混凝土盐蚀机理及使用寿命预测模型.doc

1、混凝土盐蚀机理及使用寿命预测模型摘 要：混凝土结构的应用已逾百年历史，随着混凝土结构规模的不断扩大并在恶劣的环境中使用，以及可持续发展观念的日益觉醒，人们对其结构耐久性的需要就变得更加关切。引起混凝土劣化的原因较多，其中，沿海混凝土结构较多的受到盐雾侵蚀的作用。本文系统的对盐蚀作用产生机理、影响因素及耐久性预测方法进行了阐述，为盐蚀环境下的混凝土耐久性设计提供指导。 关键词：盐蚀，耐久性，寿命预测 The Concrete Salt Erosion Mechanism And Service Life Prediction Model Zhang Aimin (china constructi

2、on sixth engineering bureau civil engineering co.Ltd) Abstract: The use of concrete structure has a long history, with scale of concrete structure expand and used in the harsh environment, as well as the growing awakening of the concept of sustainable development, the durability of concrete structur

3、es is concerned. Concrete deterioration caused by many reasons, of which, the coastal concrete structure usually be eroded by the salt spray. The mechanism of production, influencing factors of salt corrosion mechanism and durability prediction methods are introduced, providing guidance for the dura

4、bility design of concrete in salt corrosion environment. Keywords: salt corrosion, durability, life prediction 中图分类号：TU528 文献标识码： A 文章编号： 一 混凝土耐久性研究概况 从世界范围看，混凝土结构虽然已有百年历史，但大量地应用于各类工程则不过 50 年。混凝土材料在不少环境条件下远不如当初设想的那样耐久，问题不断暴露后一直到 20 世纪 70 年代才逐渐引起发达国家的高度重视。 根据目前关于混凝土结构耐久性的研究，混凝土结构耐久性设计方法基本上可以分为两类。第一类：

5、已纳入国家、行业的耐久性设计规范或指南。主要控制混凝土材料技术指标，具体为材料、力学性能、配合比设计等，并在实验室条件下按照标准试验方法确定材料耐久性指标，如抗冻等级、抗渗系数、氯离子扩散系数等。第二类：理论、试验研究成果。主要是通过理论或经验的计算模型进行使用寿命预测，认为混凝土结构耐久性设计应包括计算和验算部分，以及构造要求部分。其中计算和验算部分是混凝土耐久性设计的关键，它要分析出抗力与荷载随时间变化的规律，使新设计的结构有明确的目标使用期，使改建扩建结构同原结构有相同的有效使用寿命，达到安全、经济、实用的目的。 在日本，针对耐久性的问题，JSCE、AIJ、JCI 和相关政府部门开展了大

6、量的研究工作，JSCE 出版了新的基于耐久性设计的混凝土规范，并于 2001 年 1 月出版了混凝土结构的养护规范。目前仍存在的问题主要是氯化物引起的钢筋锈蚀（海水侵蚀和除冰盐的使用）和化学侵蚀作用（下水道设施中酸等） 。 在欧洲，由六个国家、十二个研究所、大学和公司合作进行耐久性设计研究，之后发表了一系列研究报告，并于 2000 年发表总报告General Guidelines for Durability Design and Redesign ，报告包含了碳化、氯盐引起的钢筋锈蚀以及锈蚀后混凝土开裂与剥落的机理，但无精确的模型来预测结构的劣化，也没有包括冻融破坏和碱集料反应的耐久性设计。

7、 美国为了提高混凝土的耐久性，在规范中对耐久性的影响因素如水灰比、冻融环境及硫酸盐环境下混凝土材料方面做了详细规定，以确保混凝土耐久性。 从各国对混凝土盐蚀问题的重视程度可以看出，盐蚀问题对混凝土的耐久性影响较为突出，下面从混凝土盐蚀机理及预测方法上对混凝土盐蚀影响程度进行归纳总结。 二 混凝土盐蚀诱因 在海水作用的潮汐区、盐湖地区、海边滩涂区及盐碱地区，主要产生氯化破坏、氯盐破坏、化学侵蚀破坏，某些卤离子对钝化膜有特殊的破坏作用。它们在钢筋保护层不被碳化或中性化的情况下也可以破坏钢筋钝化膜。氯离子半径很小，穿透力强，很容易吸附在钢筋阳极区的钝化膜上，取代钝化膜中氧离子。由于氯离子在钢筋表面的

8、不均匀性，特别是氯离子作用在钢筋局部区域时，则局部区域为阳极，形成了大阴极小阳极的腐蚀。Wig and Ferguson 在对美国海域内的混凝土结构进行全面调查的结果证实混凝土电化学腐蚀影响最大的因素就是钢筋表面附近的氯离子含量。 图 1 混凝土结构因盐蚀而产生的损坏 氯离子导致的钢筋锈蚀是一个相当复杂的电化学过程，这个过程可比作电池反应。电池的电极是引起阳极或阴极作用钢筋的不同表面。不过与充电电池不同的是，锈蚀过程是不可逆的。该锈蚀过程可分为氧化剂还原型和干蚀两种，分别存在于有水环境和无水环境中。 在含有 Cl-的情况下，一般来讲，钢材腐蚀速度会急剧上升；但是还有一个特征，就是发生孔蚀，一般

9、情况下发生的孔蚀呈圆形。在蚀孔的底部，发生铁溶液的阳极反应，放出电子；在阴极发生氧化剂消耗阳极反应放出的电子。而且这两种反应同时发生。 图 2 孔蚀的机理 三 盐蚀影响因素 根据既有文献资料来看，对盐蚀速度影响主要有水泥种类、水泥石和集料、水灰比、龄期、裂缝及碳化和硫酸盐侵蚀的加剧效应等。 1 水泥种类影响： 与波特兰水泥相比，在暴露的后期，掺粉煤灰与产矿渣的混凝土扩散系数大幅度降低，使氯盐侵入的数量减少。其顺序为：波特兰水泥粉煤灰水泥矿渣水泥。 2 水泥石和集料的影响 氯离子在不饱和混凝土内传输速度取决于其在水泥石中和集料中的扩散系数。混凝土内集料的数量、集料与水泥石的界面和微裂缝都对氯离子扩散产生影响。 3 水灰比的影响 氯离子在混凝土中的扩散主要受到水泥石毛细孔的影响，在其他条件相同的情况下，混凝土中的水泥用量大，Cl-侵入量降低；水灰比一定，水泥用量增大，扩散系数降低。 4 龄期的影响 除了水泥的种类和水灰比以外，氯盐对混凝土作用前的养生期间，对 Cl-的浸入有重大的影响。水灰比相同，硅酸盐水泥（包括普通硅酸盐水泥）混凝土，较长的养生期，对降低 Cl-扩散有良好的作用，如下表所示 表 1 养生与扩散系数的关系 由此可见，随着养护龄期的增长，Cl-扩散系数逐步降低。良好的养护条件，对于提高混凝土的密实度和降低 Cl-扩散渗透的性能十分重要。