海工混凝土氯离子腐蚀耐久性研究综述.pdf

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1、海工混凝土氯离子腐蚀耐久性研究综述■郑霞闫伟汪敏f摘要】为了减少氯离子侵蚀钢筋而造成的损失。从海工混凝土的破坏理论及影响因素、防护措施等方面对研究现状进行了分析。氯离子腐蚀钢筋的影响因素主要包括自由氯离子浓度、孔结构特征及孔隙率大小、保护层厚度及质量。改善措施从配合比方面来讲，主要是控制原材料引入的氯离子的含量、降低永胶比及矿物掺合料用量。从设计上来讲，要优化配筋率及其相适应的保护层厚度，控制开裂。从施工角度讲，要控制混凝土拌合质量，控制振捣及养护时间，控制早期开裂。从附加防腐角度讲，要使用保护涂层、透水布等技术措施。【关键词】海工混凝土耐久性氯离子

2、渗透防护措施综述海洋环境下工作的混凝土构件因为耐久性问题过早的出现去功能化，国内外很多码头、钻井平台及墩台基础在工作几年的时间里就出现剥落开裂等现象，严重影响了结构物的使用寿命，对社会资源造成了极大的浪费。笔者查阅国内外资料发现：海工混凝土结构的破坏是由于氯离了侵入到混凝土钢筋表面，膨胀使保护层开裂破坏，由裂缝诱发的一系列连锁反应，最终导致结构的破坏。因此阻碍氯离子到达钢筋的时间是提高海工混凝土使用寿命的重要手段。一、海工混凝土氯离子侵蚀机理海工混凝土抗氯离子渗透能力是多重因素共同作用而产生的结果。氯离子侵蚀的几个主要影响因素：有效氯离子的浓度；氯离

3、子渗透的速度；渗透到钢筋表面的距离。影响孔溶液中氯离子浓度的因素从内部材料上讲有原材料引入的氯离子数量及氯离子被固化的数量，从外部上讲是环境中的氯离子扩散到混凝土内部的数量；影响渗透速度的因素最主要的就是孔隙率及孔径的级配；渗透距离的影响因素直观上讲是钢筋保护层的厚度及质量，质量即裂缝对扩散距离的影响及水化产物及矿物掺合料影响下孔隙曲折程度对扩散距离的影响。L水化产物对氯离子固化机理混凝土中氯离子来自两个方面：原材料中引进的氯离子；外界扩散到混凝土内部的氯离子。就氯离子在混凝土内部存在的形式而言有三种：与水化产物反应而生成的化学结合部分；被掺合料及水

4、化产物比表面积可以吸附的部分；游离在孔溶液中的部分。一般认为，只有氯离子的浓度比上氢氧根的浓度达到一定界限的时候，钢筋的钝化膜才会失效，从而诱发钢筋腐蚀。而正是孔溶液部分氯离子的浓度才是钢筋锈蚀的有效氯离子浓度。曹青通过查阅大量文献得出对氯离子固化起关键因素的两个水化产物是水化铝酸钙和水化硅酸钙凝胶。水化铝酸钙与氯离子及氢氧化钙共同作用生成Friedel盐，这是作为化学吸附的一部分，水化硅酸钙凝胶利用较大的比表面积吸附的氯离子是物理吸附的部分。2．碳化对氯离子渗透的影响机理混凝土碳化后混凝土内部PH值降低，致使钝化膜一sI—O不稳定而受到破坏，增加了

5、钢筋受到腐蚀的风险，另一方面，混凝土内部PH值的降低促使矿物掺合料中化学吸附的部分氯离子得到释放，增加了孔溶液中游离的氯离子的含量。刘志勇认为Friedel盐具有类似于Ca(OH)：晶体的层状结构，当有氯离子渗透的混凝土同时经受碳化过程，混凝土中C032一就会占据Friedel盐中原来c1的位置形成比氯铝酸钙更加稳定的碳铝酸钙。3．孔结构对混凝土渗透性能的影响凝胶孔，半径r=5nm，这种孔隙因孔径较小，孔径细、孔隙率低，具有较高的抗渗性。5～100nm的微毛细孔既能发生毛细孔凝结现象使孔隙的吸湿性增强，混凝土饱和度越低，迁移速度越慢，饱和度较高，渗透

6、造成的影响大于迁移的影响。Mehta认为：大于100Nm的孔对混凝土渗透性的影响更大，寺村悟等则认为：影响混凝土渗透性的孔径为10～50nm的毛细孔和孔径为50～104nm的大毛细孔。二、不同区域混凝土氯离子侵蚀影晌因素处于海洋环境下不同区域的混凝土，工作环境不相同，通常将海洋腐蚀环境分为5个区带：海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区以及海底泥土区。处的环境不同，氯离子进入到混凝土内部的机理也不同，影响因素也不同。有文献把对混凝土传输性能的影响因素分为六类：混凝土孔结构、混凝土孔溶液、氯离子结合能力、混凝土毛细孔壁效应、环境介质温度、混凝土水饱

7、和度。1．水下环境氯离子的影响因素水下部分混凝土饱和度固定，对于水下环境的混凝土普遍被认为主要是在氯离子浓度梯度作用下以扩散方式缓慢地传输进入混凝土中，造成的混凝土钢筋锈蚀引起的破坏。氯离子在饱和混凝土中的扩散渗透行为可用Fick第二扩散定律来描述。2．潮汐区及浪溅区的劣化因素潮汐区、浪溅区混凝土主要经受干湿交替作用。干燥混凝土表面接触海水时，靠毛细管吸附作用吸收海水，干湿交替过程中盐分留在混凝土内，水分得到蒸发，久而久之，外层的混凝土盐分密度逐渐增大，逐步向混凝土内部扩散。处于干湿交替区域混凝土氯离子渗透主要影响因素包括混凝土孔结构特征、混凝土孔隙

8、水饱和度、干湿交替的时间比例、海洋潮汐特征等。3．海洋大气环境下的氯离子腐蚀钢筋情况海洋大气环境混凝土同时存