干濕交替對混凝土氯離子擴散行為的影響研究

潘婷

摘 要：橋墩、承臺等海上工程中的部位，經(jīng)常處于干濕交替工作環(huán)境，其耐久性受到工作條件的影響很大。本文采用模擬干濕交替的試驗方法，研究了混凝土浸泡在3%濃度Nacl溶液中的氯離子擴散情況。結(jié)果表明：混凝土試件表層的氯離子濃度隨干濕交替次數(shù)的增加而增加，且隨著混凝土深度的增加氯離子濃度減少。

關(guān)鍵詞：干濕交替；氯離子；混凝土；耐久性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.102

0 引言

沿海工程中，氯離子侵蝕是引起混凝土剝落、鋼筋銹蝕等一系列耐久性問題的主要因素之一。大量工程發(fā)現(xiàn)，干濕交替部位混凝土結(jié)構(gòu)損傷最為嚴(yán)重，已成為水工混凝土耐久性設(shè)計的重要依據(jù)。

關(guān)于干濕交替下混凝土內(nèi)部氯離子侵蝕的特性，國內(nèi)外學(xué)者進行了一系列的現(xiàn)場測定及試驗研究。其中，對國內(nèi)某碼頭對處于干濕交替區(qū)域混凝土構(gòu)件的氯離子侵蝕進行了現(xiàn)場監(jiān)測分析，研究探討了氯離子含分布隨高程的變化規(guī)律及計算模型[1-2]；徐現(xiàn)正[3]等認(rèn)為干濕時間比是對氯鹽擴散影響最大的因素之一；姬永生[4]建立了干濕循環(huán)作用下氯離子傳輸速度模型，可為實際工況使用壽命提供參考。

1 試驗概況

1.1 試件制作

試件的制作方法及養(yǎng)護條件按照《水工混凝土試驗規(guī)程》規(guī)定進行，配合比及抗壓強度如表1所示。

實驗采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，細(xì)骨料采用河砂，細(xì)度模數(shù)為2.62，粗骨料采用粒徑為5～20mm連續(xù)級配的碎石，各種材料的質(zhì)量均符合國家和行業(yè)規(guī)范要求。

制備直徑為100mm，高度為50mm的圓柱體試件。混凝土的制作方法為：將各種材料按照比例稱重拌合，在震動臺震動時間為30s左右，成型后的帶膜試件用塑料薄膜覆蓋，48h拆模，其后在水池中養(yǎng)護28d。

1.2 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備采用CLU-H型氯離子含量快速測定儀，如圖1所示，本設(shè)備氯離子濃度測量范圍：1～5*10-5Mol/L，PH范圍：4～10pH，溫度范圍：0～40℃。結(jié)構(gòu)混凝土中氯離子含量的測試，對于結(jié)構(gòu)安全性的評估起到很大作用，同時也可為舊結(jié)構(gòu)改造和修補提供依據(jù)。

1.3 試驗過程

首先確定試驗方案，進行試件干濕交替循環(huán)模擬水工混凝土在海洋干濕交替區(qū)域。先將試件置于60℃的烘箱中干燥4小時，在將其置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的NaCl溶液中浸泡20小時，試驗周期為1d。試驗共取樣5次，分別為0、15、30、45、60次，將其編號為G0、G15、G30、G45、G60，每組保證至少有3個有效數(shù)據(jù)。

試件取樣之前，先將試件置于干燥處晾干3d，隨后用直徑16mm的沖擊鉆分別在試件表面處鉆孔取粉，同一位置沿深度方向，每隔5mm取一次粉樣，如圖2。

將粉末試樣分別過0.63mm篩，并裝入鋁盒中，置于100℃烘箱中烘2h，取出后冷卻室溫，取2g試樣粉末溶于100ml蒸餾水中，使用CLU-H型氯離子含量快速測定儀設(shè)備、磁力攪拌器測定其氯離子濃度。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

（1）混凝土表層氯離子濃度。混凝土試件表層的氯離子濃度隨干濕交替次數(shù)變化的測定數(shù)據(jù)如圖3所示。

從圖3可看出，混凝土試件表層的氯離子濃度隨干濕交替a次數(shù)的增加而增加，且早期增長速率較快，且干濕交替60次之后混凝土表層的氯離子濃度比溶液氯離子濃度大。

（2）混凝土內(nèi)氯離子濃度分布。混凝土中氯離子濃度斷面分布測定的數(shù)據(jù)如圖4所示。

從圖4可以看出，由于混凝土?xí)r由混凝土表面向內(nèi)進入，混凝中氯離子的含量由外到內(nèi)逐漸降低。G60初始濃度最大，比G0初始濃度大40.91%。試件在G0、G15條件下深度20mm處以測不帶氯離子濃度，說明氯離子并未擴散到該深度。

3 結(jié)論

通過本試驗可得出如下結(jié)論：

（1）混凝土試件表層的氯離子濃度隨干濕交替次數(shù)的增加而增加。（2）干濕交替區(qū)域是混凝土耐久性設(shè)計需重點考慮部位，干濕交替部位的混凝土氯離子滲透性與干濕交替次數(shù)有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張奕，姚昌建，金偉良.干濕交替區(qū)域混凝土中氯離子分布隨高程的變化規(guī)律[J].浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2009，43（02）：360-365.

[2]金偉良，金立兵，延永東，姚昌建.海水干濕交替區(qū)氯離子對混凝土侵入作用的現(xiàn)場檢測和分析[J].水利學(xué)報，2009，40（03）：364-371.

[3]徐現(xiàn)正，劉榮桂，延永東，李琮琦.干濕時間比對海工混凝土結(jié)構(gòu)氯鹽擴散的影響研究[J].硅酸鹽通報，2016，35（11）：3529-3535.

[4]姬永生，袁迎曙.干濕循環(huán)作用下氯離子在混凝土中的侵蝕過程分析[J].工業(yè)建筑，2006（12）：16-19+23.