翟光恒

鹽業(yè)企業(yè)尤其是井礦鹽生產(chǎn)企業(yè)，在長期的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，由于設(shè)備故障、管道腐蝕等原因，不可避免地會(huì)出現(xiàn)含鹽液體跑冒滴漏和鹽塵飛散，對制鹽建筑物產(chǎn)生一定腐蝕，影響其使用壽命。針對這一情況，全面分析這類腐蝕的形成原因，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防與維護(hù)措施，可有效延長建筑物的使用時(shí)間，減少企業(yè)不必要的投入，提升企業(yè)運(yùn)行質(zhì)量。山東省鹽業(yè)集團(tuán)有限公司所屬礦鹽企業(yè)在長期生產(chǎn)運(yùn)行中，曾出現(xiàn)部分混凝土梁、柱內(nèi)的鋼筋銹蝕，混凝土表面沿鋼筋縱向開裂等現(xiàn)象，期間聘請建筑機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，聯(lián)合建筑設(shè)計(jì)研究部門，對其進(jìn)行分析探討，此后采取了有效措施，取得顯著成效。

一、制鹽企業(yè)建筑物受腐蝕的機(jī)理

混凝土為非均質(zhì)顆粒型復(fù)合材料，在物理本質(zhì)上是一種多孔材料。由于孔隙的存在，為含鹽液態(tài)介質(zhì)的侵入提供了通道?；炷恋母g破壞一般有以下幾種形式：

鹽結(jié)晶破壞。與混凝土接觸的含鹽液體，在毛細(xì)張力的作用下，可被混凝土毛細(xì)管提升。當(dāng)環(huán)境或天氣干燥、空氣中濕度降低時(shí)，相應(yīng)的毛細(xì)孔中的水分會(huì)向空氣中散發(fā)。毛細(xì)孔中的溶液被濃縮，形成鹽結(jié)晶，并按特有的結(jié)晶特征不斷長大。當(dāng)這種鹽結(jié)晶的生長作用受到毛細(xì)孔壁限制時(shí)，將對孔壁產(chǎn)生巨大的結(jié)晶壓力，致使混凝土在結(jié)晶壓力作用下受到破壞。

鹽晶變膨脹破壞。由于山東礦鹽企業(yè)所開采的大汶口地下鹽礦鹵水為CaSO4型，其鹽晶中不可避免地含有NaCl、CaSO4、Na2SO4等成分。隨著溫度變化，這種混合鹽晶就可能發(fā)生晶變，含有不同數(shù)量的結(jié)晶水。鹽晶變的結(jié)果會(huì)使混合鹽晶的體積隨之膨脹，當(dāng)深入到混凝土內(nèi)部的混合鹽晶發(fā)生晶變膨脹時(shí)，會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

硫酸鹽對混凝土的腐蝕。硫酸鹽對混凝土的腐蝕，是化學(xué)作用和物理作用相結(jié)合的結(jié)果。有關(guān)資料表明，硫酸根離子與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣、鋁酸鈣可發(fā)生如下反應(yīng)：

生成的高硫型水化硫鋁酸鈣晶體（鈣礬石），因含有大量的結(jié)晶水，使水泥體積比原來增大，在內(nèi)部產(chǎn)生較大的膨脹壓力，會(huì)使混凝土開裂。當(dāng)混凝土開裂后，硫酸鹽及含鹽水溶液又會(huì)對暴露的鋼筋產(chǎn)生腐蝕，造成更大的危害。

二、制鹽企業(yè)建筑物中鋼筋受腐蝕的機(jī)理

混凝土對鋼筋的保護(hù)作用。混凝土對其內(nèi)部產(chǎn)生支撐作用的鋼筋有物理和化學(xué)兩種保護(hù)作用。混凝土將鋼筋完全覆蓋，在一定時(shí)期內(nèi)，使鋼筋與外界隔離，這樣，鋼筋在相對干燥和與腐蝕性離子隔離的條件下，可在一定時(shí)間內(nèi)保持不銹蝕狀態(tài)。更重要的是，混凝土對鋼筋具有化學(xué)保護(hù)作用，這一保護(hù)作用是由水泥水化過程產(chǎn)生的氫氧化鈣（普通硅酸鹽水泥可產(chǎn)生8%～15%）而提供的。其過程是一個(gè)特別的水合化學(xué)反應(yīng)：

氫氧化鈣的溶解度很小，通常以固體狀態(tài)存在。它能使混凝土保持高堿度（液相PH 值一般在12.5 ～13.6 之間）。在這一高堿度環(huán)境中，鋼筋表面生成了一層保護(hù)性鈍化膜，從而使鋼筋免受腐蝕。研究表明，當(dāng)PH＜9.88時(shí)，鋼筋表面的氧化物是不穩(wěn)定的，即對鋼筋沒有保護(hù)作用；當(dāng)pH 值在9.88 ～11.5 區(qū)間時(shí)，鋼筋表面的氧化膜不完整，不能完全保護(hù)鋼筋免受腐蝕；只有當(dāng)pH ＞11.5 時(shí)，鋼筋才能完全處于鈍化狀態(tài)。因此，混凝土保持高堿度是保護(hù)建筑物中的鋼筋的必要條件。

混凝土堿度的易失性和化學(xué)不穩(wěn)定性。主要有兩個(gè)方面：一是堿的水溶性流失。氫氧化鈣的溶解度不大，通常以固體形式存在，但它仍有一定的溶解度，在純水中的溶解度一般為1.2g/L，當(dāng)有Cl-、SO42-、Na+等離子存在時(shí)，其溶解度會(huì)大大提高。二是存在堿的中和。“碳化”是中和的最常見現(xiàn)象，大氣中的CO2與水泥中的Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)生成中性鹽，此外，工業(yè)大氣、產(chǎn)鹽污水，加之鹵水本來就都呈弱酸性，因此，因設(shè)備跑冒滴漏，含鹽水溶液可直接中和混凝土中的堿，并同時(shí)破壞水泥中的其他成分。在各種形式的中和作用下，會(huì)使混凝土不能長期保持其高堿度，也就不能保證建筑物中的鋼筋不被銹蝕。因此，混凝土的堿度降低，是影響制鹽企業(yè)建筑物使用壽命的重要因素之一。

Cl-對鋼筋的腐蝕作用。Cl-隨溶液滲入混凝土內(nèi)，超過臨界值，就會(huì)引起混凝土中的鋼筋銹蝕。Cl-對鋼筋銹蝕的主要作用是：一是局部酸化作用破壞鈍化膜。含鹽水溶液中的Cl-到達(dá)鋼筋表面吸附于鈍化膜位置時(shí)，可使該處的pH 值迅速降低。當(dāng)足夠量的Cl-滲透到建筑物中的鋼筋表面時(shí)，混凝土內(nèi)鋼筋的電位—pH 值圖會(huì)發(fā)生變化，腐蝕區(qū)域會(huì)擴(kuò)大；當(dāng)Cl-濃度達(dá)到足夠大時(shí)，可使鈍化區(qū)消失，使鋼筋處于被腐蝕狀態(tài)。二是形成“腐蝕電池”。Cl-對鋼筋表面的鈍化膜首先發(fā)生局部破壞，使這些部位裸露出金屬鐵，與尚完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成電位差，形成“腐蝕電池”。這種小陽極、大陰極的腐蝕電池，會(huì)使銹蝕迅速發(fā)展。三是Cl-的陽極去極化作用。在氯離子的作用下，腐蝕電池的陽極反應(yīng)產(chǎn)物Fe2+會(huì)被及時(shí)“搬運(yùn)”走，不使其在陽極區(qū)堆積下來。以氯化物形式出現(xiàn)的腐蝕產(chǎn)物會(huì)進(jìn)一步水解，釋放出氯離子，這就使氯離子在鋼筋腐蝕過程中本身不被消耗。這樣，凡進(jìn)入混凝土中的游離態(tài)的Cl-，會(huì)周而復(fù)始地發(fā)生作用，為此，氯化物侵蝕一旦發(fā)生就很難補(bǔ)救。四是降低混凝土電阻。進(jìn)入混凝土中的游離態(tài)的Cl-及Na+等，都會(huì)參與混凝土中的離子導(dǎo)電，降低混凝土電阻，提高腐蝕電池的電導(dǎo)率，增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性，加速對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕進(jìn)程。同時(shí)，SO42-也會(huì)促進(jìn)鋼筋腐蝕。制鹽企業(yè)建筑物中鋼筋受到腐蝕的結(jié)果，不但降低混凝土的整體強(qiáng)度，而且鋼筋腐蝕的產(chǎn)物會(huì)使鋼筋的體積增大，其膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)促使混凝土開裂。

三、制鹽企業(yè)建筑物的腐蝕防護(hù)與修復(fù)

設(shè)計(jì)、施工階段加強(qiáng)對腐蝕的防護(hù)。在制鹽企業(yè)建筑物的設(shè)計(jì)與施工過程中，要最大限度地提高混凝土本身的低滲透性，并在生產(chǎn)運(yùn)行中保持低滲透性，這是保持制鹽企業(yè)建筑物結(jié)構(gòu)耐久性的最基本措施。主要應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)：一是設(shè)計(jì)方面的措施：結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意盡量控制混凝土表面、接縫和密封處積水，盡量減少受潮和濺濕的表面積，提前預(yù)計(jì)到可能會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于檢測、維修和更換。摻加鋼筋阻銹劑，如亞硝酸鈣等。選用高性能水泥。如雙摻高性能水泥、抗硫酸鹽的硅酸鹽水泥等。混凝土的表面處理。在構(gòu)件表面用防腐涂料覆蓋、加覆蓋層或采用防滲透控制模板。二是施工中注意的措施：嚴(yán)格控制材料質(zhì)量和施工質(zhì)量?？刂剖┕び盟暮}總量，防止鹽分的早期摻入。控制水灰比。有充分的濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

建筑物腐蝕早期的維修。維修腐蝕結(jié)構(gòu)的時(shí)機(jī)選擇非常重要，在建筑物腐蝕早期進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，其成效是明顯的。建筑物早期的腐蝕主要表現(xiàn)在對混凝土的腐蝕上。在剛剛發(fā)生輕微腐蝕時(shí)，可清除已被腐蝕的混凝土，用密實(shí)混凝土或沙漿修補(bǔ)。注意宜選用高性能水泥，表面加涂層防護(hù)；若周邊環(huán)境中鹽的腐蝕情況比較嚴(yán)重，應(yīng)采用強(qiáng)化措施，即使用含水泥聚合物的沙漿或混凝土修補(bǔ)，或使用全樹脂沙漿和水泥修補(bǔ)，然后在外部用樹脂纖維等材料保護(hù)，或在外部用板、磚等做好防護(hù)。

建構(gòu)物腐蝕嚴(yán)重時(shí)的維修。如果建筑物的混凝土被腐蝕后未能及時(shí)得到修復(fù)，就會(huì)繼續(xù)加重，誘發(fā)鋼筋受到腐蝕。主要特征是建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)順筋銹脹裂縫。對鋼筋腐蝕的維修，首先要分析含鹽水溶液對結(jié)構(gòu)腐蝕所達(dá)到的程度，只要對整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度影響不是很大，可以通過局部或部分修復(fù)的方式恢復(fù)其結(jié)構(gòu)性能。最常用的方法是采用挖補(bǔ)修復(fù)后加密封涂層的方案，必要時(shí)對結(jié)構(gòu)梁柱進(jìn)行大面積加固。其修補(bǔ)方法為：先對原有結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理，把表面的灰層鏟除，包括已開裂或松動(dòng)部分要全部鏟除掉，對混凝土表面的缺陷清理至密實(shí)部位并將表面鑿成麻坑狀。再打掉梁或柱的棱角，清除混凝土表面的浮塊、碎渣、粉末，用高壓水沖洗干凈，如結(jié)構(gòu)表面處有積水，應(yīng)提前吸干或烘干，然后對銹蝕的鋼筋表面進(jìn)行除銹處理，再用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠涂覆。為加強(qiáng)新、舊混凝土的整體結(jié)合，在原有混凝土結(jié)合面上至少涂刷兩層水泥漿。如果腐蝕嚴(yán)重需要大面積加固，則需要重新植入鋼筋并將新舊鋼筋焊接。焊接時(shí)應(yīng)采取減少焊接附加應(yīng)力的措施，焊縫要飽滿，盡量減少或避免對受力鋼筋的損傷，最后立好模板，澆筑混凝土并搗實(shí)。為保證新澆混凝土的強(qiáng)度及新舊結(jié)合面的黏結(jié)程度，需控制新澆混凝土的水灰比和坍塌度，在澆筑加固混凝土十二小時(shí)內(nèi)開始飽水養(yǎng)護(hù)兩周左右，期間可用麻袋等覆蓋在加固混凝土表面，定時(shí)澆水，養(yǎng)護(hù)期過后再及時(shí)進(jìn)行防腐處理。

總之，在制鹽企業(yè)生產(chǎn)過程中，控制含鹽水溶液浸入建構(gòu)筑物，是避免腐蝕和搞好防護(hù)與維修的關(guān)鍵。因此，制鹽企業(yè)在設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)和日常維修中，應(yīng)盡量降低混凝土的滲透性，減少含鹽水溶液在混凝土表面的長時(shí)間積聚和存留，特別是在腐蝕發(fā)生的早期，要注重加強(qiáng)維護(hù)，及時(shí)及早修復(fù)，才能保護(hù)建筑物的耐久性，確保制鹽企業(yè)的生產(chǎn)安全和高質(zhì)量發(fā)展！