氯盐对混凝土结构的劣化破坏

1、氯盐对混凝土结构的劣化破坏混凝土结构内部的氯盐 水泥带进的氯盐 集料带进的氯盐 矿物质粉体带进的Cl 化学外加剂带进的Cl 拌合用水带进的Cl 混凝土材料倒入Cl 外部侵入的氯盐海水中潮汐区浪溅区海上大气中海水海盐粒子含Cl的地下水融冰盐火灾产生的Cl发生在海面上海水气泡破裂时进入到大气中3-18m的粒子聚氯乙烯（PVC）120HClCa(OH)2CaCl2 ClClClClClClClCl水化物水化物 液态水ClClClClCl水泥水化物中固化的Cl被吸附的Cl自由Cl混凝土中的Cl氯离子对钢筋锈蚀的机理 （1）破坏钝化膜 水泥水化的高碱性（pH12.6），使其内钢筋表面产生一层致密的钝化膜

2、。对钢筋有很强的保护能力，研究表明，当pH11.5时，钝化膜就开始不稳定；当pH9.88时，钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。Cl进入混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处的pH值迅速降低。氯离子对钢筋锈蚀的机理 （2）形成“腐蚀电池” Cl对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部(点)，使这些部位(点)露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差(作为电解质，混凝土内一般有水或潮气存在)。铁基体作为阳极而受腐蚀，大面积的钝化膜区作为阴极(发生氧的还原反应)。腐蚀电池作用的结果，钢筋表面产生点蚀(坑蚀)，由于大阴极(钝化膜区)对应于小阳极(钝化膜的破坏点)，坑蚀发展

3、十分迅速。氯离子对钢筋锈蚀的机理氯离子对钢筋锈蚀的机理 （3）Cl的阳极去极化作用 Cl不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速电池作用的过程。阳极反应过程是FeFe2+2e，如果生成的Fe2+不能及时搬运走而积累于阳极表面，则阳极反应就会因而受阻；相反，如果生成的Fe2+能及时被搬运走，那么，阳极过程就会顺利进行乃至加速进行。Cl与Fe2+相遇会生成FeCl2，Cl能使Fe2+消失，从而加速阳极过程。通常把使阳极过程受阻称作阳极极化作用，而加速阳极过程者，称作阳极去极化作用，Cl正是发挥了阳极去极化作用的功能氯离子对钢筋锈蚀的机理 （4）Cl的导电作用 腐蚀电池的要素之一是要有离子通路。混凝土

4、中Cl的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。氯盐中的阳离子(Na+, Ca2+等)，也降低阴、阳极之间的欧姆电阻，但不参与阴、阳极过程。氯盐对钢筋的腐蚀的强弱，与其达到钢筋表面的浓度有关。氯盐对混凝土也有一定破坏作用(如结晶膨胀和增加冻融破坏等)，但氯盐对钢筋锈蚀所引起的破坏，在通常情况下是起主导作用的。氯离子对钢筋锈蚀的机理 （5）Cl与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响 水泥中的铝酸三钙(C3A)，在一定条件下可与氯盐作用生成不溶性“复盐”，降低了混凝土中自由Cl的存在，从这个角度讲，含C3A高的水泥品种有利于抵御Cl的侵害。然而，

5、应该注意的是，“复盐”只有在强碱性环境下才能生成和保持稳定，当混凝土的碱度降低时，“复盐”会发生分解，重新释放出Cl来。就此而言，保持混凝土的高碱性也是重要的。外部Cl对混凝土结构物的劣化过程混凝土（pH-12.5）外来盐Cl钢筋钝化膜钝化破坏，产生孔蚀(1)(2)(4)(3)水O2裂缝腐蚀性产物（体积变化）剥离、剥落外部Cl对混凝土结构劣化进展模式图外部Cl健全期潜伏期发展期加速期劣化期Cl扩散劣化症状（腐蚀进行）阈值Cl的侵入劣化症状（裂缝扩大）劣化症状承载力下降劣化症状钢筋发生腐蚀劣化症状混凝土开裂劣化症状承载力下降时间劣化进展程度Cl扩散系数有效Cl扩散系数 按有效Cl（游离Cl）在混

6、凝土中 扩散求解得到的Cl扩散系数表观Cl扩散系数 按全Cl在混凝土中扩散求解得到的 Cl扩散系数离子浓度扩散的基础理论 Fick第1定律 Fick第2定律 dJ 单位时间、单位面积通过断面的溶质量t 经过时间CDx 深度 深度 处经过时间 时的Cl浓度tx表观Cl扩散系数dxdcDJd22xCDtC氯离子扩散系数恒定的扩散模型 氯离子的传输过程可以认为是一个线性扩散过程。基于Fick第二定律，采用以下模型预测混凝土中氯离子( Cl)浓度：式中， 计算点距混凝土表面的距离； 处氯离子浓度； 混凝土内初始氯离子浓度，一般可取为0； 混凝土表面氯离了浓度； 氯离子有效扩散系数，取常数； 高斯误差函

7、数：DtxerfCCCtxCs21,00 xtxC,0CsCD（）erf dzexerfxz022氯离子扩散系数变化的扩散模型氯离子扩散系数并不是恒定的，而是随时间变化遵循指数规律变化： 式中， 是暴露于氯盐环境某一基准时间后测得的氯离了扩散系数；指数 是与混凝土水灰比和矿物掺合料种类及掺量有关的系数。 混凝土中氯离子(Cl)浓度为： ttDtD000DTxerfCCCtxCs21,00dtttDTx000式中，混凝土中钢筋发生腐蚀的Cl含量 临界的Cl含量1）使钢筋表面不动态皮膜发生破坏，钢筋开始腐蚀，这时 的Cl含量称之为临界Cl浓度。2）钢筋发生锈蚀并能分出等级时的Cl含量临界的Cl含量245. 0lg5 . 1lg,OHKrtClCCKrtClC,发生腐蚀的Cl浓度（molL1）；OHC OH浓度（molL1）。 由此