海洋環(huán)境下混凝土中氯離子滲透性能研究

徐 皕 ，徐 惠

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300450；2.浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310027）

引言

海水中含有大量的氯化物，幾乎占海水總鹽份的90%。這些氯離子可以從混凝土表面遷移到混凝土內(nèi)部，當(dāng)?shù)竭_(dá)鋼筋表面的氯離子積累到一定濃度（臨界濃度）后，就會引發(fā)鋼筋銹蝕，從而影響混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用，結(jié)構(gòu)的使用壽命降低[1-3]。因此，混凝土中氯離子的滲透性能是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的極為重要的研究內(nèi)容[4，5]。

本章主要從這個角度出發(fā)，采用高濃度氯鹽浸泡的試驗方法，研究摻入粉煤灰后混凝土中氯離子擴(kuò)散情況，得到不同摻量的粉煤灰對混凝土中氯離子擴(kuò)散的影響；同時利用高溫高濕箱來控制不同的溫濕度對其影響。并通過理論分析建立了考慮混凝土環(huán)境溫濕度、粉煤灰摻量、時間等因素在內(nèi)的氯鹽侵蝕模型。

1 試驗過程

1.1 試驗材料

水泥：采用標(biāo)號為32.5#的普通硅酸鹽水泥;細(xì)骨料：采用天然中砂;粗骨料：粒徑5～20mm的碎石。粉煤灰采用的是徐州市銅山電廠的干排灰。其礦物組成有：晶體礦物有石英、莫來石、長石（少）以及其它。其它多數(shù)為非晶體。其化學(xué)成分如表1所示。

1.2 試驗方法

本試驗采用邊長為100mm的混凝土立方體試塊，在試件拆模后，放于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)60天，然后將試件在600C溫度下烘干48小時。經(jīng)烘干后的試塊，除留下一個側(cè)面外，其余表面用石蠟予以密封。然后放于清水中浸泡7天。浸泡后的試塊取出放置自然環(huán)境中2天，然后放入到10%的NaCl 溶液的水池中進(jìn)行氯離子浸泡滲透試驗。在試驗齡期第30天時，取出同一侵蝕條件下的兩個試塊分層取樣測定其中的氯離子含量。鉆取混凝土試件深度0～10mm、10～20mm、20～30mm、30～40mm、40～50mm范圍的混凝土粉末。為了收集足夠的試樣，在同時取出的兩個試塊中分層取樣，并將同一層范圍的試樣收集在一起備用，如圖1所示。

氯離子含量的測定采用丹麥產(chǎn)的RCT 氯離子快速測定儀（如圖1），以占混凝土質(zhì)量的百分比計，以下稱為氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表1 粉煤灰化學(xué)成分

圖1 氯離子含量測定取樣

圖2 氯離子含量的測定

2 試驗結(jié)果分析與討論

2.1 氯離子在混凝土中滲透規(guī)律

圖3給出了不摻粉煤灰和粉煤灰摻量分別為10%、20%和25%的混凝土受氯鹽侵蝕30天后，混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨滲透滲透深度的分布情況。從圖中可以看出，浸泡30天時，不摻粉煤灰的混凝土侵蝕深度達(dá)到了40mm，摻10%和20%粉煤灰的混凝土侵蝕深度達(dá)到了30mm，而摻25%粉煤灰的混凝土侵蝕深度為20mm。并且隨著侵蝕深度從10mm增加到40mm，各試樣中氯離子濃度是逐漸減少的，距混凝土表面越近，氯離子含量變化的斜率越大。例如試樣摻10%粉煤灰的試樣，在10mm到20mm之間，氯離子含量減少了0.258%，從20mm到30mm之間，氯離子含量減少了0.041%。這說明從混凝土表面附近向里，氯離子濃度分布規(guī)律是一個遞減的過程。這是因為混凝土中存在著阻礙其入侵的反向機(jī)制，其中包括氯化物和鋁酸鹽形成氯鋁酸鹽復(fù)合鹽的化學(xué)反應(yīng)及氯化物被吸附到微孔壁上去的物理過程。

另外，在10mm附近的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后面的測點，也大于環(huán)境中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，達(dá)到沿侵蝕方向氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最大值。這是因為在靠近混凝土表面處，氯離子的侵入除了擴(kuò)散，還有毛細(xì)吸收作用。當(dāng)外界環(huán)境變得干燥時，混凝土中水流方向會逆轉(zhuǎn)，水分會在混凝土表面蒸發(fā)，而剩余的鹽分則留在混凝土內(nèi)，從而導(dǎo)致混凝土表面的某一深度處氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值。

圖3 氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨滲透深度的變化規(guī)律

2.2 侵蝕時間的影響

圖4給出了不摻粉煤灰和粉煤灰摻量分別為10%、20%和25%的混凝土受氯鹽侵蝕30天后，在距離混凝土表面10mm范圍內(nèi)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨侵蝕時間的變化規(guī)律。從圖中可以看出隨著侵蝕時間的增加，氯離子通過緩慢的擴(kuò)散滲入到混凝土的更深處，并且較之前相同位置的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大。

圖4 氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨侵蝕時間的變化規(guī)律

2.3 粉煤灰摻量的影響

圖4給出了距離混凝土表面10mm范圍內(nèi)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨粉煤灰摻量的變化規(guī)律。從圖中可以看出在相同侵蝕深度處，比如分別在10mm、20mm、30mm處，各試樣中氯離子含量隨著粉煤灰摻量的增加而減少。因為摻入粉煤灰后，使其密實度要大于基準(zhǔn)的普通混凝土，提高了混凝土的抗?jié)B透能力，從而提高了混凝土的抗氯鹽侵蝕性能，并且隨著粉煤灰的摻量的增加，這種作用效應(yīng)越是明顯。混凝土結(jié)構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)是水泥石與骨料的過渡區(qū)，粉煤灰正是主要通過改善過渡區(qū)結(jié)構(gòu)而提高了混凝土本身的密實度的。

圖5 氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨粉煤灰摻量的變化規(guī)律

3 結(jié)論

（1）混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著侵蝕時間的增加而增加。

（2）距離混凝土表面10mm以內(nèi)的氯離子濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它深度處的氯離子濃度，并且氯離子濃度從混凝土表面向內(nèi)是逐漸遞減的。

（3）氯離子侵入的難度隨著粉煤灰摻量的增加而增加。

[1]洪乃豐.氯鹽環(huán)境中混凝土耐久性與全壽命經(jīng)濟(jì)分析[J].混凝土，2005，(8):29-32.

[2] CABERA J G.Deterioration of concrete due to reinforcement steel corrosion[J].Cement and Concrete Composites，1996，18(1):47-59.

[3] Montemor MF，Cunha MP，F(xiàn)erreira MG，Sim es AM.Corrosion behavior of rebars in fly ash mortar exposed to carbon dioxide and chlorides[J].Cement and Concrete Composites，2002，24(1):45-53.

[4] JIN Wei-liang，ZHAO Yu-xi.The mechanism of corroded expansion force of reinforced concrete members[J]. Journal of Hydraulic Engineering Shuili Xuebao，2001，(7):57-62.

[5]田俊峰，潘德強(qiáng)，趙尚傳.海工高性能混凝土抗氯離子侵蝕耐久壽命預(yù)測[J].中國港灣建設(shè)，2002，(4):1-6.