滨海相盐渍土中混凝土结构物防腐分析.pdf

低温建筑技术
2013年第1期(总第175期
滨海相盐渍士中混凝士结构物防腐分析
赵文晋,赵阳2,乔頔
1.上海变通大学土本工程系,上海200240;2.江苏省变通工程建设处,南京210098)
【摘要】在分析连云港盐渍士.工程特性的基础上,根据氯离子扩散规律,研究了盐渍土中混凝土结构物的
腐蚀特性,分析了增加保护层厚度的防腐效果。
【关键词】滨海相;盐渍土;混凝士;腐蚀
中图分类号)TU528.33
文献标识码】B[文章编号】1001-6864(2013)01-(008-03
连云港频临东海,是江苏省境内的典型滨海相盐渍士固相对氯离子有吸附作用,形成结合氯离子,减小孔隙溶液
分布区域。滨海相盐渍土以氯盐盐渍土为主,氯盐严重威中的自由氯离子浓度。Tang和 Nilsson?认为新鲜的混凝士
胁钢筋混凝土结构物的安全性。在沿海地区由于氯盐的内部氯离子含量小于1.73kg/mn',结合氯离子和自由氯离
腐蚀,致使钢筋混凝土结构发生早期腐蚀破坏,已成为随处子的关系可以采用 Langmuir等温线表示。多重离子的扩散
可见的现象?。交通部四航局科硏所对华东地区18座混过程在孔隙溶液中会产生耦合扩散电场,氯离子扩散过程
凝土码头腐蚀性的调查结果表明,80%以上的混凝土码头的迁移速度与电场的强度、离子电荷数目和直径大小呈比
在使用后5~10年,就出现严重腐蚀性破坏现象。以连云港例。在混凝士饱和的孔欧溶液中,氯离子的迁移速度比本
地区为例,1975年建成码头,1980年就发现因氯盐腐蚀产生体溶液低2-3个数量级。新鲜混凝土的孔隙处于非饱和状
的裂,到1985年上部结构普澧出现顺筋裂缝。滨海盐減态,水分在毛细作用下侵人混凝⊥上孔隙中,需要长时间达到
土环境引起混凝土的腐蚀作用,已成为威胁滨海环境混凝混凝士内外的水分平衡。Smom等(200指出,混凝土
土结构安全性的最主要因素。盐渍土环境中钢筋混凝孔隙结构处于非饱和状态,需要考虑非饱和毛细作用对混
土结构物的耐久性问题是追切需要解决的问题,盐波士环凝土内水分迁移的影响。
境中结构物耐久性设计已成为结构工程学科研究的前沿课
在结合作用、电场作用和非饱和毛细作用的耦合作用
题。文中在建立盐波士环塊中氯离子扩散侵人模型的基础下,捏凝士孔隙内氯离子迁移方程表示为:
,确定混凝土内氯离子达到腐蚀临界浓度的时间,评价混
凝土的耐久性,文中还分析了增加保护层厚度的防腐蚀
v?[sDV(C)+のuCVV+sC"D.Va』(2
效果。
C:=由+sC
1氯离子扩散律
VT*F>2.C: +w)
(4)
0.050.10.150,2
式中,s为混凝土的孔隙率;为总氯离子浓度,为
结合氯离子浓度,为自由氯离子浓度。一般情况下,
扩散方程的初始条件为
o调查数据
C:=C,t=0,x>0,V=0,も=0,x>0,6=na,4=0,x>0
地物拟合线
线性拟合
扩散方程的边界条件为
氯离子浓度g·er
x=0: C=Co, t>0; x=L: 6C/0x=0, 5>0;
x=0:V=0,な>0;x=L:aV/ax=0,>0;
图1连云港地区盐土氯离子含量垂直分布
x=0:日=1,>0;x=C:a/ax=0,>0。
将o。?Cr作为一个整体,对式(2)采用隐式差分格式
连云港地区盐渍士土随深度分布如图1所示。盐波土氯求解。主要计算参数为:保护层厚度L=75m,扩散系数
离子含量在地表向下2m范围内数值比较大。氯离子含量D。=5.35x10-2m2/a,d=28d。氯离子浓度随身不变化
沿深度分布线可用抛物线表示
规律釆川式(1)表示。
/』288
非饱和渗流和饱和渗流作用下氯离子迁移深度的计算
结果如图2所示。饱和滲流作用下,氯离子主要在浓度梯度
式中,C为氯离子浓度;z为深度。
和扩散电场作用下进行扩散迁移。新鲜混凝士在毛细作用
盐士环境中,氯离子迁移主要是扩作用。混凝土下,寫集在混凝士表面,氯离予窩集层的厚度大约为2mm,
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在计算氯离子迁移作用时,可简单地将保护层厚度减小用对氯离子扩散迁移过程的影响减小。控制氯离子长期扩
2mm,计算结果表现为非他和状态下的氯离子扩散速度远大散迁移的作用主要为浓度梯度和电场作用。
于饱和状态下扩散速度。10年后在非饱和状态的氯离子是
图4为不同初始孔隙枹和度条件下,钢筋表面氯离子的
饱和状态下的.3倍。随着时间增加,非饱和渗流引起的氯浓度变化。初始孔隙包和度越小,最终钢筋表面氯离子浓
离子富集作用减弱,到50年后,氯离子浓度增幅基本没有,度越大,钢筋腐蚀的可能性越大。而且初始时刻混凝土孔
比10年的氯离子浓度增幅小。
隙含水量越小,后期钢筋表面的氯离子浓度增长的越快,后
期腐蚀的概率咸倍地增长。所以初始不饱水状态比初始饱
01530456075
水状态发生腐蚀的可能性更大。结构在初始时刻过分干燥
情况下放置于盐渍土环境中,其寿命将大打折扣,工程建设
1B-03
中需要避免这种情况的发生
h1E-04
2保护层的防腐效果分析
一初始他和
盐渍土环境下,氯离子侵人钢筋混凝土结构内部需穿
初始非和
t1E-07
透整个混凝土保护层到达钢筋表面。增加混凝土保护层厚
距混凝土表面距离/mm
度可有效延缀钢筋表面氯离子累积程度。在分析混凝土增
图2非饱和和饱和渗流计算结果的北较
加保护层厚度对构筑物耐久性影响时,采用电场和非饱和
毛细作用下的氯离子扩散模型计算。派凝土强度等级取
混凝土保护层厚度不同情况下氯高子浓度与孔原饱和(30,即抗压强度标准值为30MPa,对应参考氯离子扩散系
度的关系如图3所示。无论混凝土保护层厚度是多大,氯离数为5.35x10-Pm2/s,钢筋腐蚀的临界自由氯离子浓度取
子浓度随饱和度增加而减小。50年时,在混凝土保护层表1.7x10-2g/ecm3(以混凝土体积计算)。盐十环境下的混
面的氯离子浓度差异大,在混凝土保护层深部的氯离子浓凝土结构寿命与混凝土保护层厚度的关系如图5所示。
度差异小。从图3中看出,随着时间的增长,非饱和毛细作
0.550
日0.06
250
年
=35mm
初始和庨0.2
55
?200
和
04∥
0.04
一-75mml
0.04
度0.6
150
6め
和
0.02
認0.02E
界
田
0
00.20.40.60.81
00.20.40.60.8
304050607080
包和度θ
孔隙和度
混凝土保护层厚度/hmm
图3不同位置氯离子浓度随
图4筋表面离于浓度随初始
图5混凝土保护层∫度与
孔隙饱和度的变化
孔隙饱和度的变化
构筑物考命的关系
从图5中可以看出,随着混凝土保护层厚度增加,混凝耦合电场作用和非他和毛细作用的基础上,建立的氯离子
土的使用寿命增加。保护层厚度每增加1em,混凝土构筑物迁移扩散模型。混凝土的毛细作用加快了氯离子扩散作
的寿命成倍增长,即保护层厚度S0m的