干湿循环流动水侵蚀混凝土试验性能研究

干湿循环流动水侵蚀混凝土试验性能研究

李峰

中交二航局第四工程有限公司 安徽省芜湖市 241000

摘要：为了解海水动态变化对混凝土造成的影响，可以通过干湿循坏流动水来模拟海水的动态变化。与此同时，用一组长时间浸泡的混凝土作对比试验，对比两种试验结果得到如下结论：混凝土在这两种情形下的氯离子侵蚀的原理不同。干湿循环流动水中混凝土的侵蚀主要以毛细吸附为主，而长期浸泡状态下的混凝土的侵蚀主要是以扩散的方式为主，并且前者的侵蚀速度比后者的侵蚀速度快。

关键词：混凝土；干湿循环；流动水侵蚀

Abstract: In order to understand the effect of dynamic change of sea water on concrete, the dynamic change of sea water can be simulated by dry and wet flowing water. At the same time, a group of concrete soaked for a long time to do a comparative test, compared with the two test results to get the following conclusion: concrete in these two cases of chloride erosion principle is different. The erosion of concrete in dry and wet circulating water is mainly capillary adsorption, while the erosion of concrete in long-term soaking state is mainly diffusion, and the erosion speed of the former is faster than that of the latter.

Key words: concrete; Wet and dry cycle; Flowing water erosion

1.引言

海洋环境中钢筋混凝土结构被破坏的重要原因是由于海水中的氯离子与钢筋接触发生化学反应，从而造成钢筋被腐蚀现象。钢筋结构破坏导致混凝土膨胀开裂，出现这种情况的原因是钢筋被腐蚀造成保护层失效，失去保护层的保护作用钢筋与混凝土之间的粘黏强度大大降低，导致混凝土的承载能力降低，耐久性下降，^[1]因而造成整体结构的安全系数降低。海洋环境相当复杂，在干湿循环的条件作用下，混凝土被氯离子严重破坏，比如国内盐湖工程和海岸工程的混凝土。由于海水时时刻刻都在流动，因此本文通过干湿循环流动水模拟海洋环境来探究氯离子的渗透性。

1.1传送方式的研究

氯离子在混凝土的传输方式不仅与其工作环境有关还与自身条件有关。氯离子在钢筋混凝土中的运动状态相当复杂，毛细吸收、扩散、渗透以及电迁移是几种主要的运动方式。通常把混凝土孔隙含水情况不同分为饱和水和非饱水两种情况，扩散是指氯离子在混凝土中由浓度较高一侧向浓度较低一侧的运动；渗透过程具体是指氯离子存在于水溶液当中随着水溶液移动，毛细吸附具体是指处于游离状态的氯离子随着水溶液在吸附作用下，进入到混凝土内部的过程，产生毛细吸附的前提条件是混凝土含有少量的水分或者混凝土完全不含有水分的情况，在混凝土孔隙接触到外界的水溶液的时候毛细管由于负压的作用产生吸附力。^[2]电场迁移具体是指溶液中的氯离子，在电场的作用下按照同一方向转移的过程。比如实验室内进行的加速试验。

1.2干湿循环的分析

氯离子有两种比较常见的侵蚀方式：第一，游离状态的氯离子，附着在混凝土的孔隙当中，当氯离子达到某个浓度值的时候，就开始腐蚀钢筋，导致钢筋的承载能力下降，缩短钢筋的使用寿命。^[3]第二，氯离子还可以与水泥混合物发生化学反应，生成相应的复合盐。主要是因为化学结合和物理吸附造成的。发生物理吸附的原因是范德瓦耳斯力，在这种力的作用下极其容易产生大量的氯离子。而化学结合则是依托化学键结合，这种结合就相对稳定了，结构不易于被破坏，对于混凝土的抗侵蚀性能具有着重要影响。除此之外，干湿循环也对氯离子的运动具有着重要影响。即使不饱和状态下的氯离子要比饱和状态下的氯离子传输速度要快，但是这不代表着全部干湿循环系统中的氯离子传输速度和传输的量都完全高于全浸泡的混凝土试件，这还与混凝土与侵蚀溶液接触的时间有关系。^[4]由于不一样的干湿循坏系统都有不同的干湿循环时间、干湿循环次数以及干湿循环周期，因此，现阶段对干湿循坏的概念还比较模糊。

2.试验研究

2.1试验材料

水泥：42.5级普通硅酸盐水泥；

粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰；

中砂：细度模数为2.6；

石子：采用5—20mm的碎石,颗粒级配良好。

2.2掺配比例

在此次试验过程当中，粉煤灰的掺杂量使用的是等量替代法，替代率分别是10%，20%，30%。总共做了12组对比试验，每一组的试块为4个，来探究和分析其抗氯离子渗透能力的大小。

2.3试验方法

本次试验利用100mm的立方体混凝土作为模型，在拆模之后放置在标准养护室60d，接着在60°C的条件下进行烘干处理。相应的两面不管，其他各个面需要利用石蜡进行密封处理。然后把试件分别放置在 溶液浓度大小为10%的NaCl当中，接着开始干湿循环流动水浸泡试验和长期浸泡试验，干湿循环流动的方式是：把两天浸泡和两天自然干燥看成一个循环周期。在试验过了60天之后通过NJCL-H氯离子含量快速测定仪测出各个深度下的氯离子浓度。工作原理为：第一步通过标准浓度对测量仪器进行标定和校准，得到一条曲线，第二部，通过标定好的测量仪器来测量氯离子的含量。

2.4试验结果

在对比了以下两种氯离子含量随着深度而变化的图可以得出，不论是干湿循环流动水还是长期浸泡的试件，混凝土当中氯离子的浓度，由表及里各地含量都是从大到小的。而且从外面向内部的相同深度的地方处于干湿循环流动水的氯离子浓度要大于处于氯盐长期浸泡中的氯离子浓度。与此同时，前面这种氯离子的含量远远大于后者氯离子的含量，表明了这两种不同情况下氯离子的传输方式是不同的。处于长期浸泡下的氯离子在混凝土当中主要是扩散的方式，它的侵蚀速率满足Fick第二定律。处于干湿循环流动水条件下，溶液的浓度相对来说都比较稳定，在干燥的过程当中，表面盐分含量增大会促进氯离子的扩散速度加快。在下一次浸泡的过程当中，氯离子跟随水溶液被吸入混凝土内部和在湿度梯度作用下跟随毛细管内的水被传输到混凝土当中。（注：FC0、FC0.1、FC0.2、FC0.3分别代表粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%）

2.5试验结论

第一，干湿循环流动水和长期浸泡两种不同条件下氯离子侵蚀混凝土的方式不一样，前面一种侵蚀方式主要是毛细管吸附，扩散侵蚀程度比较小。后一种侵蚀方式主要是扩散。第二，前者的侵蚀能力比后者要强。第三，前者表层氯离子含量相对于后者浓度更大。

3.结束语

干湿循环流动水对混凝土的侵蚀程度最大，破坏也是最严重的。导致混凝土结构使用寿命大大减少。而研究干湿循环流动水作用下氯离子的传输机制，可以进一步精确评估该环境下钢筋混凝土结构的耐久性寿命。在试验的过程当中为了增大混凝土的渗透能力，更好地保护混凝土的结构和使用寿命，我们可以合理加入一些辅助剂或掺合料。

参考文献：

[1]邓鹏.盐碱-干湿条件下混凝土强度及耐久性问题研究[J].混凝土与水泥制品,2019(11):12-16.

[2]杨梦. 不同干湿循环周期对混凝土硫酸盐侵蚀影响试验研究[D].郑州大学,2019.

[3]王明明. 干湿循环环境下混凝土抗压强度退化试验[D].华北水利水电大学,2018.

[4]韩国旗,何斌,纳曼·麦麦提.干湿循环作用下混凝土中氯离子侵蚀的研究进展[J].喀什大学学报,2019,40(06):48-52.