氯離子對海工混凝土的侵蝕機(jī)理及防護(hù)措施綜述

高子良 李昂 朱榮月 張翠

引言

隨著國家實(shí)力的增強(qiáng)，在日趨激烈的國際競爭環(huán)境下，我國的國家建設(shè)也不斷向更加遼闊的海洋地區(qū)擴(kuò)展。作為海洋構(gòu)筑物的基本材料—混凝土，長期處于海洋的侵蝕環(huán)境下，其機(jī)構(gòu)的耐久性會受到破壞。根據(jù)研究調(diào)查，海工混凝土結(jié)構(gòu)使用年限減少、耐久性損壞的主要原因是鋼筋銹蝕，而鋼筋銹蝕的首要原因是氯離子的侵蝕[1]。其對于正在使用構(gòu)件的耐久性產(chǎn)生很大影響，不能使混凝土使用年限達(dá)到期望值，進(jìn)而造成巨大損失。所以避免或減少氯離子對混凝土侵蝕的影響對于提高海工混凝土的耐久性有深遠(yuǎn)意義。本文結(jié)合現(xiàn)階段國內(nèi)外研究成果，綜述了氯離子對海工混凝土的侵蝕機(jī)理及防護(hù)措施。

1 氯離子侵蝕機(jī)理

海洋中有富含可溶性氯鹽，氯離子的含量平均約為15000mg/L[2]，是破壞混凝土耐久性含量最多的離子。除此外，混凝土本身也含有氯離子，是原材料自身帶入或是在施工過程隨其他摻合物添加的[3]。這是侵入混凝土內(nèi)部的氯離子的主要來源。

基于混凝土本身的物理性質(zhì)，其表面有微觀孔隙。而這為氯離子侵入混凝土內(nèi)部提供了方便。氯離子進(jìn)入混凝土內(nèi)，會與氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松；另一方面，氯離子會與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、物理結(jié)晶，生成體積比原來大幾倍的物質(zhì)[4]。水泥水化放熱同時(shí)使該處的pH值升高，呈高堿性。此時(shí)鋼筋外表面生成致密的氧化膜，即鈍化膜。鈍化膜的生成會保護(hù)里面的鋼筋不與海水接觸。而氯離子有極強(qiáng)的去鈍化能力，并且氯離子自身具有粒徑小、活性大、穿透性強(qiáng)的性質(zhì)。氯離子可以通過混凝土的微觀孔隙向混凝土內(nèi)部傳輸，主要的侵入方式是擴(kuò)散[5]。當(dāng)氯離子侵入后發(fā)生鈍化反應(yīng)，從而損壞鋼筋表面鈍化膜。此時(shí)鋼筋作為陽極受到侵蝕，鈍化膜作為陰極。因?yàn)殁g化膜的面積遠(yuǎn)大于所漏鋼筋的面積，所以鋼筋的銹蝕變快[6]。

2 混凝土抗氯離子防護(hù)措施研究

2.1 提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性

秦憲明等[7]通過水泥配比試驗(yàn)得出使用水泥中使用的低熱硅酸鹽水泥，水泥中的C3A含量不高于6%，C3S與C3A的總含量不高于58%，此類水泥的水化熱較低，可以避免混凝土表面因溫度過高產(chǎn)生裂縫；侵蝕混凝土的氯離子來源之一即是混凝土自身所帶。因此應(yīng)該盡量降低骨料中的氯離子含量，并且骨料要保持適當(dāng)?shù)臏囟?，防止產(chǎn)生冷縮裂縫。孫國文[8]等利用壓泵技術(shù)和穩(wěn)態(tài)電遷移法進(jìn)行試驗(yàn)，研究了骨料對氯離子擴(kuò)散的影響，得出骨料在水泥基復(fù)合材料中改變了漿體的孔結(jié)構(gòu)降低了氯離子的傳輸性能；提高海工混凝土結(jié)構(gòu)抵抗氯離子腐蝕的能力[9]。胡紅梅等經(jīng)過試驗(yàn)得出將Ⅱ級粉煤灰、礦粉和混凝土抗氯離子增強(qiáng)劑以一定比例混合使用，在水膠比較低或較高的情況下，都可以大幅提高混凝土的抗氯離子滲透性。經(jīng)試驗(yàn)確定了Ⅱ級粉煤灰、礦粉、Point-AC的復(fù)配摻量分別為10%、30%、15%，其中Ⅱ級粉煤灰的超量系數(shù)為1.5[10]；朱燕等[11]通過向混凝土中摻入減水劑、引氣劑、早強(qiáng)劑等不同的化學(xué)外加劑進(jìn)行抗氯離子滲透性試驗(yàn)，結(jié)果表明，減水劑、引氣劑及早強(qiáng)劑的摻入使得不同品種礦物質(zhì)超細(xì)粉混凝土的28d抗壓強(qiáng)度都有所提高，高效減水劑的效果最為明顯；減水劑、早強(qiáng)劑、引氣劑等外加劑的使用可明顯提高混凝土抗氯離子滲透的能力，但各種外加劑的影響程度有所不同。

2.2 混凝土表面涂層

在混凝土表面涂層是比較直接有效的方式，可以直接阻止氯離子向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散?；炷镣獗硗繉涌煞譃榉忾]型和滲透型兩種，封閉型涂層有良好的吸附性、密實(shí)性和抗?jié)B性；滲透型涂層是根據(jù)混凝土有微觀孔隙的特點(diǎn)，涂抹在混凝土表面，這些滲入混凝土內(nèi)部的涂料在部分范圍內(nèi)，形成保護(hù)層，它能有效地阻止海洋環(huán)境中的氯離子進(jìn)入混凝土中，從而避免鋼筋受腐蝕，表面涂層技術(shù)成熟、效果明顯，是一種經(jīng)濟(jì)有效的防腐措施[12]。目前應(yīng)用較普及的涂料有環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯和氯化橡膠等。但這些涂料內(nèi)含有機(jī)溶劑，會污染環(huán)境，不符合綠色發(fā)展理念，要謹(jǐn)慎使用。

2.3 優(yōu)化施工工藝

牟軍等[13]通過對混凝土現(xiàn)場跟蹤試驗(yàn)，研究了施工季節(jié)、養(yǎng)護(hù)方式、齡期以及附加耐久性施工措施對抗氯離子滲透性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土養(yǎng)護(hù)條件對抗氯離子性能的影響較大。尤其是溫度的影響，在施工中，應(yīng)避免混凝土早期受凍，并且透水模板布能明顯提高實(shí)體結(jié)構(gòu)表面混凝土的抗氯離子滲透性能。現(xiàn)在海工混凝土的施工方法多為現(xiàn)澆。使混凝土過早在海洋環(huán)境中暴露，會對其耐久性產(chǎn)生危害。因此，為增強(qiáng)混凝土的耐久性，海工混凝土構(gòu)件適宜采用預(yù)制安裝的方法施工。

3 結(jié)語

混凝土面對環(huán)境惡劣的海洋環(huán)境時(shí)，其耐久性總是受到挑戰(zhàn)。如今我們對海洋資源的開發(fā)、構(gòu)筑物的建設(shè)、國家海軍現(xiàn)代化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都迫使我們引起對提高海工混凝土性能的重視。氯離子的侵蝕是影響海工混凝土的一個(gè)重要因素。每年混凝土的腐蝕就會給國家?guī)砭薮髶p失。抗氯離子侵蝕是一個(gè)任重道遠(yuǎn)的過程，我們需要對抗氯離子滲透進(jìn)行深入研究，根據(jù)大量專家的研究調(diào)查，礦物骨料的摻入對混凝土抗氯離子有顯著作用，我們要深入了解氯離子侵蝕機(jī)理，綜合采用各種防護(hù)措施，并致力于新技術(shù)和新材料的研發(fā)。

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[11]朱燕，梅華，陳佳佳.礦物摻合料與化學(xué)外加劑影響混凝土抗氯離子滲透性的試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2016，35（11）：3844～3849.

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[13]牟軍，周萬彩，王敏.施工工藝對混凝土抗氯離子滲透性影響研究[J].山東交通科技，2011（05）：46～48+51.