嚴寒腐蝕環境下混凝土結構耐久性檢測分析

薛素艷

摘? ?要：我國沿海地區混凝土結構耐久性問題突出，對混凝土碼頭耐久性進行調查研究，分析碼頭耐久性病害主要特點，研究混凝土中氯離子相對擴散系數的變化規律，提出混凝土結構使用壽命預測模型，為混凝土加固設計提供科學依據。混凝土結構應用于沿海地區特殊結構中，混凝土碼頭為我國外貿經濟發展提供了重要保障，我國沿海地區混凝土結構工作環境條件復雜，氯鹽腐蝕是影響混凝土結構耐久性的首要因素。

關鍵詞：混凝土耐久性? 檢測技術? 腐蝕環境

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0015-02

已建的海港混凝土碼頭工程多數達不到設計壽命要求，需長期進行維修加固，我國由于腐蝕造成的損失為3600億元，混凝土結構耐久性研究可以揭示建筑結構潛在危險，避免發生重大事故。對新建結構耐久性設計具有指導意義，對混凝土碼頭進行耐久性調查，分析碼頭破損主要特點，檢測混凝土碼頭裂縫寬度，混凝土碳化程度，分析混凝土碼頭損壞程度，提出預測混凝土結構使用壽命的方法。

1? 腐蝕環境下混凝土結構耐久性研究

地球海域面積占總體的71%，隨著海洋的不斷開發，很多問題逐漸暴露。我國交通部對國內混凝土港口進行調研，發現80%以上的港口出現嚴重的銹蝕破壞。

20世紀70年代，部分西方國家對腐蝕情況進行系統性調查法，發現由腐蝕產生的經濟損失占GNP的5%，新建結構鋼筋防護節約1美元成本，嚴重破壞后的維修費達到125美元。我國20世紀50年代建設的海灣橋梁工程使用多年，隨著海洋十三五規劃啟動，港口成為海上絲綢之路重要通道，不斷更新防護是海港發展的必然要求。

混凝土孔隙溶液是高堿性環境，（OH）失去電子，生成活性氧原子，吸附于鋼筋表面，奪取電子形成O2，反應生成致密氧化膜覆蓋于鋼筋表明，對鋼筋起保護作用，外界環境滲透的腐蝕顆粒與鋼筋直接接觸，鈍化膜破壞主要原因是混凝土碳化，氯離子侵蝕。鈍化膜破壞后鋼筋與水接觸，轉化為活化狀態，有鈍化膜覆蓋的部位為陽極區，電子由陽極區流向陰極區。混凝土結構的常用防銹蝕措施主要包括增加混凝土保護層厚度，加入緩蝕劑，電化學保護法。

我國對混凝土耐久性的研究最早始于20世紀60年代，多為碳化方面的研究。21世紀后，海洋學者對混凝土氯離子擴散理論發展進行了深入研究。混凝土中氯離子擴散理論發展迅速，計算模型需要根據構件功能不同做出改動，理論應用到實際工程的例子較少。

2? 北部灣港混凝土碼頭耐久性檢測

北部經濟灣區是我國西部大開發的重點地區，是北部灣區經濟區開發的龍頭，初步建成面向東盟的億噸現代化樞紐港。2012年上海交大與中交四航局聯合對混凝土碼頭進行耐久性調查，分析混凝土碼頭的破損類型原因，發現北部灣港混凝土碼頭主要存在混凝土腐蝕，鋼筋銹蝕，結構不均勻沉降等問題。混凝土腐蝕問題嚴重。

氯鹽腐蝕環境下混凝土碼頭，碼頭力學性能產生退化，通過準確可靠的方法為碼頭耐久性研究提供技術資料。采用回彈法檢測混凝土碼頭強度，對檢測數據進行分析研究，混凝土碼頭大氣區與水位變動區強度檢測結果服從正態分布，混凝土強度符合《混凝土結構防腐技術規范》要求。

混凝土碼頭裂縫采用裂縫綜合測試儀檢測，根據裂縫分布情況，間距，裂縫產生原因主要是溫度變化導致混凝土收縮，混凝土應力集中。氯鹽腐蝕環境下混凝土保護層需要良好的密實性，采用鋼筋保護層測試儀檢測混凝土保護層厚度，混凝土碼頭保護厚度達到《混凝土結構防腐技術和規范》的要求。通過混凝土保護層保護厚度的檢測為鉆孔取樣試驗及鋼筋腐蝕行為研究提供依據。

采用鉆孔取樣法研究混凝土碼頭的碳化程度，采用沖擊鉆在大氣區，水位變動區沿混凝土深度方向鉆孔取樣，先測試混凝土的碳化程度，用酚酞試劑噴灑在洞口，洞口四周指示劑未變色，說明混凝土碼頭未碳化。驗證了研究海洋環境下，混凝土碳化對結構的影響小，可不考慮碳化對混凝土結構耐久性的影響。結合鋼筋保護層試劑的檢測結果，確定氯離子侵蝕深度在80mm內，分層鉆孔取樣取10個區段，每個區段粉樣中游離氯離子濃度用RCT測試儀測出，氯離子含量隨混凝土表面深度增加減小，不同分區在同一 深度的氯離子含量水位變動區最大，由于各分區氯離子來源特點決定，鋼筋處氯離子濃度小于《港口水工建筑物檢測技術規范》中腐蝕臨界氯離子濃度。

基于Fick第二擴散定律，建立考慮溫度對氯離子結合作用，混凝土應力狀態的氯離子擴散方程。在已知結構服役時間等條件下，可計算出不同深度氯離子有效擴散系數，有效氯離子擴散系數隨深度增大，相對氯離子擴散系數隨深度增大趨于減緩。在氯鹽腐蝕環境下，混凝土內鋼筋表面氯離子濃度達到鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度，鋼筋鈍化膜破壞。混凝土結構耐久性失效，根據《港口水工建筑物檢測技術規范》，可以求得碼頭使用壽命。

3? 結語

對北部灣混凝土碼頭進行調查研究，對混凝土碼頭進行耐久性檢測，研究氯離子有效對擴散深度變化規律，提出結構使用壽命預測模型，為維修加固設計提供依據。下一步研究工作是建立銹蝕鋼筋保護層膨脹開裂時間預測模型。

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