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混凝土及钢筋混凝土材料土壤腐蚀数据积累
2010/02/02 00:00
来源：中国建筑科学研究院
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“混凝土及钢筋混凝土材料土壤腐蚀数据积累及规律性研究”课题，是国家“九五”重大基金项目“材料在我国自然环境中腐蚀数据积累及规律性研究”项目中的一个三级课题。
“九五”期间，该课题的主要研究内容是积累各种混凝土及钢筋混凝土材料在不同土壤中的腐蚀数据及腐蚀规律。
包括两个方面的内容——
（1）数据积累 腐蚀数据积累是本课题“九五”研究的基础。课题任务书要求在“九五”期间，持续积累各种腐蚀数据6000个。实际积累各种混凝土材料在不同土壤中的腐蚀数据9170个，超额52.8%。
（2）规律性研究 规律性研究是本课题“九五”研究的重点。根据几十年的试验研究成果，混凝土材料在不同土壤中的腐蚀形态、腐蚀规律、腐蚀机理及主要影响因素。
笔者首次提出我国主要土壤对混凝土及钢筋混凝土材料的腐蚀性分类。
我国主要土壤类型可分为中碱性土壤、酸性土壤、内陆盐土和滨海盐土四大类——
1 中碱性土壤混凝土材料的腐蚀
我国中原、华北、东北等地区的土壤一般为中碱性土壤。土壤ph值一般为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%。
在中碱性土壤中先后建立了西安、济南、南充、大庆、沈阳、成都等土壤腐蚀试验站，投放有15种混凝土及钢筋混凝土材料。
上述材料在土壤中埋设13～40年后，经过分批开挖取样和分析研究。普通混凝土和矿渣混凝土材料在土壤中埋设40年以后，其抗压强度分别增长70?38%；中性化平均值为5?mm；钢筋锈蚀率为零。混凝土试件表面cao含量略有降低，试件表面完整。这说明混凝土材料在中碱性土壤中是耐久的。
中碱性土壤对混凝土材料的腐蚀属于溶出性腐蚀，属于弱腐蚀或中等腐蚀。主要影响因素是土壤含水率、土壤透水性及硫酸盐等腐蚀介质的含量。
2 酸性土壤混凝土材料的腐蚀
我国南方各省的砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤等土壤类别属酸性土壤。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。酸性土壤对混凝土材料的腐蚀属分解性腐蚀，属中度腐蚀
在酸性土壤中建立了深圳、广州、鹰潭等酸性土壤腐蚀试验站，投放8种混凝土及钢筋混凝土材料。经过13年的埋设，广州站所埋各种混凝土材料的强度增长40%～80%；鹰潭站所埋混凝土材料的强度增长40%～75%；深圳站所埋各种混凝土材料的强度降低4%～16%。中性化平均值广州站是2.2～3.9mm；鹰潭站是1.9～3.4 mm，深圳站是3.2～5.7mm。广州站和鹰潭站混凝土试件表面完整，而深圳站混凝土试件表面起砂、疏松，砂浆剥落2～3 mm。主要原因是深圳站土壤中so4-2的含量是广州和鹰潭站的3倍，深圳站的土壤属强透水土层，有利于地下水的流通，有利于腐蚀产物的生成和流失。加速了腐蚀介质对混凝土材料的溶出性腐蚀和分解性腐蚀的速度。
3 内陆盐土混凝土材料的腐蚀
我国新疆、青海、甘肃、内蒙等地区的土壤类别属内陆盐土，土壤剖面中、下部形成明显的盐积层，在盐积层中易溶盐含量高达50%～60%。在青海省格尔木有一条盐桥大道。内陆盐土的土壤ph值大都在8.0～9.5。土壤中so4-2的含量最高达到占土壤重量的1.43%；cl-的含量达到0.82%～24.6%；mg+2的含量最高达到0.62%。此种土壤对混凝土材料产生极严重的膨胀性腐蚀破坏，属强腐蚀或极强度土壤。
在上述地区先后建立了敦煌、伊宁、哈密、库尔勒、玉门、格尔木等13个内陆盐土试验站，投放有10多种混凝土及钢筋混凝土材料及部分钢筋混凝土桩，为西部大开发基建工程建设提供各种腐蚀数据和研究成果。
各种混凝土材料在敦煌站埋设40年后，试件的上部膨胀3～5mm，强度降低40%～100%，有的挖出后全部松散开。中性化平均值达到30mm以上，钢筋锈蚀率达到60%～100%。
4 滨海盐土混凝土材料的腐蚀
我国沿海地区的土壤属滨海盐土。滨海盐土中的盐分组成主要是氯化物和硫酸盐。滨海盐土的ph值一般为7.5～8.5，土壤中cl-的含量最高达到土壤重量的2.62%；so4-2含量占土壤重量的0.28%～0.42%；还含有大量的碳酸盐和镁盐等强腐蚀性介质。
根据沿海地区经济发展和基本建设的需要，“七、五”期间在天津大港、浙江舟山建立2个滨海盐土试验站。在大港试验站投放有8种混凝土及钢筋混凝土材料，一种200mm×200mm×2000mm的钢筋混凝土桩。
经8年的埋设，腐蚀破坏最严重的是钢筋混凝土桩从地面起0～400mm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。滨海盐土对混凝土材料的腐蚀，主要是硫酸盐对混凝土材料的膨胀性破坏，氯化物破坏钢筋的钝化膜加速混凝土中钢筋的锈蚀。
滨海盐土中含有大量的氯化物，它的存在一方面破坏钢筋的钝化膜加速钢筋的锈蚀；另一方面对硫酸盐的腐蚀具有抑制作用。氯离子与硬化水泥石中的水化铝酸钙反应生成氯铝酸钙，从而减少了具有膨胀性破坏作用的水化硫铝酸钙（钙矾石）的生成量。这是滨海盐土对混凝土材料腐蚀的一个特点，它区别于内陆盐土中氯化物和硫酸盐对混凝土材料腐蚀的机理和规律。
本课题属“九五”重大基金项目“材料在我国自然环境中腐蚀数据积累及规律性研究”的研究课题。
该课题结题验收会于2003年8月28日在北京召开。验收会由国家基金委和专家组共同主持，在听取各课题总结汇报后，专家们经过投票一致认为，该项目总体达到“a”（特优）的水平。
作者：马孝轩
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