摘要：針對寒冷地區使用除冰鹽而造成混凝土結構嚴重損傷，使用年限大為減少的現象，分析了除冰鹽對混凝土結構的破壞機理及其影響因素，并提出相應的防治措施。
　　關鍵詞：除冰鹽;混凝土;剝蝕破壞;凍融
　　1引言
　　由于過去偏重混凝土的強度特性而忽略了耐久性，致使很多混凝土結構沒有達到預期使用年限而過早的破壞。造成了巨大的經濟損失。國內外很多混凝土結構都出現了耐久性問題。其中，對耐久性影響比較嚴重的兩個原因是鋼筋銹蝕和凍融破壞。
　　混凝土的凍融破壞一般發生在寒冷地區經常與水接觸的建筑，如橋面，路面等[1]。為了防治道路積雪、結冰引起的交通事故，保證道路的暢通，通常在路面撒除冰鹽（NaCl和CaCl2）進行除冰和融雪。致使混凝土在凍融循環破壞的同時，在除冰鹽的共同作用下，使其破壞速度遠大于普通凍融破壞，從而加速了混凝土路面、橋面的剝蝕，甚至骨料裸露。嚴重影響水泥混凝土的使用壽命。美國每年用于修復由鹽凍而導致路和橋面破壞的費用大于2000億美元，是初建費的4倍。我國北方地區由于除冰鹽的使用，也出現了大量的混凝土路面和橋面過早破壞，或者嚴重剝蝕。因此由于除冰鹽和凍融的共同作用，而導致混凝土過早破壞是一個急待解決的問題，應該引起人們的足夠重視。
　　2鹽凍對混凝土的破壞機理
　　目前，對鹽凍引起的混凝土損傷程度，一般采用相對動彈性模量和質量損失率表示。相對動彈性模量本身反應的是混凝土內部的微裂紋開展情況，質量損失反應混凝土表面的破壞程度，達到一定的程度的質量損失，混凝土表面剝落會造成骨料的暴露。因此，現在很多實驗研究中，用這兩個指標反應混凝土內部和表面受到損傷的程度。
　　2.1物理作用機理
　　除冰鹽的吸濕作用和保水作用，大大提到了混凝土的保水度和滲透壓，使混凝土內部的滲透壓和結冰壓增大，加劇了凍融破壞。此外，由于除冰鹽的使用，當吸入了鹽溶液的混凝土失水干燥時，孔中鹽過飽和而結晶，在交替的干濕循環下，鹽的結晶壓力使混凝土膨脹開裂。
　　使用除冰鹽的混凝土由于滲透程度的不同，使不同厚度處鹽濃度分布存在差異[2]，其結冰程度也不相同，造成混凝土內部的應力差，進而導致混凝土的剝落。Rosli和Harnick認為[3]：除冰鹽融化時從混凝土吸收了大量熱能，是表面的混凝土溫度驟減，對混凝土引起低溫沖擊作用，產生溫度應力，加劇了混凝土的凍融破壞。
　　2.2化學作用機理
　　除冰鹽對混凝土有化學侵蝕的作用[4]。有研究表明，長期暴露在NaCl溶液中的水機漿體，其水化產物Ca(OH)2會于NaCl發生化學反應：
　　NaCl+Ca(OH)2→2NaOH+CaCl2
　　Ca(OH)2的濾出增加了混凝土暴露面附近的空隙率，使結冰量增加，進一步加劇混凝土剝蝕破壞。同時CaCl2比NaCl具有更強烈的化學侵蝕作用，當溫度超過30℃，濃度超過20%時，混凝土中的Ca(OH)2會于CaCl2反應生成3Cao•CaCl2•15H2O復鹽而溶出，對混凝土結構影響并不是太大。而當溫度小于30℃時，3Cao•CaCl2•15H2O復鹽在混凝土內部形成，屬于膨脹型產物。復鹽主要集中在混凝土的表層，當其產生膨脹時，引起混凝土表層剝落。同時，由于消耗了大量的Ca(OH)2，破壞了C-S-H凝膠和Ca(OH)2之間的平衡，導致C-S-H凝膠的分解，促進表面剝落，破壞混凝土結構。
　　其實，現有的凍融循環實驗方法中，試件的制作流程、養護條件、凍融循環制度及鹽溶液的濃度取值，不同的方法在具體參數上存在很大的差異，主要表現在凍融制度（凍融循環溫度，凍結持續時間，降溫速率）、傳熱介質及其接觸方式和評價指標等方面。對其進行的研究，大多通過對比實驗，得出對比結果。并且隨著環境和混凝土自身性質的改變，鹽凍的破壞力以及未凍結水的遷移方向都有可能發生改變，其作用機理也可能發生變化。迄今為止，對混凝土鹽凍害機理的認識并沒有統一的結論。
　　3鹽凍作用下混凝土破壞特征
　　凍融破壞是一個物理過程，裂縫與集料邊緣相互連通，而破壞集料周圍的漿體，在破壞發展到一定程度時會酥松，骨料與漿體之間存在與骨料粒徑相關的裂縫，并不發生化學侵蝕現象。混凝土在保水狀態下因凍融循環在內部產生裂縫并逐步累積擴展，導致混凝土的疏松開裂和體積膨脹。最常見的兩種破壞方式是有凍脹開裂和體積膨脹。而除冰鹽的使用又加速和加劇了凍融破壞。
　　在使用除冰鹽情況下，混凝土更多的表現為表面剝蝕，破壞從表面逐步向內部發展，使表面水泥砂漿層剝落，骨料暴露，致使表面凹凸不平，而在剝蝕層下的混凝土層依然保持良好的密實性。混凝土的剝落是一層一層的向下發展的。在破壞截面上能看到分層剝蝕的痕跡，當到實際路面或橋面觀察時，在未受干擾處甚至能看到白色的NaCl結晶體。當混凝土表面鹽溶液為中低濃度時，破壞最為嚴重。濃度過高或者過低混凝土的剝落量都會減小，即存在一個臨界質量分數，文獻報道的臨界質量分數一般為3.0%～4.0%[5]，故很多實驗都用質量分數為3.5%的NaCl溶液作為凍融實驗介質。而當混凝土表面上不存在鹽溶液層時，剝蝕量將大為減少。只有在最低溫度低于-10℃時，混凝土才發生剝蝕破壞，且破壞隨著最低氣溫的降低和持續時間的增加而增大。并且鹽凍破壞非常快，如果不采用摻入引氣劑增加其耐久性的方式，破壞往往經一兩個冬季就可看到，比堿—骨料反應快。
　　4防治與改善措施
　　混凝土受凍破壞的根本原因是混凝土存在可凍水，因此，如何避免混凝土受凍前具有較高的保水度是一個非常重要的問題。首先應在橋、路面上合理的開排水溝或埋排水管道，使融化水及時的排出。其次，應提高混凝土的抗滲性能。抗滲性能對混凝土的抗凍耐久性起重要的作用，滲透控制著水分滲入的速率和混凝土的保水程度，控制著冰凍時水的移動。而混凝土的抗滲性取決于混凝土的密實程度、空隙數量和空隙構造等。具體的方式是，在寒冷地區制作混凝土結構時，采用低的水膠比，充分振搗和養護，摻入適量的硅灰、粉煤灰和礦渣等混合材料，可以形成滲透性很低的混凝土結構從而提高其耐久性。減小由于凍融而造成的損害。
　　引氣劑的加入能在混凝土中產生大量的微小氣泡，從而顯著減低了混凝土的氣泡間距。工程實踐表明，適當摻入引氣劑是提高普通混凝土抗凍的最主要的措施之一。同時引氣劑的加入還能對新拌混凝土和硬化混凝土的性能產生一定的影響。增加混凝土的工作度和塑性，減小混凝土的離析和泌水。在我國的北方地區，混凝土結構都應該適當加入引氣劑，特別是在除冰鹽存在的環境更應該摻加，引氣量最好控制在5.0%左右。
　　適當降低水灰比。水灰比從兩方面影響混凝土的抗凍性，即強度和可凍結水的量。水灰比是影響混凝土抗凍性能的主要因素之一。當水灰比高于一定值時，混凝土中含有可凍結的水量增加，孔結構粗大，混凝土的強度和抗凍性降低。為了使混凝土具有更好的抗凍性能，水灰比最好≤0.45。
　　骨料也是影響混凝土抗鹽凍剝蝕的重要因素。不應該將一些對凍融敏感或者具有較高孔隙率的骨料應用于受凍融的混凝土結構上。有研究表明，在制備混凝土時適量的加入硅灰能夠顯著的提高混凝土的抗鹽凍性能。由于鹽凍破壞是從混凝土表面向內部發展的，因此施工時的澆注、振搗、抹面、養護和表面處理決定混凝土表面層的質量，要特別注意混凝土表面的養護和保護。在泌水停止前，要防止新拌混凝土表面迅速干燥；在泌水消失前不要抹面，并且要防止過分抹面。同時，一些新的融雪劑的研發，以及控制撒鹽的數量等都可以有效減少鹽凍對混凝土結構損傷。
　　5結語
　　當除冰鹽存在時，混凝土遭受鹽凍破壞，已經在世界范圍內造成了嚴重的影響和巨大的經濟損失。如何有效較少鹽凍的破壞以及由除冰鹽所帶來的影響應該引起人們的足夠重視。應建立更加科學和合理的實驗方法，進一步研究鹽凍對混凝土結構的破壞機理，從而采取相應的措施較少鹽凍對混凝土的損害。
　　參考文獻：
　　[1]梅泰,混凝土性能與材料[M].祝永年,等譯.上海:同濟大學出版社,1991.
　　[2]張國強.混凝土抗鹽凍研究[D].北京:清華大學,2005.
　　[3]Rosli,A1andHamick,A1B1Improvingthedurabilityonconceretetofreezinganddeicingsalts[M]1DurabilityofBuildingMaterialsandComponents,1980.
　　[4]單煒,張玉富,柳俊哲.除冰鹽對堿骨料反應的影響研究[J].低溫建筑技術,2004,(6):1-2.
　　[5]黃士元,蔣家奮,楊南如,等.近代混凝土技術[M].西安:陜西科學技術出版社,1998.