感潮环境对既有混凝土构件表面氯离子浓度影响探究

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1、感潮环境对既有混凝土构件表面氯离子浓度影响探究　　摘要：本文以钱塘江河口地区海塘上的既有混凝土构件为样本，在钱塘江河口地区的感潮侵蚀环境下分析了近水面混凝土表面氯离子浓度对水体中氯离子含量的影响。结果表明感潮河段海塘上的混凝土水工建筑物的混凝土表面氯离子浓度与水体中的氯离子含量相关性较强。关键词：感潮侵蚀环境；扩散；表面混凝土；氯离子相对质量浓度中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：1.前言氯离子的侵入引起混凝土中的钢筋锈蚀，继而导致混凝土膨胀开裂，是造成钢筋混凝土破坏的直接原因之一。本文在分析氯离子侵蚀方式及侵蚀模型的基础上，研究了氯盐侵蚀环境

2、(环境水)对既有混凝土表面的侵蚀，详细分析了环境水对表面氯离子浓度的影响。2氯离子侵入混凝土的现有模型虽然氯离子在混凝土材料中的侵入迁移过程非常复杂，但对特定的条件，其中的一种侵蚀方式是主要的，尤其是在海洋环境下，扩散被认为是最主要的侵入方式，这个扩散过程人们一般引用Fick第二扩散定律进行描述。6在饱和溶液中氯离子的扩散过程被视为稳定的，当混凝土处于水饱和状态时，氯离子主要通过离子的扩散作用侵入混凝土，所以这个扩散过程满足Fick第二定律。即：(1)式中,是扩散离子的浓度，即自由氯离子浓度(%)；t是曝露时间(s)；是Fick第二定律的扩散系数(m2

3、/s)；X是距离构件表面的深度(m)。设定扩散系数为常数，则氯离子扩散是从表面向半无限空间进行，其边界条件为，。所以式(1)的解析解为[1]：(2)式中，C0为混凝土内初始氯离子浓度；Cs为混凝土暴露表面的氯离子浓度,等于暴露环境介质的氯离子浓度；erf为误差函数,。3.取样及实验方法3.1氯盐侵蚀环境水取样本文研究的样本取自钱塘江河口地区海塘上的既有混凝土结构。为了解河口段各代表性断面水体中水溶性氯离子含量，于2007年8月25日上午在钱塘江河口区近南岸5个断面采集水样，样本为表层水，并用采样瓶采集后密封以备分析。用LeemanProdigy全谱直读

4、光谱仪(4015)按国家标准方法(GB3838-2002，地表水环境质量标准)测定地表水中水溶性Cl－的含量。63.2表面混凝土样本采集与氯离子相对质量浓度分析方法于上述5个水样采集位置，在与当时水面相同高程分别采集了护坡表面混凝土(包括2#和3#的丁坝表面)的6组样本；同时，在1#和5#点的4层不同高度处各采集了表面混凝土24组样本。表面混凝土样本经机械压碎后，用球磨机研磨成粉末，并通过0.63mm筛后，置于烘箱内2h，取出冷却至室温待用。混凝土中氯离子含量(占混凝土质量的比值)的测试方法是：将一定量的试样粉末，用去离子水(蒸馏水)配置成100ml的

5、溶液，并剧烈振荡1~2分钟，每份溶液中加入2ml的离子稳定剂ISA。配置1ppm，10ppm和100ppm的标准溶液作为酸度计的标定溶度。放置48h后，用美国Thermo720A酸度计测试100ml溶液中的氯离子含量(单位为ppm)，即可得到混凝土粉末试样中氯离子所占的质量，从而得到混凝土中氯离子含量(占混凝土质量的比值)。4.结果与讨论4.1环境水中水溶性Cl含量及分析测定的结果中各个断面的水溶性Cl－含量列于表1(同时测定了Ca2+，Mg2+和SO42—含量)，Cl－含量总体规律是取样位置与河口的距离越近，其浓度增加；但在断面1处的水体氯离子含6量

6、比下游的断面2处含量稍高，分析其原因，可能是该断面处于钱塘江和其支流浦阳江汇合处下游，受该段水流条件的影响所致。表1钱塘江表层水体中水溶性Cl－的含量(mg/L)上述样本中的水溶性Cl－含量与其他文献实测值的数量级是一致的，如文献[2]中，1993年11月20日钱塘江桥下的含量为21.0mg/L。长期监测结果表明[3]，钱塘江在枯水期的氯离子浓度较大，所以上述检测结论对近岸水体含量是有代表性的。根据上述水体中氯离子含量的测试结论，以距离杭州湾大桥的距离为例，拟合的表层水体中氯离子含量(mg/L)与距离河口(杭州湾大桥)的距离(km)关系为：(3)拟合曲

7、线和实际的Cl－含量测试值如图1。图1钱塘江表层水体中水溶性Cl－的含量与河口距离的关系4.2近水面处混凝土中的氯离子相对质量浓度及分析根据测试结果，5个样本点处近水面的护坡或丁坝混凝土表面氯离子相对质量浓度的实测均值(各6组样本)列于表2，其中剔除了个别异常值但保证各样本点的5组值参加计算。6混凝土表面氯离子相对质量浓度可假设按式累积增加[4]。由于各点表面混凝土的实际渗入时间并不一致，表2中以渗入时间240个月(20年)统一推定其表面混凝土浓度。表2海塘护坡表面混凝土中Cl－的相对质量浓度(×10-2%)根据上述测试的护坡或丁坝表面混凝土氯离子浓度

8、的结论，拟合的表面混凝土中的氯离子相对质量浓度(按照表2中的实测浓度，%)与杭州湾大桥的距离(