海港工程混凝土结构耐久性寿命预测与健康诊断研究技术报告简本

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1、离岸深水港建设关键技术研究课题之十一海港工程混凝土结构耐久性寿命预测与健康诊断研究报告简本0.引言“海港工程混凝土结构耐久性寿命预测与健康诊断研究”是《离岸深水港建设关键技术研究》项目的组成部分，项目起始时间为2006年，于2009年10月完成全部研究工作。“寿命预测与健康诊断项目”的研究目的，是通过室内研究、前期暴露试验综合分析研究和已建工程原型耐久性调查分析研究，掌握海港工程混凝土结构耐久性关键技术参数的影响因素和变化规律，建立符合我国实际环境的海港工程混凝土结构寿命预测模型，为新建工程耐久性和使用年限设计、工程耐

2、久性质量控制提供技术依据；同时，开发针对已建工程的耐久性实时监控和预警新技术，为及时掌握已建工程的健康状态和进行耐久性再设计提供技术指导。本项目由中国交通建设股份有限公司和中交四航工程研究院有限公司承担，并联合中交天津港湾工程研究院有限公司、中交武汉港湾工程设计研究院有限公司、中交上海三航科学研究院有限公司、交通部公路科学研究所、南京水利科学研究院、西安建筑科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学等八家在行业内具有较高知名度与较强研究力量的研究院所与高校，共同进行科研攻关。1.基于原型观测与暴露试验的混凝土中钢筋锈蚀模型研究

3、1.1国内典型环境地区原型海工混凝土结构耐久性调查本研究通过普查和典型调查相结合的方式，对我国北方、华东、华北等典型沿海地区的海港工程混凝土结构开展原型调查工作，主要工作内容包括工程原始资料与环境资料收集、结构腐蚀破坏情况统计、以及混凝土强度、保护层厚度、氯离子渗透参数、钢筋腐蚀电位、电阻率等耐久性参数的全面检测。原型调查提供我国海港工程腐蚀破坏现状的数据资料，并通过现场取样测试，得到了氯离子扩散过程中的临界浓度、表面浓度方面的统计数据，对于建立耐久性扩散模型具有重要的参考意义。为了保证耐久性调查结果的代表性，根据环境

4、条件与结构物建设时间的不同，选择了北方地区13个泊位、华东地区的11个泊位、华南地区11座泊位进行了耐久性调查与检1测；同时，为了拓宽研究范围，还选择了5座跨海或者沿海公路桥梁作为耐久性调查的对象。腐蚀环境调查结果显示，我国沿海不同典型地区的海水氯离子浓度相差不大，硫酸根浓度普遍在2g/L左右的范围内变化，海水的pH值全部大于7，结构物全部处于弱碱性的环境中。不同地区的腐蚀环境主要区别在于环境温湿度的差异上面：由于北方冬季气温较低，混凝土冻融循环腐蚀破坏仍是受冻地区需要值得注意的问题；北方、华东和华南所处环境海水中的氯

5、离子、硫酸盐含量以及pH值相差不大，呈现相似的氯离子腐蚀破坏规律，由于南方气温较高，华南地区的氯离子腐蚀破坏情况比北方、华东地区略显严重；相对来讲，海港工程混凝土碳化腐蚀破坏的速度远小于氯离子腐蚀破坏的速度，即我国海港工程混凝土结构氯离子腐蚀是导致的耐久性、结构破坏的主要因素。海工结构物的耐久性调查结果表明，施工质量的控制是保证海工混凝土结构耐久性的主要因素，保护厚度控制与混凝土浇筑质量是其中的关键问题。调查表明对混凝土耐久性具有重要影响作用的保护层厚度虽然总体能达到设计的规定要求，但负偏差普遍存在、甚至远超过规范规定

6、的限值，对混凝土保护层厚度的控制仍是施工质量控制所应重视的重要问题。不同典型区域的混凝土表面氯离子浓度存在差异：北方地区码头构件混凝土的表面氯离子浓度为0.5%左右；华东地区与华南地区的表面氯离子浓度测试数据离散程度较大，华东地区表面氯离子浓度的取值在0.2%～0.9%之间；华南地区表面氯离子浓度的范围在0.2%～1.1%之间。混凝土的扩散系数随着时间延长呈现降低的趋势。相同暴露时间下，华东地区浪溅区构件的扩散系数要高于北方地区，低于华南地区。由于现场测试方法的局限性，码头调查中获得的混凝土临界氯离子浓度存在一定偏差，

7、利用数理统计的方法对测试数据进行分析，可得出不同地区的临界浓度取值范围（以混凝土质量百分含量表示）：北方地区码头的临界浓度范围为0.0571%～0.064%（总氯离子浓度）；华东地区码头构件的临界浓度范围为0.0427%～0.0649%（总氯离子浓度）；华南地区码头构件的临界浓度范围为0.0518%～0.0824%（总氯离子浓度）。2图1-1外观调查结果图1-2北方地区混凝土中钢筋表面的氯离子浓度与钢筋锈蚀状态3图1-3华东地区码头构件的酸溶性氯离子浓度与钢筋腐蚀状态的关系图1-4临界氯离子浓度（酸溶）取值范围1.2海

8、港工程暴露试验综合分析本报告对我国北方、华东和华南四个暴露试验站前期试验数据进行了统计分析，这四个试验站分别是中交天津港湾工程研究院有限公司的天津港暴露试验站、南京水利科学研究院拥有的连云港暴露试验站与海南八所港暴露试验站，以及中交四航工程研究院有限公司的华南地区湛江港暴露试验站。位置示意图见下。4图1-5暴露试验站位置分布图1-