氯盐环境作用下的混凝土耐久性研究.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2014．06．008氯盐环境作用下的混凝土耐久性研究孙海波(扬州市锦旺建筑安装工程有限公司，江苏扬州225000)摘要：首先从氯离子侵蚀混凝土传输的机理、扩散机制、对流机制、渗透机制、毛细吸附作用和迁移机制进行了研究；其次从氯盐侵蚀速率常用的两个计算模型Fick定律计算模型、Darcy定律的计算模型进行研究；最后从试验角度论证了混凝土微环境对氯离子侵蚀的影响规律，证明了：混凝土微环境温度升高，提高氯离子活跃度，使氯离子运动速度加快，加速侵蚀混凝土。混凝土微环境相对湿度(空隙水

2、饱和度)提高，在温度不变的情况下，混凝土空隙水分增多会减小阻止氯离子传输能力。加速侵蚀混凝土。并对其他影响因素进行了浅析研究。关键词：混凝土；耐久性；氯离子；氯盐侵蚀；氯离子传输机制中图分类号：TU528文献标志码：B文章编号：1672—401l(2014)06—0017—020前言海洋环境中，混凝土主要受到氯盐的侵蚀。海洋环境主要有这些环境：①海洋大气环境；②海水环境；③海水潮汐环境。当混凝土暴露在海洋环境中，氯离子通过海洋环境中水分向混凝土试件表面传输积聚，并逐渐向混凝土试件内部渗透，当氯离子到达混凝土内部钢筋表面时，在钢筋表面积

3、聚到一定浓度时候，将引起钢筋的锈蚀，对混凝土结构耐久性产生严重的不利影响，因此，氯盐对混凝土的侵蚀问题逐渐得到工程科学界重视。1氯盐侵蚀混凝土的机理研究氯离子向混凝土内传输机制主要包括五种方式：1)扩散机制。主要适用于混凝土内水饱和度较高时，在氯离子浓度高的情况下，氯离子由高浓度向低浓度移动。氯离子扩散过程分为稳态扩散过程和非稳态扩散过程。基于混凝土的特性，氯离子扩散过程主要为非稳态扩散过程。Fick扩散定律用于氯离子扩散机制，并且以Fick扩散定律为基础，建立扩散速率预测模型。2)渗透机制。在混凝土内水压力下，氯离子随着空隙水载体一

4、起整体移动。不同饱和度的水之间会发生渗透机制，饱和度高的水向饱和度低的水部位渗透。3)对流机制。氯离子随混凝土中的水移动而迁移。4)毛细吸附作用。混凝土毛细孔内壁对液体产生表面张力，为使毛细管道两侧压力达到平衡而发生整体流动的作者简介：孙海波(1985一)，男，江苏宿迁人，本科，助理工程师，主要从事现场施工工作。现象。当混凝土表面未达到饱和状态时，混凝土表层含有氯离子的水向干燥部位移动。5)迁移机制。指液体中带电粒子在电场作用下的运动。总之，氯离子在混凝土中的传输机制通常是几种方式共同存在的，但和速度最快的毛细吸附作用相比，渗透机制和

5、迁移机制产生的迁移可以忽略。在特定的条件下，某一种传输机制方式是主要的。虽然氯离子在混凝土材料中的传输迁移过程非常复杂，但是在许多情况下，扩散被认为是最主要的侵入方式。2氯盐侵蚀速率计算模型研究氯盐侵蚀速率计算模型目前较多，以下将简单介绍几个较常用的模型。2．1Fick定律的计算模型Fiek定律适用于氯盐侵蚀的扩散机制，其改进的Fick第二定律将扩散浓度、扩散系数与扩散时间结合起来。其表达模型如下式(1)所示：鱼：D套打a矿式中，t为时间；z为距混凝土表面的距离；D为氯离子扩散系数；c为距混凝土表面互处的氯离子浓度。当初始条件为t=0

6、，膏>0时，c=C0；边界条件为t=0，t>0时，c=C，。则公式(1)的解为：c，2c。+(c，_c0)【1一e以z上／N)J(2)式中，C。为混凝土内初始氯离子浓度；c，为混凝土表面的氯离子浓度；err为误差函数。注意：使用Fick第二定律时候必须满足：①材料是均匀的；②氯离子与混凝土不发生反应；③氯离子扩散系数是一定值。2．2Darcy定律的计算模型当混凝土处于非饱和水中，且有外界水时，混凝土吸水性主要受毛细管，渗透作用影响。材质均匀的一维情况，其表达模型如下式(3)所示：g=一D(p)华(3)式中，D(日)为水的渗透系数。3氯

7、盐侵蚀速率影响因素研究氯盐侵蚀速率影响因素主要有：①混凝土微环境；②混凝土微结构；③外界侵蚀环境；④荷载作用。3．1混凝土微环境本节将在人工气候环境下实现海洋气候大气环境，对混凝土微环境对氯盐侵蚀速率影响进行研究。3．1．1试验方案试件采用100mmX150mmX300mm的素混凝土试块，设置三种不同的水灰比，分别为0．60，0．55，0．50；混凝土配合比参见表1所示。人工气候环境分别考虑5种环境条件：①温度t=20oC、相对湿度RH=90％；②t=20qC、RH=80％；③t=20℃、RH=70％；④t=10℃、RH=70％；(D

8、t=35℃、RH=70％。表1混凝土配合比水泥强度．⋯．水泥水砂石砂率减水剂品种等级水灰比／kg／kg／％普通c云0．630了1807l石一l21037—2硅酸盐C300．553271806811212361．5水泥12