，其破坏速度和程度往往比化学反应侵蚀更快、更严重。吸附区混凝土的破坏比大气区和土壤区严重。第58页/共72页桩编号原始强度（MPa）腐后强度（MPa）大气区吸附区土壤区DGZ-426.548.542.561.1DGZ-526.560.057.259.8DGZ-626.560.949.253.3平均值26.556.549.658.1表15——各区位的混凝土强度

第59页/共72页各区位的混凝土强度变化规律从测试结果，钢筋混凝土桩各区的混凝土强度与原始强度相比都有所提高，这主要是由于混凝土中水泥的继续水化造成的。混凝土强度同时遭受各种腐蚀介质的侵蚀及水泥继续水化的影响，在早期，水泥的继续水化起主要作用，所以混凝土的强度是增长的。钢筋混凝土桩吸附区混凝土抗压强度低于大气区和土壤区。主要原因是吸附区遭受硫酸盐化学腐蚀损坏和盐类结晶膨胀的损坏比大气区和土壤区严重。

第60页/共72页桩编号部位中性化特征值δCvXmaxXminDGZ-4大气区9.461.500.1614.145.14吸附区12.321.400.1116.528.12土壤区7.901.100.1411.204.60DGZ-5大气区11.071.400.1315.276.87吸附区12.851.460.1117.288.52土壤区8.401.200.1412.004.80DGZ-6大气区11.432.160.1917.884.92吸附区13.751.540.1118.228.98土壤区8.501.390.1612.674.33表16——各区混凝土的中性化深度第61页/共72页各区混凝土的中性化深度变化规律三根钢筋混凝土桩中性化平均值最大的是吸附区，其次是大气区，土壤区相对较小。吸附区混凝土遭受硫酸盐等强腐蚀性介质的侵蚀较大气区和土壤区严重，由于硫酸盐等腐蚀介质的侵蚀，降低了混凝土的碱性，加速了混凝土的中性化。另外混凝土本身起砂、疏松、剥落后，也全加速内部混凝土的中性化。

第62页/共72页桩编号SO3(%)CaO(%)表面内部表面内部DGZ-46.622.4619.8226.58DGZ-55.912.7420.4427.41DGZ-66.462.4017.8529.56表17——混凝土中SO3和CaO含量的分析

第63页/共72页混凝土