港口工程中水泥混凝土耐久性探析

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1、港口工程中水泥混凝土耐久性探析　　摘要：随着混凝土工程实践经验的积累，已开始注意到混凝土表面特性对耐久性的重要影响。众所周知，混凝土是一种多相、不均质、多孔的复合体系，具有一定的渗透性，当其表面存在相对压力、浓度和电位差时，就会发生介质的迁移，混凝土的许多性能在一定程度上都与其孔隙率、孔隙结构和孔连通程度有关。混凝土表面层对结构起着防护作用，可以抵御来自外部环境的物理和化学劣化的作用，例如碳化、化学侵蚀、钢筋锈蚀、冻融破坏等，对混凝土结构的长期耐久性起着决定性的影响。本文通过一系列试验并结合国内某港

2、口工程实例，进行了混凝土表面渗透性对混凝土耐久性影响的系统分析。关键词：表层渗透性；碳化；抗冻性；孔结构；耐久性1试验方法国内某港口建设过程中，C50预制方桩在施打过程中由于遇到坚硬地质结构，施打次数增大，为检测施打过程对混凝土桩身是否造成破坏，进行了表层渗透性、超声波法匀质性、回弹取芯等检验，并对钻取的芯样进行了强度、碳化、氯离子渗透性、冻融循环等试验。由于海工混凝土受侵蚀最严重的部位属于潮差区及浪溅区，本研究选择了潮差区的桩身进行试验。8试验采用autoclam自动渗透性测试仪，拟同时在现场对混

3、凝土构件进行吸水量、渗水量和透气性三项指标的检验。由于渗透试验中的吸水量试验对混凝土材料的表面含湿量有严格的限制，对于潮差区的混凝土，其含湿量较高，经过测试发现无法进行吸水性试验，本研究主要选用了不受含湿量影响的渗水量试验方法作为试验研究手段。渗水量试验测试水压恒为50kPa（0.5ba）r，控制器自动采集每分钟的渗水量。文中水渗透系数的单位为10-7m3/min1/2。2数据分析2.1混凝土碳化深度与表面渗透性之间的关系混凝土碳化是空气中CO2与水泥中的碱性物质相互作用，使其成分、结构和性能发生变

4、化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。CO2可以与混凝土中的铝酸盐及C-S-H产物反应，使凝胶分解成CaCO3以及无定型硅胶等多孔状结构。混凝土碳化后的孔结构改变，影响混凝土与侵蚀离子的化学结合能力，可能导致混凝土中化学结合和物理吸附的氯离子释放出来，增加了自由氯离子的数量。混凝土碳化的主要危害是混凝土碱度降低，使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜（钝化膜）8遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，导致混凝土中钢筋锈蚀。同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致

5、混凝土的裂缝和结构的破坏。寒冷地区或冬季气候条件下，混凝土遭受冻融循环造成内部微裂缝和表面剥落；同时，大气环境中的CO2侵入混凝土，破坏钢筋表面钝化膜引起锈蚀，在两者共同作用下，最终导致混凝土破坏，这也是许多混凝土结构未达到设计使用年限便过早失效的原因之一。碳化是CO2通过混凝土表面缓慢向内部扩散的过程。混凝土碳化速率主要受扩散到孔系统中的CO2和孔结构的影响，混凝土中CO2的浓度梯度可以作为CO2迁移的驱动力。从分析可以看出碳化过程与混凝土渗透性有密切联系。分析可以得出混凝土渗透性能与国家标准中加

6、速碳化条件下混凝土碳化深度之间的相关性结果。混凝土的水渗透系数与混凝土碳化深度的对数值之间存在良好的线性关系，随着渗透系数的增大，混凝土碳化深度逐渐增加。根据混凝土碳化的机理可知，混凝土的渗透系数增大，表明CO2在混凝土中的扩散速度加快。2.2混凝土氯离子渗透性与表面渗透性之间的关系8氯离子引起的钢筋腐蚀是沿海地区最常见的钢筋混凝土结构破坏原因之一。由于混凝土中溶液的高碱性，钢筋处于钝化状态。当环境中的氯离子渗入混凝土内，而且其含量达到了氯离子临界值时，钝化的钢筋被活化并开始腐蚀，导致钢筋的承载力降

7、低；腐蚀产物膨胀引起混凝土开裂、剥落，因而造成钢筋混凝土构筑物服役寿命缩短。所以，在海洋环境中，钢筋混凝土构筑物的耐久性取决于混凝土的抗氯离子渗透性和引起钢筋开始腐蚀的氯离子临界值。为了提高钢筋混凝土构筑物的耐久性，有必要对氯离子在混凝土中的扩散行为及其规律进行检测和研究，以便进行混凝土结构耐久性分析。由于目前工程中普遍采用高性能减水剂配制低水胶比的混凝土，其抗渗性能良好，采用常规的水渗透法无法测试其渗透性能，一般通过测试混凝土的抗氯离子渗透系数来表征其渗透性能。氯离子在混凝土中的渗透速度主要与表面

8、氯离子浓度、混凝土的孔结构及孔隙率有关。表面氯离子浓度越高，由于浓度梯度较大，氯离子渗透的动力就越大，渗透速率也就越快。混凝土的孔隙率越高，尤其是毛细孔的比例越高，孔隙连通程度越高，氯离子的传输路径就越通畅，渗透速度就越快。由于氯离子对钢筋有较强的腐蚀作用，因此钢筋保护层即表层混凝土的质量至关重要。从分析可以看出，表层混凝土的水渗透系数与混凝土的氯离子渗透系数有一定的相关性。水渗透系数越大，氯离子的渗透系数也逐渐增大，混凝土的孔隙率及孔隙连通程度也就越高，混凝土抵抗外