一、概述
1.自然界中使用的混凝土，由於受環境條件的影響，可能引起混凝土性能的變化，我國的西南、西北和沿海的許多地區，地下水和土壤中含有大量硫酸鹽、碳酸鹽、鎂鹽和氯化物。由於混凝土在這種環境中使用遭受這些有害離子的侵蝕，引起硬化後水泥成分的變化，使其強度降低而遭破壞。如乾濕循環、高溫、低溫的交替，都能使多孔結構的混凝土產生破壞，甚至導致完全崩潰。
2.我們施工的新建鐵路洛湛線廣西梧州地區段地處我國的西南，沿線所經地段屬珠江水系，主要有桂江、西江、潯江、大平河、六堡河、山心河等，區內河流流量較大，且雨季降水量大，暴雨持續時間長，易引起洪澇災害。鐵路工程的橋梁、隧道、涵洞、路基附屬工程等混凝土結構物均容易受到地下水、地表水的浸泡，地下水主要為基巖裂隙水，含水巖組主要為石英砂巖、砂巖、石灰巖、花崗巖等。根據水質化驗報告，該地區絕大部分地段地下水、地表水均具有弱硫酸型酸性侵蝕和中等溶出型侵蝕（含碳酸鹽侵蝕），混凝土等圬工需採取相應的抗侵蝕性措施。該地區屬亞熱帶季風溼潤氣候區，冬無嚴寒，夏季較熱，四季較分明，1月最冷，7月最熱；雨量充沛，降雨量主要集中在3～8月，年平均降雨量為1287.5～1667.4mm.多年平均氣溫19～21.1℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-4.0℃。在這種環境中使用的混凝土很容易遭受這些不利因素的影響，使混凝土的強度降低而破壞，甚至完全崩潰。
3.為了防止混凝土遭受硫酸鹽侵蝕我們採取了選擇C3A含量較低、水泥標號較高的水泥、嚴格控制骨料的級配、儘量摻入磨細粉料、在混凝土中摻入了對混凝土有防腐阻鏽作用的RMA系列抗腐蝕劑、同時在混凝土中摻入高效減水劑、加強混凝土養護等措施。
二、混凝土受侵蝕破壞機理
導致混凝土的破壞主要有物理性侵蝕和化學性侵蝕兩個方面，以硫酸鹽為例說明如下：
1.硫酸鹽結晶的破壞。具有一定硫酸鹽的環境水，在混凝土毛細管的作用下，被吸入混凝土體中，而暴露在大氣中的混凝土，由於毛細管的作用，將傳遞水分蒸發。溶解在水中的礦物質，經濃縮而析出，從而殘留在混凝土的表面和內部，呈現出白跡、白霜，使混凝土遭受硫酸鹽結晶的膨脹壓力，促使混凝土從表層開始破壞，其破壞首先發生在水位變化區，乾濕交替地帶以及單側受水頭壓力的砼薄壁結構。在返潮段遭受到侵蝕，地面上某些地段有霜狀鹽的結晶，有的地區呈現豆腐渣狀，使建築物的混凝土強度降低，最後導致完全破壞。
2、環境水對普通矽酸鹽水泥的化學腐蝕。硫酸鹽侵蝕：某些地區的地下水和地表水，含有硫酸鹽，如硫酸鈉（Na2SO4）、硫酸鈣（CaSO4）、硫酸鎂（MgSO4）等，環境水中的硫酸鈉和普通矽酸鹽水泥石中的鹼性固態游離石灰質及水化鋁酸鈣發生化學反應，生成石膏和硫鋁酸鈣，產生體積膨脹，使混凝土破壞。硫酸鈉和氫氧化鈣的反應式：Ca（OH）2+Na2SO4.10H2O→CaSO4.2H2O+2NaOH+8H2O這種反應在流動的硫酸鹽水溶液裡進行，可以一直進行下去，直至水泥中的Ca（OH）2完全被反應完。如果NaOH被積聚，反應達到平衡，只有一部分CaSO4沉定成石膏。水泥石中的氫氧化鈣轉變為石膏（CaSO4.2H2O），體積增加原來的兩倍，產生膨脹。硫酸鈉和水化鋁酸鈣的反應式：2（3CaO.Al2O3.12H2O）+3（Na2SO4.10H2O）→3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+2Al（OH）3+6NaOH+16H2O水化鋁酸鈣變成硫鋁酸鈣時，體積增大。環境中的硫酸鎂（MgSO4.7H2O），除了能侵害水化鋁酸鈣和氫氧化鈣之外，還能和水化矽酸鈣反應，其反應式：3CaO.SiO3.H2O+MgSO4.7H2O→CaSO4.2H2O+Mg（OH）2+SiO2這一反應，是由於氫氧化鎂的溶解度很低，造成飽和溶液PH值也低。氫氧化鎂的溶解能度每升僅為0.01克，它的飽和溶液PH值約為10.5.這個數值低，致使水化矽酸鈣有硫酸鎂溶液存在的條件下，不斷分解出石灰。所以硫酸鎂較其他的硫酸鹽，具有更大的侵蝕性。硫酸鹽的侵蝕的速度，隨其溶液濃度的增加而增加，硫酸鹽濃度以[SO42-]來表示。當環境水[SO42-]大於500mg/l時，環境水就有硫酸鹽侵蝕。在1500~2500mg/l時為中等侵蝕。[SO42-]在2500mg/以上時為強侵蝕。混凝土遭受硫酸鹽侵蝕的特徵是表面發白，菱角破壞，接著裂縫展開並剝落，使混凝土破碎和鬆散而破壞。其它的遇水後易產生負離子的鹽類如碳酸鹽[HCO3-]、氯鹽[Cl-]對普通矽酸鹽水泥的破壞機理和硫酸鹽是類似的，不再重複說明。
三、採取有效措施提高混凝土耐硫酸鹽侵蝕
就以上兩個導致混凝土遭受硫酸鹽侵蝕硫破壞的機理，我們在混凝土施工中採取防止混凝土遭受硫酸鹽侵蝕的措施，可以起到很有效的作用。
1.硫酸鹽腐蝕的程度與水泥中的礦物成分C3A的含量有關，水泥中的C3A含量越少對耐硫酸鹽腐蝕越有利，並且C3A含量較大的早強水泥容易因早期的溫度收縮、自收縮和乾燥收縮而開裂。因此我們儘量選擇C3A含量較少、標號較高的水泥。不過C3A的含量過低卻會嚴重影響水泥的早期強度，進而影響到工程進度，因此要選擇C3A含量適中的水泥。按《鐵路混凝土與砌體工程施工質量驗收標準》TB10424-2003有關規定，C3A的含量應小於8%.經過比選廣西各大水泥廠的各種水泥後，我單位最終選用了海螺P.C32.5水泥，採用GB/T176—1996《水泥化學分析方法》檢測其C3A的含量為4.2%.
2.硫酸鹽腐蝕的程度與混凝土的密實程度有關，混凝土越密實耐硫酸鹽腐蝕的性能就越好，因此我們在施工中嚴格控制粗細骨料的級配，對全部混凝土都使用了5-16和16-31.5兩級配碎石組成5-31.5的連續級配，並且規定不得用特細砂配製耐腐蝕砼。
3.採取以下預防砼裂紋措施：採用較大的骨灰比，降低水灰比，合理選用外加劑；合理確定分段澆注長度及澆注速度；拆模時砼內外溫差不得大於20℃；加強養護；砼升降溫速度不得大於5℃/h.做好防水隔離層。
遭受侵蝕的鋼筋砼的鋼筋保護層，不得小於5cm；建築物的砼外露面的邊緣、稜角、溝槽應為圓弧形。
4.混凝土中摻入了對混凝土有防腐效果、對鋼筋有防鏽作用的RMA系列防腐阻鏽劑（以下簡稱RMA）。RMA應用了多摻複合技術，即採用高效阻鏽材料、對混凝土有耐硫酸鹽侵蝕作用的材料、磨細材料及減水劑四種材料複合而成。該外加劑主要的化學成分為SiO2和Al2O3及細磨材料，這些化學物質在混凝土中的水化產物主要是硫鋁酸鈣（3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O）、水化矽酸鈣凝膠（C-S-H）和氫氧化鋁凝膠（Al2O3.3H2O），水泥中沒有游離氧化鈣存在，因此水泥石在硫酸鹽溶液中很難形成引起膨脹的石膏（CaSO4.2H2O）結晶。再者水泥石中的鈣礬石是在水泥水化硬化過程中形成的，不會引起水泥石體積的破壞。在MgSO3溶液中，既有Mg2+和SO42-離子存在，Mg2+就不易和氧化鋁凝膠反應，阻礙了Mg2+腐蝕。研究表明，耐硫酸鹽的腐蝕的性能好與壞還與混凝土的水灰比有直接關係，梧州地區處於亞熱帶季風溼潤氣候區，乾濕交替頻繁，滷水濃度又比較高，鹽類的結晶破壞尤其嚴重。大量的試驗證明減小水灰比，能夠減輕混凝土抗物理結晶的破壞，因此水灰比越小耐腐蝕性能越好，RMA同時具有減水作用，經檢驗其減水率達到7.5%.因此我們在混凝土中摻入水泥用量8%的RMA可以有效的防止硫酸鹽對混凝土的侵蝕。
5.為了進一步減小混凝土的水灰比，我們還在混凝土中摻入了高效減水劑。同時還加強了混凝土養護，避免產生混凝土收縮裂縫使含硫酸鹽水滲入混凝土體中。同時要求具有侵蝕性的環境水，不得用作砼的拌和水和養護水，所有的拌合水樣都經過檢測才允許使用。砼養護時間不得少於21d.從而達到提高混凝土耐硫酸鹽侵蝕能力的目的。
四、實際檢驗，效果顯著
1.膠砂試件抗蝕係數。我們按GB／T2420—1981的測試方法，採用1：2.5膠砂，10mm×l0mm×60mm稜柱形試體，壓力成型，1d養護箱養護，7d50℃水中養護，28d常溫侵蝕，侵蝕溶液採用濃度為3％的無水硫酸鈉溶液。最後根據水泥膠砂試體浸泡在侵蝕溶液中的抗折強度與淡水中的抗折強度之比（抗蝕係數）來判斷摻RMA混凝土的抗蝕性能，抗蝕係數的定義同腐蝕係數。試驗測得的摻RMA試件抗折強度與淡水養護的同齡期試件的抗折強度之比達到1.12.試驗結果證明摻入RMA抗腐蝕劑可以顯著提高混凝土的抗侵蝕性能。
2.電通量試驗。氯離子是引起鋼筋鏽蝕，造成混凝土結構耐久性下降的最主要原因之一。氯離子的滲透性是評價混凝土抵抗氯離子侵蝕的一個重要參數，長期以來國內外學者做了大量工作，提出了多種試驗方法，其中應用最廣泛的是快速氯離子滲透測試方法。其主要原理是利用外電場來加快離子的運動速度，然後按擴散性與電遷移參數間的理論關係來計算氯離子的擴散性，從而判斷混凝土的抗滲透性。考慮到目前的生產技術條件，鐵路各相關規範都將氯離子電通量作為混凝土的重要耐久性檢驗指標之一。我們參照鐵路客運專線技術規範的要求，在相同條件下，我們對本標段的樁基C30混凝土進行了56天齡期的摻加8%RMA的混凝土和不摻RMA的基準混凝土的6h電通量對比，檢測結果為：8%RMA的混凝土的6h電通量為1322.8Q/C，而對比的基準混凝土的6h電通量為2120.8Q/C，摻8%RMA的混凝土電通量大大低於不摻的基準混凝土。因此，摻入RMA抗腐蝕劑可以有效的提高混凝土的耐久性。根據以上試驗證明我們試配的混凝土具有耐硫酸鹽腐蝕、提高混凝土耐久性的效果。
3.此外，我標段從2004年底開始施工地下結構，至今未出現混凝土表面有霜狀鹽的結晶、呈豆腐渣狀、表面發白，菱角破壞，膨脹開裂等硫酸鹽侵蝕現象，同時經基樁經小應變檢測和隧道經地質雷達檢測後所有數據也都表明本標的抗侵蝕混凝土內部緻密，說明我們採取的抗硫酸鹽侵蝕的措拖取得了滿意的結果。
五、結語
通過對混凝土硫酸鹽對混凝土侵蝕機理分析，找到了混凝土受侵蝕破壞的根本原因，我們現場混凝土施工及時準確採取了相關抗侵蝕性措施，經現場實驗驗證可行，效果很好，RMA型抗腐蝕劑可以在我國西南、西北和沿海的水中和土壤中含有硫酸鹽、碳酸鹽、鎂鹽和氯化物的地區推廣使用，特別是在港口建設工程中，可以起到很好的防腐阻鏽效果，提高混凝土工程耐久性及工程的質量。