蔣瓊

摘 要：如何根據(jù)氯離子環(huán)境因素及有限的現(xiàn)場檢測資料，預(yù)測混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子侵蝕深度的時變性和氯離子擴散規(guī)律，對氯鹽環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評估和使用壽命的預(yù)測具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：氯離子；混凝土；控制

氯離子侵蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效問題日趨嚴(yán)重，許多混凝土建筑物由于耐久性問題，面臨著維修或加固，而維修或拆除重建的決策需要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評估。氯離子進(jìn)入混凝土有兩個來源：一種是施工過程中進(jìn)入混凝士的氯離子，這是因為細(xì)骨料、拌和用水和摻加的外加劑中可能會含有一定量的氯離子，這部分氯離子含量有嚴(yán)格限定；另一種是外界使用環(huán)境中通過滲透、擴散、毛細(xì)作用進(jìn)入混凝土的氯離子，例如氯離子可以直接由海水?dāng)U散到浪濺區(qū)、潮位變動區(qū)、水下區(qū)的混凝土中，而漂浮在空氣中的氯離子可以隨海風(fēng)進(jìn)入大氣區(qū)或近海地區(qū)的混凝土中。國外的工程經(jīng)驗表明，海水、海風(fēng)和海霧中的氯離子和不合理地使用海砂，是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要原因之一。

1 氯離子傳輸過程的方式

氯離子的傳輸過程相當(dāng)復(fù)雜，它是通過混凝土內(nèi)部的孔隙和微裂縫體系從周圍環(huán)境向混凝土內(nèi)部傳輸，目前己經(jīng)了解的氯離子侵入混凝土的方式主要有以下幾種：

1）毛細(xì)管吸收作用：即混凝土表層含氯離子的鹽水向混凝土內(nèi)部干燥的部分移動?；炷帘韺语L(fēng)干程度越高，毛細(xì)管吸收作用就越大。混凝土毛細(xì)管吸收海水的能力取決于混凝土孔結(jié)構(gòu)和混凝土孔隙中游離水的含量。

2）滲透作用：即在水壓力作用下，鹽水向壓力較低的方向移動。在水下區(qū)域，即使氯化物滲透到鋼筋表面，因缺氧鋼筋也難以銹蝕。海水中氯化物以外的其他成分可與水泥石發(fā)生離子置換反應(yīng)，在表層空隙中沉積出氫氧化鎂和碳酸鈣，使混凝土表面層的滲透性降低。而室內(nèi)混凝土的氯化物滲透性試驗不具備這種條件，往往試驗結(jié)果比實際結(jié)構(gòu)高得多。

3）擴散作用：即由混凝土內(nèi)外氯離子濃度差而引起的氯離子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的移動。

由此可見，風(fēng)干時水分向外遷移，鹽分則向內(nèi)遷移，在下一次再被海水潤濕時，又有更多的鹽分以溶液的形式進(jìn)入混凝土的毛細(xì)管孔隙中。此時，在混凝土表層內(nèi)有一個向外降低的濃度差，而在離表面一定深度處氯化物濃度有一個峰值。這樣，可能有一些鹽分會向外表面擴散，但是接著的風(fēng)干又將純水向外蒸發(fā)掉，而將鹽分遺留在混凝土內(nèi)，并將更多的鹽分帶進(jìn)混凝土內(nèi)。干濕交替下，鹽分會逐漸侵入混凝土內(nèi)部。

2 近海及海洋環(huán)境下混凝土表面氯離子濃度分布

海洋和近海環(huán)境中的海水與大氣中均含有可引起鋼筋嚴(yán)重銹蝕的氯離子。長年浸沒于海水中的混凝土，由于引起鋼筋脫鈍所需的氯離子臨界濃度在飽水條件下得以提高，又因水中缺氧使銹蝕發(fā)展速度變得極其緩慢甚至停止，所以相對來說問題并不太大。水位變動區(qū)特別是浪濺區(qū)的情況則完全不同，其處于干濕交替狀態(tài)，混凝土表面的氯離子可通過吸收（當(dāng)混凝土表面干燥時）、擴散、滲透等多種傳輸途徑侵入混凝土內(nèi)部，而且這種環(huán)境下使鋼筋脫鈍所需的氯離子臨界濃度也最低，同時又具備銹蝕銹蝕發(fā)展的充分條件。浪濺區(qū)的供氧充分，銹蝕最為嚴(yán)重。

海上橋梁的上部構(gòu)件離浪濺區(qū)很近時，受到濃重的鹽霧作用在構(gòu)件表面的氯離子濃度可以累積很高，而且同樣處于干濕交替的不利狀態(tài)，在浪濺區(qū)與大氣區(qū)構(gòu)件的表面氯離子濃度之間沒有明確的界限。Fluge曾調(diào)查挪威的一座海上大橋，有多跨混凝土箱梁組成，發(fā)現(xiàn)這些箱梁受到大氣鹽霧作用累積在構(gòu)件表面的氯離子濃度，與其離開海平面的標(biāo)高有關(guān)，隨著高度的增加而降低。同一構(gòu)件上不同部位的表面氯離子濃度也有很大差異，并與其朝向和截面尺寸有關(guān)，箱梁的底面及側(cè)向背風(fēng)面的混凝土表面氯離子濃度最高。

3 混凝土氯離子相對質(zhì)量濃度分析

3.1 表面混凝土樣本采集與氯離子相對質(zhì)量濃度分析方法

于水樣采集位置，在與當(dāng)時水面相同高程分別采集了護坡表面混凝土（包括2群和3群的丁壩表面）的6組樣本；同時，在1撐和5撐點的4層不同高度處各采集了表面混凝土24組樣本。各樣本點與河口各標(biāo)志性位置（包括曹娥江大閘及杭州灣大橋等）的沿岸距離有準(zhǔn)確里程數(shù)，各點處的混凝土護坡或丁壩己建成運行的時間分別為101、99、90、122和122個月。

表面混凝土樣本經(jīng)機械壓碎后，用球磨機研磨成粉末，并通過O.63 lIlnl篩后，置于烘箱內(nèi)2h，取出冷卻至室溫待用。

混凝土中氯離子含量（占混凝土質(zhì)量的比值）的測試方法是：將一定量的試樣粉末，用去離子水（蒸餾水）配置成100ml的溶液，并劇烈振蕩1～2分鐘，每份溶液中加入2ml的離子穩(wěn)定劑ISA（其中，粉末質(zhì)量用電子天平秤得，精確到0.001曲。配置1ppm，10pm和100ppm的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為酸度計的標(biāo)定溶度。放置48h后，用美國Thermo720A酸度計測試100ml溶液中的氯離子含量（單位為ppm），即可得到混凝土粉末試樣中氯離子所占的質(zhì)量，從而得到混凝土中氯離子含量（占混凝土質(zhì)量的比值）。經(jīng)試驗測試比較，考慮到氯離子的最長析出時間及測試穩(wěn)定性等，在上述測試方法和條件下測定100ml溶液中的氯離子含量的時間，以配置測試溶液48 h后為宜，本文中混凝土中氯離子含量（占混凝土質(zhì)量的比值）的測試時間為配置測試溶液48 h之后。

3.2 近水面處混凝土中的氯離子相對質(zhì)量濃度及分析

根據(jù)測試結(jié)果，5個樣本點處近水面的護坡或丁壩混凝土表面氯離子相對質(zhì)量濃度的實測均值（各6組樣本）列于表1，其中剔除了個別異常值但保證各樣本點的5組值參加計算?；炷帘砻媛入x子相對質(zhì)量濃度可假設(shè)按式累積增加，即與滲入時間t的1/2次方成正比的關(guān)系（后為與混凝土性能及環(huán)境等有關(guān)的系數(shù)）。由于各點表面混凝土的實際滲入時間并不一致，表1中以滲入時間240個月（20年）統(tǒng)一推定其表面混凝土濃度。

4 現(xiàn)有混凝土構(gòu)件氯離子侵蝕實測及分析

4.1 氯離子侵蝕的測試方法

1）取樣位置：試驗樣品取自錢塘江一線海塘甲水閘閘墩和乙水閘的閘墩及其底板。甲水閘閘墩上分上、中和下三個部位取15個混凝土芯樣，乙水閘閘墩兩邊各取一個芯樣。2）粉末制各：從表面開始切割，試塊（1厘米長）研磨并通過0.63翮篩后，置于烘箱內(nèi)2d，時，取出冷卻至室溫。3）測試方法：稱取砂漿質(zhì)量，加入lOOmI蒸餾水劇烈振蕩1～2分鐘，浸泡48小時后，加/入2mllSA（離子強度穩(wěn)定劑），然后用美國奧立龍公司的720A酸度計測量其中的氯離子濃度。

4.2 氯離子濃度測試結(jié)果及分析

將測得的氯離子濃度換算成氯離子與混凝土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出的氯離子濃度隨深度變化結(jié)果。甲水閘閘墩除了中部氯離子濃度隨侵蝕深度有明顯的下降趨勢，其他部位的混凝土最外側(cè)2cm的氯離子濃度并不一定隨侵蝕深度有明顯的下降趨勢，2cm之后有明顯的下降趨勢，5cm之后基本趨于平緩，即最高氯離子濃度cl的位置位于距混凝土表面一定的距離（X0），乙水閘閘墩混凝土的氯離子濃度隨深度變化趨勢基本也是如此。原因可能是閘墩上部處于干濕交替的環(huán)境，而閘墩下部混凝土表面受到潮水沖刷，表面混凝土中的氯離子和外部存在交換，而閘墩中部混凝土表面情況可能正處于潮水侵淹區(qū)，使得氯離子滲透主要由擴散控制。上述情況也說明，位于浪濺區(qū)環(huán)境中的混凝土構(gòu)件，氯離子在混凝土表層的侵入不是由擴散控制，而主要是毛細(xì)管吸收作用。

參考文獻(xiàn)

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