一、前言
硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素之一，它也是影响因素最复杂、危害性最大的一种侵蚀，近年来在公路、桥梁、水电等工程均发现混凝土结构物受硫酸盐侵蚀的问题，严重的甚至导致混凝土结构物的破坏。
二、工程概况
新疆北疆片区公路不良地质段，主要类型为硫酸盐中、强、过盐渍土，试验资料表明，硫酸盐最高含量达7.98%(取样深度在1.0m内)。台身将埋置于此种盐渍土中，如何确保桥涵混凝土质量，使其免受硫酸盐侵蚀破坏，是我们工程技术人员应该探讨分析的课题。
三、硫酸盐侵蚀混凝土的破坏机理
硫酸盐侵蚀混凝土破坏是一个复杂的物理化学过程，其实质是外界侵蚀介质中的SO42-进入混凝土的孔隙内部，与水泥石的某些组分发生化学反应生成膨胀性产物，而产生膨胀内应力，当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时，就会使混凝土强度严重下降，导致桥涵混凝土遭受破坏。
混凝土受硫酸盐侵蚀的特征是表面发白，损害通常是在棱角处开始，接着裂缝开展并剥落，使混凝土成为一种易碎的，甚至松散的状态。
根据结晶产物和破坏型式的不同，硫酸盐锓蚀破坏可分为两种类型：
（一）钙矾石膨胀破坏。
绝大多数硫酸盐对混凝土都有显著的侵蚀作用(硫酸钡除外)，这主要是由于硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与水泥石中的Ca (OH) 2作用生成硫酸钙，硫酸钙再与水泥石中的固态水化铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O即钙矾石，简写为AFt)。
以Na2SO4为例，其反应方程式为：
钙矾石是溶解度极小的盐类矿物，在化学结构上结合了大量的结晶水，其体积约为原水化铝酸钙的2.5倍，使固体体积显著增大，加之它在矿物形态上是针状晶体，在原水化铝酸钙的固相表面成刺猬状析出，放射状向四方生长，互相挤压而产生极大内应力，致使混凝土结构物受到破坏。钙矾石膨胀破坏的特点是混凝土试件表面出现少数较粗大的裂缝。
（二）石膏膨胀破坏。
当侵蚀溶液中SO42-浓度相当高(大于1000mg/L)时，水泥石的毛细孔若为饱和石灰溶液所填充，不仅有钙矾石生成，而且在水泥石内部还会有二水石膏(CaSO4·2H2O)结晶析出，反应方程式为：
从Ca (OH) 2转变为石膏，体积增加为原来的两倍，使混凝土因内力过大而导致膨胀破坏。石膏膨胀破坏的特点是试件没有粗大裂纹但遍体溃散。
四、影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素
影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素很多，除环境条件(天气、水分蒸发、干湿交替、冻融循环等)外，概括起来为两大方面：混凝土本身的性能和侵蚀溶液。
（一）混凝土本身性能。
混凝土本身的性能是影响混凝土抗硫酸盐侵蚀的内因，它不仅包括混凝土水泥品种、矿物组成、混合材的掺量，而且还包括混凝土的水灰比、强度、外加剂以及密实性等。
1、水泥品种。
不同品种的水泥配制的混凝土具有不同的抗硫酸盐侵蚀的能力。混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力在很大程度上取决于水泥熟料的矿物组成及其相对含量，尤其是C3A和C3S的含量，因为C3A水化析出水化铝酸钙是形成钙矾石的必要组分，C3S水化析出的Ca (OH) 2是形成石膏的必要组分，降低C3A和C3S的含量也就相应地减少了形成钙矾石和石膏的可能性，从而可以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀的能力。
2、混合材的掺量。
一般说来，混合材掺量越多，混凝土抗侵蚀能力越强，因为混凝土中掺入活性混合材后，除了能够降低C3A和C3S的含量外，而且活性混合材还能与水泥水化产物Ca (OH) 2发生二次水化反应。其产物主要填充水泥石的毛细孔，提高水泥石的密实度，降低水泥的孔隙率，使侵蚀介质浸入混凝土内部更为困难。另外，二次水化反应使石膏结晶受阻。由于二次水化反应，使水泥石中Ca (OH) 2含量大量减少和毛细孔中石灰浓度降低，即使在SO42-浓度很高的环境水中，石膏结晶的速度和数量也大大减少，从而使混凝土的抗侵蚀能力增强。
3、混凝土的密实性和配合比。
混凝土的密实度对其抗硫酸盐侵蚀能力具有重大影响。混凝土的密实度越高，就使混凝土的孔隙率越小，那么侵蚀溶液就越难渗入混凝土的孔隙内部。另外，混凝土的密实度越高，也会使混凝土的强度提高，因此合理设计混凝土配合比是非常必要的。尤其是降低水灰比、掺适量的减水剂，可使混凝土的密实度增大，从而显著地提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀的能力。
（二）侵蚀溶液。
侵蚀溶液中SO42-的浓度及其它离子的浓度、PH值以及环境条件如水分蒸发、干湿交替和冻融循环等，共同构成了影响混凝土抗硫酸盐侵蚀外因。
1、侵蚀溶液中SO42-浓度。
当侵蚀溶液中SO42-≤400PPm时，对混凝土不构成显著的破坏;SO42-在400～1200PPm时为微弱性破坏;在1200～2000PPm时为中等强度破坏，在2000～5000PPm时为极强烈破坏。
2、侵蚀溶液中SO42-与Mg2+共存。
当侵蚀溶液中SO42-与Mg2+共存时，将发生硫酸镁破坏：
上述反应不仅有Mg (OH) 2的沉淀生成使液相中石灰深度降低，从而促进水泥石分解，而且生成的石膏有形成石膏结晶侵蚀的可能，同时石膏又可与水化铝酸钙作用有形成钙矾石结晶侵蚀的可能，两种侵蚀将使水泥石表层松散，从而促进了Mg2+向水泥石内部扩散，加剧了镁盐侵蚀，而镁盐侵蚀又相当于提供了大量的Ca2+，又促进了石膏和钙矾石结晶侵蚀。另外，SO42-和Mg2+共存时，还能与水化硅酸钙(C-S-H)反应，致使C-S-H不断分解，所以当环境水中SO42-和Mg2+共存时，较其它硫酸盐有更大的侵蚀作用。
3、侵蚀溶液中SO42-和Cl-共存。
当侵蚀溶液中SO42-和Cl-共存时，Cl-的存在显著缓解硫酸盐侵蚀破坏的程度和速度，这是由于Cl-的渗透速度大于SO42-。在SO42-和Cl-共存时，对于表面的混凝土，水泥石中的水化铝酸钙先与SO42-反应生成钙矾石，当SO42-耗尽后才与Cl-反应。而对于内部的混凝土，由于Cl-渗透速度大于SO42-，因此Cl-先行渗入并与OH-置换，反应方程式为：Ca (OH) 2+2Cl-=CaCl2+2OH-
当Cl-浓度相当高时，Cl-还可与水化铝酸钙反应生成三氯铝酸钙。由于水化铝酸钙的减少，使钙矾石结晶数量减少，从而减轻硫酸盐侵蚀破坏的程度。
4、侵蚀溶液的PH值。
随着侵蚀溶液PH值的下降，侵蚀反应不断变化，当PH=12.5～12时，钙矾石结晶析出，当PH=11.6～10.6时，石膏结晶析出。当PH<10.6时，钙矾石开始分解，与此同时，当PH<12.5, C-S-H凝胶也将溶解和再结晶，其钙硅比CaO/SiO2逐渐下降，由PH=12.5时的2.12降到PH=8.8时的0.5，水化产物的溶解—过饱和—再结晶过程不断进行，从而引起混凝土的孔隙率、强度和粘结力的变化。当PH<8.8时，既使掺超塑化剂和活性混合材的混凝土也难免遭受侵蚀。
五、防止或减轻混凝土硫酸盐侵蚀的方法
由以上混凝土硫酸盐侵蚀机理的分析可以看出，导致混凝土硫酸盐侵蚀的内因主要是水泥石水化铝酸钙、Ca (OH) 2和毛细孔，外因则是侵蚀溶液中存在SO42-。因此，防止或减轻混凝土硫酸盐侵蚀的主要方法有：
（一）合理选择水泥品种。
根据侵蚀环境的特点，合理选择水泥品种，配制出抗硫酸盐侵蚀的混凝土。选C3A含量低的水泥(如抗硫酸盐水泥)和掺活性混合材水泥(如矿渣水泥)配制出的混凝土具有很强的抗硫酸盐侵蚀能力。
（二）提高混凝土密实性。
水泥水化需水量仅为水泥质量的10～15%左右，而实际需水量(由于施工等因素的要求)高达40-70%，多余的水分蒸发后形成了连通的孔隙，侵蚀介质就容易渗入水泥石的内部，从而加速了侵蚀。大量事实证明降低W/C，可显著提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。因此，在施工中应合理设计混凝土的配合比，降低W/C，改善集料的级配，掺适当的外加剂及改善施工方法等措施均能提高混凝土的密实度。
（三）采用高压蒸汽养生。
采用高压蒸汽养生能消除游离的Ca (OH) 2，同时C2S和C3S都形成晶体水化物，比常温下形成的水化硅酸钙要稳定得多，而C3A则水化成稳定的立方晶系C3AH6代替了活泼得多的六方晶系C4AH12，变成低活性状态，改善了混凝土抗硫酸盐性能。
（四）增设必要的保护层。
在混凝土表层加上耐腐蚀性强且不透水的保护层(如沥青、塑料、玻璃等)，可使混凝土与侵蚀溶液隔离，从而避免了混凝土遭受侵蚀。
六、具体做法
针对于盐渍土段落长，其间构造物多、地下水位高等客观因素，第九合同段工程技术人员系统地分析了侵蚀因素的综合作用，除上述第3种方法因在桥涵构造物施工中难以实现外，采用了其余三种做法，即：选择425号抗硫酸盐水泥配制C25混凝土;C25混凝土配合比W/C调整为0.40，同时施工中加强振捣，浇筑出的混凝土切实做到了外光内实;在桥涵构造物与盐渍土接触的部位(基础、台身等)涂抹沥青，并采用非盐渍土(试验检测过的砾石土或砂砾)回填基坑和台背填筑。相信这些做法能够保证桥涵构造物混凝土免受硫酸盐侵蚀。
摘要：本文针对新疆北疆片区公路, 通过硫酸盐侵蚀混凝土的机理和影响因素分析, 提出了防止或减轻混凝土硫酸盐侵蚀的一些措施, 以达到提高混凝土耐久性, 保证工程质量的目的。
关键词：硫酸盐,混凝土,侵蚀,预防
参考文献
[1] 严家仍编, 《道路建筑材料》, 人民交通出版社1990.12
[2] 重庆建筑工程学院, 南京工学院编著《混凝土》, 中国建筑工业出版社1981.