海工钢筋混凝土抗氯离子侵蚀性试验研究

海工钢筋混凝土抗氯离子侵蚀性试验研究

由于气候和其他条件的不同，该地区的钢筋混凝土结构破坏速度和破坏程度不同。东南沿海的主要原因是氯离子在海水中的侵蚀。北方的结构被冻死、破坏和腐蚀。结果表明，混凝土结构材料的腐蚀试验和大量现场调查表明，结构材料表面最容易吸收氯离子的环境是：它不仅能接触水面，而且能快速蒸发。组件表面通常位于干燥的表面，混凝土中含有一定的水分。因此，钢筋混凝土结构材料最重要的腐蚀性控制段就是所谓的逃生区。对于位于逃生区的钢筋混凝土结构材料，抗氯离子的长期使用寿命决定了钢筋混凝土结构材料的生命。我国南方气温高,且高温时间长,夏季地表实际温度可达50℃以上,夏、秋季多台风.处在这一地区的海工钢筋混凝土结构物相对其他地区的破坏状况要严重得多.现模拟南方海工结构物浪溅区和水位变动区钢筋混凝土的严酷腐蚀环境,对掺粉煤灰和矿渣的海工混凝土抗氯离子渗透的耐久性能进行研究.1试验总结1.1砂细度:8484水泥:南京天宝水泥集团产32.5普通硅酸盐水泥;粉煤灰:江苏南热粉煤灰开发公司的Ⅰ级灰,需水量比91.8%,抗压强度比87%;矿渣微粉:江南粉磨有限公司产矿渣微粉,比表面积420m2/kg,需水量比为98.8%,抗压强度比106%;砂:南京江砂,细度模数2.64,含泥量0.25%;碎石:江苏泉水碎石,颗粒尺寸5~40mm;外加剂:南京水利科学研究院瑞迪新材料公司产防渗抗裂剂(HLC),减水率22%.试验原材料的化学组成见表1.1.2试验混凝土的比设计1.3混凝土抗氯离子渗透性能测定依据《水运工程混凝土试验规程》进行混凝土抗氯离子渗透性能试验.根据设计的配合比,将成型的试件(100mm×100mm×100mm立方体混凝土)标准养护60d后取出,除其中的两个对称面供外界氯离子渗透外,其余四个表面均用蜡封,然后开始浸烘循环.为模拟南方海工结构物浪溅区的混凝土的严酷腐蚀环境,将混凝土试件浸泡在浓度为3.5%的氯化钠溶液中1d,再在60℃温度下烘干13d,接着再浸泡再烘干至8个循环.然后钻取不同深度混凝土砂浆粉末样品,测定混凝土砂浆中水溶性和酸溶性氯离子含量,据此计算氯离子的渗透系数及混凝土抗氯离子渗透的耐久年限.2混凝土抗氯离子侵蚀能力混凝土试件经过8个浸烘循环后,钻取不同浓度混凝土砂浆粉末样品,测得的混凝土砂浆中水溶性和酸溶性氯离子含量见表3.表3中的水溶性氯离子含量近似等于混凝土孔隙中游离氯离子含量;酸溶性氯离子含量等于混凝土中氯离子的总含量;同一层中的两者之差即为该层混凝土中结合氯离子含量.可见,加了掺和料的混凝土结合氯离子含量占酸溶性氯离子含量即总的氯离子含量的百分比中,除了单掺粉煤灰的D11试件是从第四层开始外,其余试件均从第三层开始较不加掺合料的普通混凝土显著增加,这说明加了掺合料的混凝土其内部结合氯离子的能力比普通混凝土强.事实上,对海工混凝土结构物中的钢筋构成侵蚀的是混凝土孔隙中游离氯离子.故在氯离子总含量一定的情况下,若混凝土内部对氯离子的结合能力强,则孔隙中游离氯离子含量就会减小,混凝土抗氯离子侵蚀的能力就会提高.由此可见,掺入粉煤灰和矿渣有助于混凝土抗氯离子侵蚀能力的提高.从表3中还可看出,混凝土中水溶性及酸溶性氯离子含量均随着渗透深度的加大而减小.普通混凝土试件D01中的变化相对平缓,而加了掺合料混凝土中氯离子含量在第三层均发生了陡降,即自第三层开始,氯离子的含量变化很微小.这说明混凝土中加入了粉煤灰、矿渣掺合料具有明显抵抗氯离子向混凝土内部渗透的作用.由于氯离子在混凝土中的浓度因深度而不同,且随时间而变化.因此,本试验中氯离子在混凝土中的渗透符合费克定律c(x,t)=c0(1−erfx2Dt√)(1)c(x,t)=c0(1-erfx2Dt)(1)式中:c(x,t)为经过时间t后,混凝土中深度x处的氯离子含量;c0为混凝土表层氯离子含量;D为混凝土中氯离子的渗透系数;erf为误差函数.由于试验中测得的混凝土中氯离子含量是单位砂浆中氯离子的重量百分比c(x,t),而在浸泡混凝土试件的氯化钠溶液中,氯离子的含量为单位水中氯离子的质量百分比,因此,不宜直接比较.因此,需按经验方法确定混凝土表层氯离子的含量c0.由(1)式可分别计算出水溶性和酸溶性的氯离子渗透系数(见表4).再根据混凝土中水溶性氯离子渗透系数,用费克定律推算混凝土的耐久年限.在海洋环境中,混凝土表层氯离子含量c0可取为2.4%(胶凝材料重量计),钢筋腐蚀开始时临界氯离子含量c(x,t)取为0.5%(胶凝材料重量计).由(1)式可得t=0.32x2/D(2)t=0.32x2/D(2)式中:t为钢筋开始腐蚀的时间(s);x为混凝土保护层的厚度(cm);D为混凝土中水溶性氯离子的渗透系数(cm/s).设混凝土保护层厚度为6.5cm,则可推算出钢筋混凝土中钢筋的耐久年限(见表4).由表4可见,在水灰比相同条件下,无论单掺还是双掺,加入掺合料均会大大降低混凝土中水溶性和酸溶性的氯离子渗透系数,而且随着掺量的增加,氯离子渗透系数减小.在相同掺量下,对降低混凝土的氯离子渗透系数作用矿渣比粉煤灰要好;双掺又比单掺好,特别是在大掺量情况下,双掺18%粉煤灰和47%矿渣的D35混凝土试件,其水溶性和酸溶性氯离子渗透系数分别只有普通混凝土D01的26%和29%.在海洋环境中处于浪溅区的混凝土结构物,其干燥时混凝土表面温度达60℃的条件下,双掺混凝土抗氯离子侵蚀的耐久年限比普通混凝土有明显提高.掺了18%粉煤灰和47%矿渣的D35混凝土试件抗氯离子侵蚀的耐久年限可达14~15年,而普通混凝土抗氯离子侵蚀的耐久年限只有3~4年,将近提高了4倍.3混凝土的抗氯离子侵蚀耐久性比单掺好,掺合料对混凝土(1)掺合料的加入可以降低混凝土中氯离子的渗透系数,随着掺量的增加,氯离子渗透系数会减小.双掺粉煤灰和矿渣的混凝土的抗氯离子侵蚀耐久性比单掺好.(2)混凝土中加入粉煤灰