海工混凝土氯离子腐蚀耐久性研究综述
混凝土构件在氯离子侵蚀环境下的耐久性研究
混凝土构件在氯离子侵蚀环境下的耐久性研究混凝土构件作为重要的建筑材料之一，广泛应用于建筑物、桥梁、隧道等工程中。
但是，在氯离子侵蚀环境下，混凝土构件的耐久性会大大降低，引起早期开裂、腐蚀等问题，影响工程的使用寿命和安全性。
因此，针对混凝土构件在氯离子侵蚀环境下的耐久性研究显得尤为重要。
一、氯离子对混凝土的侵蚀作用氯离子是一种常见的离子，能够在氯离子存在的情况下形成混凝土结构中的腐蚀环境，引起混凝土的破坏。
氯离子主要通过以下两种方式进入混凝土结构：1.混凝土表面的吸附作用：当空气中存在氯离子时，它们会吸附在混凝土表面，通过孔隙进入混凝土结构内部。
2.渗透作用：氯离子可以通过混凝土的微孔、毛细孔进入混凝土结构，渗透至混凝土内部。
氯离子进入混凝土结构后，会与混凝土中的水或水化产物发生作用，引起混凝土中钙矾石的破坏，从而导致混凝土的破碎和腐蚀。
此外，氯离子还可以与钢筋表面的保护层发生化学反应，导致钢筋锈蚀，从而引起混凝土构件的开裂和脱落。
二、混凝土结构的耐久性评价方法评价混凝土结构在氯离子侵蚀环境下的耐久性需要通过多种指标进行评价。
目前常用的指标有以下几种：1.抗渗性、抗吸水性：混凝土结构的渗透性和吸水性是衡量混凝土的耐久性的重要指标。
在氯离子侵蚀环境下，混凝土的渗透性和吸水性会增强，导致混凝土中氯离子含量增加，从而影响混凝土的强度和耐久性。
2.抗压强度、抗拉强度：混凝土的抗压强度和抗拉强度是衡量混凝土结构是否能够承受外力的重要指标。
在氯离子侵蚀环境下，混凝土中钙矾石的破坏会使混凝土的强度下降，从而影响混凝土的耐久性。
3.氯离子含量：混凝土中氯离子的含量是衡量混凝土结构在氯离子侵蚀环境下的重要指标。
氯离子在混凝土中的含量越高，混凝土的耐久性就越低。
4.电阻率：混凝土的电阻率是衡量混凝土结构导电性的指标。
在氯离子侵蚀环境下，混凝土的电阻率会降低，从而影响混凝土的耐久性。
三、提高混凝土结构在氯离子侵蚀环境下的耐久性的措施为了提高混凝土结构在氯离子侵蚀环境下的耐久性，需要采取以下措施：1.优化混凝土配合比，减少孔隙率和水胶比，提高混凝土的密实性和强度，减少氯离子进入混凝土结构的渠道。
混凝土氯离子渗透实验及其对结构耐久性的影响研究
混凝土氯离子渗透实验及其对结构耐久性的影响研究一、研究背景混凝土结构在使用过程中，常常会遭受到氯离子的侵蚀，导致混凝土的物理性能下降，从而影响结构的耐久性。
因此，混凝土氯离子渗透实验成为了混凝土结构耐久性研究的重要内容之一。
本文将从混凝土氯离子渗透实验的原理、方法、实验结果及其对结构耐久性的影响等方面进行全面研究。
二、混凝土氯离子渗透实验原理混凝土氯离子渗透实验是通过分析混凝土中氯离子的扩散规律，来评估混凝土结构的耐久性。
混凝土中的氯离子主要来源于环境中的氯化物，如海水、道路盐等。
当混凝土中的氯化物浓度达到一定程度时，会引起混凝土中的较强化学反应，导致混凝土的物理性能下降，最终影响结构的耐久性。
混凝土氯离子渗透实验主要通过测定混凝土中氯离子的扩散系数来评估混凝土结构的耐久性。
氯离子在混凝土中的扩散过程可以用菲克定律来描述：$$\frac{\partial C}{\partial t}=\frac{\partial}{\partialx}(D\frac{\partial C}{\partial x})$$其中，C为混凝土中氯离子的浓度，t为时间，D为氯离子在混凝土中的扩散系数，x为混凝土中的距离。
通过对混凝土中氯离子浓度随时间和深度的变化进行测定，可以得到氯离子在混凝土中的扩散系数。
混凝土氯离子渗透实验可以使用不同的方法进行，如克服法、浸泡法、电化学法等。
三、混凝土氯离子渗透实验方法1.克服法克服法是一种常用的混凝土氯离子渗透实验方法，该方法使用水压力将氯离子强制驱逐出混凝土，并通过测量混凝土中氯离子的浓度变化来评估混凝土结构的耐久性。
具体实验步骤如下：(1)制备混凝土试样，并在试样中心部位钻一个直径为5mm的小孔。
(2)将试样放入克服法实验装置中，连接高压水源和真空泵。
(3)打开水源和真空泵，使试样内部形成一定的真空度。
(4)关闭水源，打开压缩空气，使试样中的水被强制驱逐出去。
(5)在试样中心的小孔处取样，测量氯离子的浓度。
混凝土中氯离子含量与耐久性关系研究
混凝土中氯离子含量与耐久性关系研究一、研究背景混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，但由于混凝土中含有氯离子等化学物质，会对混凝土的耐久性产生影响。
因此，研究混凝土中氯离子含量与耐久性的关系，对于混凝土的设计、施工以及维护具有重要的意义。
二、混凝土中氯离子的来源混凝土中氯离子的主要来源包括以下几个方面：1.水泥：水泥中含有少量的氯化物，当水泥与水混合时，会释放氯离子。
2.混凝土配合料：混凝土配合料中也可能含有氯离子，如砂、石子等。
3.外部环境：混凝土在使用过程中，可能会受到外部环境的影响，如海水、雨水等含氯环境。
三、氯离子对混凝土的影响氯离子对混凝土的影响主要体现在以下几个方面：1.钢筋腐蚀：氯离子进入混凝土内部后，会与钢筋表面的水合物反应，生成氢氧化铁膜，导致钢筋锈蚀。
2.混凝土强度降低：氯离子的存在会引起混凝土中的水化反应，导致混凝土强度降低。
3.混凝土龟裂：氯离子会使混凝土内部的水泥胶凝体发生膨胀，从而导致混凝土龟裂。
四、混凝土中氯离子含量的检测方法混凝土中氯离子含量的检测方法主要有以下几种：1.酸溶-银标法：将混凝土样品酸溶后，用银盐溶液测定氯离子的含量。
2.离子色谱法：利用离子色谱仪测定混凝土中氯离子的含量。
3.电导法：利用电导仪测定混凝土中氯离子的含量。
五、氯离子含量与混凝土耐久性的关系氯离子含量与混凝土耐久性的关系是一个复杂的问题，受到多种因素的影响。
一般来说，当混凝土中氯离子含量超过一定的阈值时，混凝土的耐久性会受到影响，具体表现为以下几个方面：1.混凝土的抗渗性能下降：氯离子会导致混凝土的孔隙度增大，从而导致混凝土的抗渗性能下降。
2.混凝土的强度下降：氯离子会引起混凝土中的水化反应，导致混凝土的强度下降。
3.混凝土的龟裂：氯离子会使混凝土内部的水泥胶凝体发生膨胀，从而导致混凝土龟裂。
4.混凝土的耐久性降低：氯离子会使混凝土内部的钢筋腐蚀，从而导致混凝土的耐久性降低。
六、防止氯离子对混凝土的影响为了防止氯离子对混凝土的影响，可以采取以下措施：1.选择低氯含量的水泥和混凝土配合料。
氯离子对混凝土耐久性的影响研究
氯离子对混凝土耐久性的影响研究一、研究背景与意义混凝土作为建筑工程中最常用的材料之一，其耐久性一直是人们关注的焦点。
而氯离子是混凝土中最常见的一种化学物质，其存在会对混凝土的耐久性产生不良影响。
因此，研究氯离子对混凝土耐久性的影响，对于深入了解混凝土的性能，提高混凝土的耐久性具有重要意义。
二、氯离子对混凝土的影响机理（一）氯离子的渗透与扩散混凝土中的氯离子主要来源于混凝土配料中的氯化物，如氯化钠、氯化钾等。
在混凝土中，氯离子会随着水分的渗透和扩散进入混凝土中。
当氯离子的浓度达到一定程度时，就会对混凝土中的钢筋产生腐蚀作用，从而降低混凝土的耐久性。
（二）氯离子与混凝土中的化学反应氯离子可以与混凝土中的硅酸盐和氢氧化钙等物质发生化学反应，形成氯化钙和氯化铝等产物。
这些反应会改变混凝土的化学性质，从而影响混凝土的耐久性。
（三）氯离子对混凝土中钢筋的腐蚀作用当混凝土中的氯离子浓度达到一定程度时，会对混凝土中的钢筋产生腐蚀作用，从而降低混凝土的耐久性。
氯离子可以通过混凝土的孔隙进入混凝土中，进而与钢筋表面的氧化物发生反应，形成氯化铁等产物，从而导致钢筋的腐蚀。
三、氯离子对混凝土耐久性的影响研究方法（一）混凝土抗氯离子渗透性试验混凝土抗氯离子渗透性试验是通过测试混凝土在一定条件下对氯离子的渗透程度来评价混凝土的耐久性。
该试验通常采用荷重法、电阻法、电化学阻抗法等方法进行，可以定量评估混凝土的抗氯离子渗透性能。
（二）混凝土钢筋腐蚀试验混凝土钢筋腐蚀试验是通过模拟混凝土中的氯离子腐蚀作用，评估混凝土中钢筋的腐蚀程度。
该试验通常采用电化学腐蚀法、自然腐蚀法等方法进行，可以定量评估混凝土中钢筋的腐蚀程度。
四、氯离子对混凝土耐久性的影响研究结果（一）氯离子对混凝土抗压强度的影响氯离子的存在会对混凝土的抗压强度产生不良影响。
研究表明，在一定浓度下，氯离子会导致混凝土中的孔隙率增大，从而降低混凝土的密度和抗压强度。
此外，氯离子还会与混凝土中的水泥石和骨料等物质发生化学反应，加速混凝土的老化和劣化。
海水浸泡对混凝土耐久性的影响研究
海水浸泡对混凝土耐久性的影响研究一、前言混凝土作为一种常见的建筑材料，其耐久性一直是人们关注的焦点。
海水浸泡是混凝土常见的外部环境之一，在海洋工程、海岸防护等领域得到广泛应用。
本文旨在对海水浸泡对混凝土耐久性的影响进行研究。
二、海水浸泡对混凝土的影响1. 海水中的化学成分海水中含有大量的氯离子、硫酸盐离子、镁离子等化学成分，这些成分会对混凝土产生不同程度的影响。
（1）氯离子的影响氯离子是海水中含量最高的离子之一，它会通过渗透作用进入混凝土内部，与水泥中的氢氧化钙反应生成氯化钙，导致钢筋锈蚀、混凝土开裂、强度降低等问题。
（2）硫酸盐离子的影响硫酸盐离子会与混凝土中的水泥反应生成硫酸钙，导致混凝土的体积膨胀，引起开裂、强度降低等问题。
（3）镁离子的影响镁离子会与混凝土中的水泥反应生成镁水泥石，导致混凝土的强度降低。
2. 海水中的生物作用海水中含有各种微生物、海藻、贝类等生物，它们会在混凝土表面和内部形成生物膜、海藻、贝壳等附着物，导致混凝土表面粗糙、表面和内部孔隙增加、强度降低等问题。
3. 海水中的物理作用海水中的潮汐、波浪、冲刷等物理作用会对混凝土产生不同程度的影响，如引起表面剥落、开裂、强度降低等问题。
三、混凝土耐久性评价方法1. 混凝土压缩强度混凝土的压缩强度是评价其耐久性的重要指标之一，可以通过试验方法进行测量。
2. 混凝土渗透性混凝土的渗透性是其耐久性的重要指标之一，可以通过试验方法进行测量。
3. 混凝土抗渗性混凝土的抗渗性是其耐久性的重要指标之一，可以通过试验方法进行测量。
4. 混凝土表面硬度混凝土表面硬度是评价其耐久性的重要指标之一，可以通过试验方法进行测量。
四、混凝土耐久性改善方法1. 混凝土配合设计通过优化混凝土的配合设计，减少水灰比、增加掺合料含量等方法，可以提高混凝土的耐久性。
2. 防护措施在混凝土表面施加防水材料、防腐涂层等措施，可以有效提高混凝土的耐久性。
3. 混凝土维修加固对受损的混凝土进行维修加固，可以恢复其耐久性。
海洋工程混凝土结构的防腐蚀技术研究
海洋工程混凝土结构的防腐蚀技术研究一、引言海洋工程混凝土结构的防腐蚀技术是海洋工程中极为重要的一环。
海洋环境的高盐度、高湿度、高温度、强风浪、海水侵蚀等因素都会对混凝土结构造成严重的腐蚀和损害。
因此，如何保护海洋工程混凝土结构的防腐蚀技术一直是海洋工程领域的研究热点之一。
二、海洋环境中混凝土结构腐蚀的原因1.海水的化学腐蚀作用：海水中含有大量的氯离子、硫酸根离子、氢氧化物等会对混凝土结构造成化学腐蚀。
2.海水的物理腐蚀作用：海水的波浪、潮汐、海流等物理作用会对混凝土结构造成物理腐蚀，如水波冲击、海水侵蚀等。
3.微生物腐蚀作用：海洋环境中存在大量的生物，如藻类、细菌、海藻等，它们会在混凝土结构表面生长繁殖，利用混凝土结构中的有机物质进行代谢，造成混凝土结构的微生物腐蚀。
三、海洋工程混凝土结构的防腐蚀技术1.防水处理：海洋工程混凝土结构的表面需要进行防水处理，以减少水分的渗透。
2.防腐涂料：使用防腐涂料对混凝土结构进行涂装，以隔绝海水的直接接触，达到防腐蚀的目的。
3.电化学防腐蚀：通过电化学方法对混凝土结构进行防腐蚀处理，如电化学防腐技术、阴极保护技术等。
4.材料优化：选用高性能材料，如玻璃纤维增强聚合物、碳纤维增强聚合物等材料。
5.混凝土配方优化：进行混凝土配方的优化，选用抗海水侵蚀的添加剂，如硅酸盐水泥、高性能混凝土等。
四、海洋工程混凝土结构的防腐蚀技术案例分析1.中国第一座海上风电场——上海东海大桥风电场的防腐蚀技术上海东海大桥风电场是中国第一座海上风电场，该工程采用了玻璃纤维增强聚合物材料、电化学防腐蚀技术等多种防腐蚀技术，保证了风电场的长期稳定运行。
2.挪威海洋混凝土平台的防腐蚀技术挪威海洋混凝土平台采用了碳纤维增强聚合物材料、混凝土配方优化等多种防腐蚀技术，有效地延长了平台的使用寿命。
五、结论海洋工程混凝土结构的防腐蚀技术是保障海洋工程长期稳定运行的关键技术之一。
在实际工程中，需要根据具体的海洋环境特点，综合运用多种防腐蚀技术，以达到最佳的防腐蚀效果。
海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述
第39卷第12期2020年12月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.39㊀No.12December,2020海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述李师财,于㊀泳,金祖权(青岛理工大学土木工程学院,青岛㊀266033)摘要:远海工程建设面临钢筋混凝土易腐蚀㊁河砂和淡水匮乏等难题㊂国内外学者选择资源丰富的海水海砂代替淡水河砂制备混凝土,并研究其工作性能㊁力学性能及耐久性能㊂海水海砂中高含量的氯盐会加快水泥水化和凝结,导致早凝和早期强度提高,但后期增长变缓,最终强度与淡水河砂混凝土相近㊂海砂中少量的贝壳对混凝土工作性能和力学性能影响不大㊂海水海砂混凝土中的氯离子传输及结合方式更为复杂,其不同于内掺型氯离子,由此导致海水海砂混凝土中的钢筋锈蚀机理改变㊂辅助胶凝材料㊁复合型阻锈剂及纤维增强复合筋等为海水海砂混凝土结构应用提供了保障㊂关键词:海水海砂混凝土;力学性能;耐久性;氯离子结合;钢筋锈蚀中图分类号:TU528㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2020)12-3743-10Review on Mechanical Properties and Durability of Seawater and Sea-Sand ConcreteLI Shicai ,YU Yong ,JIN Zuquan(School of Civil Engineering,Qingdao University of Technology,Qingdao 266033,China)Abstract :Problems such as corrosion of reinforced concrete,lack of river sand and fresh water cause difficulties in the construction of offshore projects.Due to the rich resources of seawater and sea-sand,experts and scholars at home and abroad put forward to use seawater and sea-sand instead of fresh water and river sand to prepare concrete.Workability,mechanical properties and durability of seawater and sea-sand concrete were studied.Chlorine salts of seawater and sea-sand accelerate the setting and hydration of cement,leading to early setting and increasing the early strength of the concrete.However,the strength of seawater and sea-sand concrete grows slowly in the later period,and its final strength is similar to that of ordinary concrete.A small amount of shells in sea-sand has little effect on the workability and mechanical properties of concrete.Different from doped chloride ion,the mechanisms of chloride transmission and binding capabilities of seawater and sea-sand concrete are more complex.As a result,the mechanism of reinforcement corrosion in seawater andsea-sand concrete is changed.However,supplementary cementitious materials,compound rust inhibitor and fiber reinforced polymer bar provide guarantee for the application of seawater and sea-sand concrete structures.Key words :seawater and sea-sand concrete;mechanical property;durability;chloride binding;reinforcement corrosion 基金项目:国家自然科学基金(U1806225,51708314)作者简介:李师财(1995 ),男,硕士研究生㊂主要从事海洋环境混凝土耐久性方面的研究㊂E-mail:1123606091@通讯作者:于㊀泳,博士,讲师㊂E-mail:676358928@ 0㊀引㊀言随着海洋强国和远海开发战略的实施,离岸港口㊁码头和岛礁建筑正在快速发展,如能用海砂和海水取代传统的河砂和淡水制备混凝土,则可降低成本,解决资源短缺问题㊂据统计[1],我国砂石产量约占世界砂石总产量的1/3,仅2014年我国的砂石需求量就高达1.40ˑ1010t,预计2030年将比2014年高一倍以上㊂河砂供需矛盾日趋严重导致价格飞涨,乱采乱挖的现象开始滋生,储量丰富的海砂越来越受到关注㊂我国海域辽阔,海岸线狭长,海砂资源十分富足,根据相关人员[2]的初步估算,我国近海海砂总量将近6.8ˑ1011m 3㊂另外,世界人口快速增长,淡水无疑将成为一种稀缺资源㊂根据世界气象组织的研究预测,到2025年将有半3744㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷数以上的世界人口面临饮用水不足的难题[3]㊂而在建筑和施工行业中,全世界每年耗费的淡水资源多达十亿吨㊂实际上地球表面70%是水,但其中仅有2.5%为淡水,而海水却占96.5%,资源丰富,因此研究以海水代替淡水作为混凝土拌和水的可行性十分必要㊂海水海砂的储量虽比淡水河砂富足,但由于海水海砂中氯离子等腐蚀性离子含量较高,一旦错用㊁滥用必定会造成严重的后果,世界各国的 海砂屋 现象便是明证㊂1995年韩国的 三丰大厦垮塌事件 和1999年土耳其大地震倒塌的建筑都是滥用海砂导致的恶果;1994年台湾省统计得出全省将近有50万户的 海砂屋 ,1998年的 9.21 大地震中率先倒塌的便是这些建筑;深圳的 鹿丹事件 ㊁盐田区182户海砂楼以及深圳大鹏中心小学两栋教学楼也因违规使用海砂被损毁;1994年至1996年舟山建造的166栋商品楼,两年后逐渐出现 海砂屋 现象;泉州由于在建筑中滥用海砂,1993年完工通车的惠安辋川大桥服役仅7年便被迫停用;2005年奉化市市郊的锦山明珠小区因违规使用海砂导致钢筋外漏;仅2003年宁波市建筑用砂的80%均为海砂,其中违规使用未淡化的海砂占比高达65%,危害极大[4-5]㊂因此,探究海水海砂中腐蚀性离子对钢筋混凝土结构的影响规律是保证工程质量和安全的前提㊂综上所述,更全面㊁更深入地研究海水和海砂对混凝土各方面性能的影响规律,总结出合理的应对措施,是更广泛使用海水和海砂资源的前提,是使海水海砂混凝土结构更安全服役的保障㊂为更好地实现海水海砂混凝土在海洋工程中安全应用,本文对以海砂和海水为原材料制备的混凝土及其性能研究的现有成果㊁海水海砂混凝土中氯离子与钢筋锈蚀的相关问题进行了总结和探讨,以便为海水海砂混凝土研究提供参考㊂1㊀海水和海砂的特性1.1㊀海㊀水海水中含有多种化学物质,普遍认为对钢筋混凝土耐久性影响最显著的是Cl-和SO2-4㊂海水的平均总盐度约为3.5%(质量分数),其中氯化钠含量最高,占78%(质量分数)左右㊂由于地域差异,海水化学成分含量有所不同,中国部分港口海域的海水化学成分比例如表1所示㊂表1㊀中国主要港口海域海水的化学成分[6]Table1㊀Chemical composition of the seawater in China s main ports[6]Name Ion composition/(mg㊃L-1)SO2-4Mg2+Cl-Ca2+Total salt/(mg㊃L-1)pH value Penglai2167109315775384285038.4Dalian2171110215900408287298.5Lianyungang2289115910700397301738.0Qinhuangdao2372117417339378313307.9Qingdao2400144516000 290408.0Yantai2463105015450437286207.0Tianjin2489115616842482304207.9Beilun168803117600258212508.1由表1可得,海水中主要的腐蚀物质为氯盐和硫酸盐㊂如式(1)所示,氯化钠掺到混凝土后会生成硅酸铝钠水合物,可以促进水泥水化,使水泥凝结时间加快,提高早期强度,而后期强度由于盐结晶压力增大有所下降[7]㊂如式(2)所示,MgCl2与水泥水化形成的Ca(OH)2反应生成CaCl2和Mg(OH)2,可溶性CaCl2的形成会导致初凝时间增加和早期强度降低,而Mg(OH)2不溶于水,其形成并不增加体系的孔隙度和渗透率,而会造成混凝土强度的损失[8]㊂CaCl2可以加速混凝土的凝结和硬化,导致混凝土早期强度提高,而氯铝酸盐水合物的形成则会降低后期强度[9]㊂海水中的硫酸盐中主要是MgSO4对混凝土起侵蚀作用,由于MgSO4会与Ca(OH)2反应,对混凝土造成硫酸盐侵蚀,且MgSO4会形成难溶性的Mg(OH)2并导致混凝土胶凝性能降低,从而造成混凝土强度的损失[10]㊂另外,Orsáková等[11]研究表明海水中的硫酸盐会使混凝土中的AFm (单硫型水化硫铝酸钙)转化为钙矾石,从而降低混凝土的氯离子结合能力㊂2NaCl+3Al2O3+6SiO2+2H2O+CaOңNa2Al2(Si6Al4O20)(OH)4+CaCl2(1)第12期李师财等:海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述3745㊀MgCl 2+Ca(OH)2ңCaCl 2+Mg(OH)2(2)1.2㊀海㊀砂图1㊀河砂和海砂的XRD 谱[12]Fig.1㊀XRD patterns of river sand and sea-sand [12]国内外学者研究海水海砂混凝土时采用的海砂主要是淡化海砂㊁原状海砂和模拟海砂三类㊂海砂主要分布在沿海和海洋地区,其起源会影响其理化性质㊂河砂的表面粗糙没有光泽,而海砂表面光滑且有光泽㊂河砂和海砂的XRD 谱如图1所示,由图可知两者的矿物组成相似,主要为石英和长石㊂Hasdemir 等[13]发现海砂与河砂在表面纹理上有所不同,海砂表面的纹理能够形成互锁并可能使得海砂浇筑混凝土的强度增加㊂海砂和河砂基本性质如表2所示,海砂细度模数小于河砂,表观密度和堆积密度与河砂相近,但氯盐和贝壳含量远高于河砂,这两者对混凝土性能的威胁极大㊂表2㊀河砂和海砂的基本性质[14]Table 2㊀Basic properties of river sand and sea-sand [14]Type Fineness modulusApparent density /(kg㊃m -3)Bulk density /(kg㊃m -3)Shell content (mass fraction)/%Chloride content (mass fraction)/%River sand 2.6626101510<1.0<0.001Sea-sand2.2426601470 2.310.0572㊀海水和(或)海砂混凝土的工作性能海水海砂对混凝土工作性能的影响主要体现在凝结时间㊁流动性与保水性㊁坍落度三方面㊂(1)凝结时间:相比淡水混凝土,海水拌养能使混凝土的初凝时间减少约30%[15-16];Yang 等[17]研究表明,海砂对混凝土凝结时间影响不大㊂(2)流动性与保水性:Limeira 等[18]研究得出混凝土流动性和保水性随着贝壳含量的增加而降低;Safi 等[19]研究表明砂浆的流动性随贝壳取代率增加而下降;宁博等[20]研究得出海砂砂浆的流动性低于河砂和标准砂砂浆,主要因为海砂独特的物理性质导致吸收了更多的水分,增加了颗粒间的摩擦,使流动性降低㊂(3)坍落度:邢丽[21]和陈人云[22]等研究表明海水海砂混凝土的坍落度随氯盐和贝壳含量的增加分别增大和减小;Younis 等[23]研究发现水胶比相同时,海水混凝土相比淡水混凝土坍落度降低了20%;刘伟等[24]研究得出不同砂对水胶比相同的混凝土坍落度影响不大;杨明奥[25]研究表明海砂混凝土坍落度略小于河砂混凝土,但其工作性仍满足工程需求㊂综上所述,海水海砂影响混凝土工作性能的机理为:海水中高含量的氯盐加速水泥水化,加快凝结速度,导致早凝,其主要原因是海水中的NaCl 与水泥水化产物Ca(OH)2反应形成了CaCl 2,加速了水泥水化㊂海砂中贝壳含量较高时会增加浆体的摩擦,降低混凝土的坍落度㊂海水海砂共同掺入氯盐含量更高,加剧了混凝土工作性能的降低㊂基于此,为了保证海水海砂混凝土的工作性满足工程需要,建议通过以下几种方法进行改善:(1)建议用5mm 的标准筛除去海砂中大颗粒的贝壳㊂(2)目前,聚羧酸高效减水剂普遍应用于改善混凝土拌合物的工作性,但海水海砂中的氯盐和硫酸盐含量丰富,研究发现Na +和Ca 2+的氯盐对减水剂影响不大[26],但硫酸盐对聚羧酸减水剂的分散性能影响较大[27-28]㊂刘娟红等[29]研究得出部分无机盐能够减弱硫酸盐对聚羧酸减水剂分散效果的影响㊂因此,建议添加适量的外加剂和无机盐来提高海水海砂混凝土的工作性㊂(3)Otsuki 等[30]研究表明海水和矿渣水泥拌和的混凝土坍落度值大于淡水和矿渣水泥拌和的混凝土㊂掺入适量矿粉㊁粉煤灰等辅助胶凝材料后,会提高混凝土的工作性㊂因此,掺加适量的辅助胶凝材料也是一种提高海水海砂混凝土工作性的有效措施㊂3746㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷(4)由于海砂砂粒较细,也会对混凝土的工作性产生影响,可以考虑用较粗的海砂优化颗粒级配来提高混凝土的工作性㊂3㊀海水和(或)海砂混凝土的力学性能3.1㊀早期抗压强度国内外学者的研究普遍认为:无论是海水还是海砂的掺入都会加快水泥水化,从而提高混凝土的早期抗压强度㊂宁博等[20]研究表明海砂会提高混凝土的早期强度;而邢丽等[21]则研究得出海水海砂混凝土的早期强度低于普通混凝土20%左右,并认为是盐结晶和贝壳阻碍了水泥水化㊂C-S-H 凝胶在淡水水泥浆中致密度较低且分布较广,而海水水泥浆呈现出更致密的结构,证明了海水拌和的混凝土早期抗压强度高于淡水混凝土[31-34]㊂李田雨等[35]研究表明相比河水河砂混凝土,海水和海砂的使用可以使水泥水化更充分,从而使混凝土早期强度提高㊂3.2㊀长期抗压强度与强度发展关于海水海砂对混凝土长期抗压强度的影响,国内外学者的研究结果存在分歧㊂刘伟等[24]研究表明海砂携带的氯盐和少量贝壳并不影响混凝土的长期强度;秦斌[36]研究得出海水海砂中的氯盐和海砂的理化性质对混凝土的长期抗压强度影响不大;Guo 等[37]研究表明,虽然海砂和海水的掺入在一定程度上阻碍了混凝土强度的发展,但整体力学性能仍与普通混凝土相当㊂然而,Ça ㊅gatay [38]对90年代末期土耳其地震倒塌的建筑分析得出,海砂对混凝土长期力学性能不利;Ratnayake [39]和Girish [40]等的研究都表明海砂混凝土长期抗压强度比河砂混凝土低;Naidu 等[41]研究表明海水混合砂(河砂和海砂)混凝土相比淡水混合砂混凝土7d 强度降低4%,14d 和28d 强度降低约10%㊂另外,Li 等[42]研究表明以海水海砂为原材料的混凝土早期强度和长期强度均高于以淡水河砂为原材料的混凝土;Olutoge 等[43]则认为海水拌和及养护混凝土90d,其抗压强度一直呈上升趋势,并始终高于淡水混凝土;姚惠红[44]研究表明淡化海砂混凝土的强度增长速度比河砂混凝土快,28d 后仍持续增长,直至56d 方呈现下降趋势㊂综上所述,虽然国内外学者对海水和(或)海砂混凝土抗压强度的研究结果有一定的分歧,但海水海砂中携带的氯盐会加快水泥水化,导致早强;后期强度增长变缓,最终与淡水河砂混凝土强度相当;海砂中贝壳含量高时会降低混凝土的强度,少量的贝壳影响可忽略的结论是更为普遍被接受的,结果差异的原因主要来自各地区海水和海砂物质含量的不同㊂所以,通过海水海砂淡化㊁调整外加剂以及掺加辅助胶凝材料,尤其是优化水胶比,可以制备早期强度和后期强度优异的海水海砂混凝土㊂4㊀海水和(或)海砂混凝土的氯离子传输与结合4.1㊀机理分析图2㊀AFm 形成Friedel s 盐的示意图[48]Fig.2㊀Schematic diagram of the formation of Friedel s salt by AFm [48]氯离子主要以外渗(外部环境中的氯离子通过扩散㊁毛细管作用等方式进入混凝土内部)和内掺(混凝土原材料本身携入)两种方式进入混凝土内部㊂混凝土中的氯离子一部分被水泥水化产物结合(物理吸附和化学结合),成为对钢筋混凝土威胁较小的结合氯离子,剩下的均游离于混凝土孔隙液中,成为对钢筋混凝土极具威胁的自由氯离子[45]㊂水泥相对氯离子化学结合与物理吸附的能力统称为混凝土的氯离子结合能力[46],内掺型氯离子主要与C 3A 和C 4AF 反应形成Friedel s 盐;外渗型氯离子除了与未水化的C 3A 和C 4AF 反应生成Friedel s 盐外,还会以离子交换(见图2)的方式从AFm 相中置换阴离子形成Friedel s 盐[47],主要反应如式(3)和式(4)所示㊂㊀第12期李师财等:海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述3747 C3A+2NaCl+Ca(OH)2+10H2OңC3A㊃CaCl2㊃10H2O+2Na++2OH-(3)R-OH+Na++Cl-ңR-Cl+Na++OH-(4)式中:R为[Ca2Al(OH)6㊃n H2O]+㊂海水带入混凝土中的氯离子属于内掺型方式,而海砂中的氯离子则比内掺型更复杂㊂邢峰等[49-52]研究表明,海砂附近凝胶中氯离子的含量与距海砂距离有关,由近及远不断降低,其原因是:海砂内部的氯离子在拌和过程中不完全溶解,只有少量的氯离子溶解于海砂与水泥浆的界面溶液中,剩下的氯离子在水泥终凝后才以海砂为中心逐渐向外部释放㊂董必钦等[53]通过电化学阻抗谱研究发现,在海砂砂浆的水化过程中,海砂中氯离子是持续释放的,其对水泥基材料水化进程的促进作用也是一个长期的过程㊂因此,海水海砂混凝土中氯离子传输方式的特点为:海砂中氯离子会逐渐从颗粒内部释放到附近的浆体和孔隙液中,海水中氯离子则相对均匀地分布在混凝土中㊂基于此,应寻找更有效地结合海水海砂混凝土中氯离子的方式,为钢筋混凝土结构提高安全保障㊂4.2㊀提高氯离子结合能力的措施水泥相对氯离子化学结合与物理吸附的能力统称为混凝土的氯离子结合能力㊂因此,可以胶凝材料为主要切入点,探寻提高物理吸附和化学结合氯离子能力的途径㊂一方面,水泥的组成直接关系着混凝土的氯离子结合能力㊂(1)C3A和C4AF含量:氯离子可与C3A/C4AF反应生成Friedel s盐及其类似物㊂Glass 等[54]研究表明C3A含量越高氯离子结合能力越强㊂因此,C3A和C4AF在水泥中的含量会影响化学结合氯离子能力㊂(2)C2S和C3S含量:区别于C3A和C4AF,C2S和C3S的含量关系着物理吸附氯离子能力,起主导作用的是其水化产物C-S-H凝胶㊂Ramachandran[55]认为C-S-H凝胶吸附氯离子主要有三种形式:①进入C-S-H凝胶化学吸附层;②渗进C-S-H凝胶层间层;③依附于C-S-H凝胶晶格㊂Tang等[56]研究表明C-S-H凝胶含量越高,氯离子的物理结合率越高㊂因此,选取合适的水泥品种可以提高混凝土的氯离子结合能力㊂另一方面,越来越多的辅助胶凝材料以其各自优异的理化性质被用于提升混凝土性能,尤其是在提高混凝土氯离子结合能力和抗氯离子渗透方面作用显著㊂在工程中应用较多的辅助胶凝材料有粉煤灰㊁矿粉和硅灰等,近年来偏高岭土㊁煤矸石㊁石灰石等新材料也越来越受欢迎㊂各种辅助胶凝材料对氯离子结合能力的影响方式不同㊂(1)粉煤灰:粉煤灰结构呈空心球状,内比表面积大,物理吸附氯离子能力较强㊂另外,其Al2O3含量丰富,有利于Friedel s盐的生成,可以提高混凝土的化学结合能力㊂Cheewaket等[57]通过控制粉煤灰掺量研究其对氯离子结合能力的影响,结果表明氯离子结合能力随粉煤灰掺量增加而不断提高㊂(2)矿粉:矿粉结构不同于粉煤灰,内比表面积较粉煤灰小,因此,其物理吸附氯离子能力低于粉煤灰,但其Al2O3含量比粉煤灰高,化学结合氯离子能力更强㊂Luo等[58]研究表明矿粉可以显著提高氯离子结合能力㊂(3)硅灰:硅灰成分中SiO2含量极高,而Al2O3质量分数不到1%㊂Zhu等[59]研究表明掺加硅灰会显著降低氯离子的结合能力㊂其原因有三[60-61]:①由于Al2O3含量极低,C3A含量随硅灰掺量增加而减少,导致化学结合能力下降;②虽然大量的SiO2与Ca(OH)2反应增加了C-S-H凝胶的含量,但钙硅比的降低导致C-S-H 凝胶表面带负电荷,降低了物理结合能力;③硅灰诱导的火山灰反应消耗了Ca(OH)2,使孔溶液pH值降低,进而影响Friedel s盐的稳定性㊂(4)偏高岭土:偏高岭土的主要成分是Al2O3和SiO2,并且其Al2O3含量在这些辅助胶凝材料中最高,火山灰活性较强㊂除了其填充作用外,还可促进Friedel s盐的形成㊂Shi[62]和Li[63]等研究表明偏高岭土可以显著提高海水混凝土氯离子结合能力㊂(5)煤矸石:煤矸石是我国产量最大的工业固体废弃物之一,Al2O3含量高,其结晶矿物相在高温下分解为SiO2和Al2O3,具有较强的火山灰活性㊂Yi等[64]研究得出煤矸石可以提高氯离子结合能力,最佳含量为20%~30%(质量分数)㊂综上所述,提高氯离子结合能力主要有两个方向:(1)通过提高胶凝材料的Al2O3㊁C3A㊁C4AF含量来促进Friedel s盐的生成,进而提高化学结合氯离子能力,具体的途径主要包括使用高铝水泥㊁高强水泥及添加高Al2O3含量的辅助胶凝材料(偏高岭土㊁矿粉㊁煤矸石等);(2)通过提高C-S-H凝胶含量或掺加比表面积较大的辅助胶凝材料来提高物理吸附氯离子能力㊂另外,掺加具有离子交换性的水滑石和沸石来提高氯离子结合能力也有不错的效果,目前研究报道较少㊂3748㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷5㊀海水海砂混凝土中的钢筋锈蚀机理与阻锈措施5.1㊀锈蚀机理图3㊀氯离子引起腐蚀的示意图[66]Fig.3㊀Schematic diagram of corrosion induced by chloride [66]当自由氯离子浓度(C f )在钢筋表面的孔隙液中累积到临界氯离子浓度(C cr )时钢筋开始被腐蚀,主要反应如图3所示,其对钢筋的锈蚀机理主要分为以下几个方面[65]:(1)破坏钝化膜;(2)形成 腐蚀电池 ;(3)阳极去极化作用;(4)导电作用㊂由第4节可知,海水海砂携带的氯离子不同于传统的外渗型和内掺型,其对钢筋的影响也与传统侵蚀方式不同㊂海水中的氯离子在混凝土拌和时会均匀分布在混凝土中,属于内掺型氯离子,而海砂中的氯离子在混凝土拌和时,只有少量溶解于海砂与水泥浆的界面溶液中,剩下的氯离子在水泥终凝后才以海砂为中心逐渐向外部释放㊂苏卿等[67]研究表明海水侵蚀对钢筋锈蚀的长期影响大于NaCl 溶液;另外,外界环境侵入的氯离子仍是引起钢筋锈蚀的主要原因,而非海砂中的氯离子㊂马红岩等[68]研究表明海砂混凝土中的钢筋一般不会很快发生严重锈蚀,而要经过长期的内部迁移,氯离子在钢筋表面富集,才会引发锈蚀㊂相同氯盐引入量的情况下,海砂型氯离子比内掺型氯离子对钢筋的危害小㊂钢筋锈蚀是Fe㊁H 2O㊁O 2㊁Cl -共同反应的过程,而混凝土内部没有充足氧气进入,所以海水海砂导致的钢筋锈蚀是厌氧性腐蚀,其锈蚀产物与传统钢筋锈蚀也有差异(见图4)㊂Wang 等[69]研究表明海水海砂混凝土中钢筋内锈层含有大量的过渡产物,包括纤铁矿(γ-FeOOH)与针铁矿的混合物(α-FeOOH)㊂Wu 等[70]研究发现海水海砂混凝土中钢筋表面的氯离子不到30d 便达到临界腐蚀浓度,其失重速率和腐蚀速率随时间稳定发展,钢筋腐蚀坑多为形状较宽浅的椭圆形㊂Dias 等[71]也发现随着海砂掺量和水灰比的增加,海砂混凝土中腐蚀性钢的失重率增大㊂宋旭艳等[72]研究表明海砂混凝土中氯离子浓度越高,钢筋的腐蚀程度越严重㊂但存在临界氯离子浓度,超过该浓度后,氯离子对钢筋钝化膜的破坏能力减弱㊂Mohammed 等[73]将钢筋海水混凝土试件放置在潮汐环境中15年,发现在浇筑混凝土后,由海水引入的氯离子可能会立即在钢筋混凝土界面有空隙/缺口的位置引起腐蚀,并且使用海水后钢筋的腐蚀坑较多,坑深较大㊂而赵文成等[74]研究表明经过干湿循环加速试验后,海砂混凝土中的钢筋未见明显的腐蚀或点蚀现象,这可能是由混凝土抗蚀性提高所致㊂综上所述,海水海砂混凝土中钢筋锈蚀机理不同于传统钢筋混凝土结构,由于其内部本身氯离子含量较高,钢筋在很短的时间就会锈蚀,但腐蚀存在临界点,超过临界点后腐蚀程度便不再大幅度增长㊂混凝土中钢筋发生锈蚀必备条件有三个:(1)钢筋表面存在电位差而构成腐蚀电池;(2)钢筋钝化膜被破坏而处于活化状态;(3)有反应发生所需的水和溶解氧㊂因此,如果能阻止这三个条件发生,就能有效保护海水海砂混凝土中钢筋,提高海水海砂混凝土的耐久性㊂图4㊀不同混凝土钢筋锈蚀分层结构示意图[69]Fig.4㊀Schematic diagram of layered structure of rebar rust in different concrete [69]㊀第12期李师财等:海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述3749 5.2㊀阻锈措施国内外针对海水海砂混凝土中钢筋锈蚀与阻锈措施的研究多集中于研制新型的复合缓蚀剂㊂缓蚀剂的作用机理是通过化学缓冲来提高氯化物阈值或在腐蚀开始后降低腐蚀速率㊂Xu等[75]研究制备了复合缓蚀剂(三乙醇胺㊁二甲乙醇胺㊁三乙氧基硅烷㊁硝酸锂),结果表明复合缓蚀剂能有效提高海水海砂混凝土的耐蚀性能,在420d内钢筋完全不被腐蚀㊂周俊龙等[76]研究表明复掺20%(质量分数)偏高岭土和1.5%(质量分数)三乙醇胺可以显著提高海水海砂混凝土的护筋性㊂张航等[77-78]研究制备的复合阻锈剂(醇胺化合物㊁表面活性剂㊁无机盐)对海水海砂混凝土中的钢筋有很好的缓蚀作用,并且还兼具改善砂浆流动性的效果㊂Pan等[79]研究发明了针对海水海砂混凝土中钢筋的新型阻锈方法,结果表明掺入咪唑啉和三乙烯四胺缓蚀剂并结合双向电迁移可以提高海水海砂混凝土中钢筋的耐蚀性㊂关于海水海砂混凝土中钢筋的锈蚀问题研究尚有不足,之前的学者多集中于研究海水海砂混凝土的力学性能,为更好地推广海水海砂的应用,应对钢筋海水海砂混凝土结构展开更多的理论与试验研究㊂首先,从降低外部氧气向混凝土内部传输角度出发,可通过优化配合比㊁掺加辅助胶凝材料等措施制备高密实㊁低渗透的混凝土;其次,提高氯离子结合能力以降低混凝土中自由氯离子含量,可降低钢筋锈蚀的风险;另外,从筋材自身的角度,研制缓蚀效果更好的复合缓蚀剂或采用不受氯盐腐蚀的纤维增强复合筋(FRP筋)取代钢筋,可避免发生钢筋锈蚀㊂6㊀海水海砂混凝土应用的建议(1)海水海砂淡化目前,国内外淡化海水成本虽已降至5元/m3,但与自来水的价格相比还较高,不过发展低成本的海水淡化技术对远海工程建设仍然适用㊂国内外主要采用自然放置及淡水冲洗等方法对海砂进行淡化处理,淡化海砂能满足混凝土工程安全要求,但海砂经淡化处理后价格就会远高于普通河砂㊂(2)提高混凝土的氯离子结合能力辅助胶凝材料既可提高化学结合氯离子能力,又能起到降低混凝土孔隙率和细化孔径的作用,降低钢筋锈蚀风险㊂因此,研发强固化氯离子的辅助胶凝材料和新材料是海水海砂混凝土能大量使用的有效措施㊂(3)改善混凝土的孔隙结构及密实度Li等[80]利用海砂和模拟海水制备了高性能混凝土(SHPC),SHPC在实验室和西沙群岛海洋环境中都表现出很好的力学性能和耐久性能;Teng等[81]论证了超高性能海水海砂混凝土的可行性,并成功制备了28d抗压强度超过180MPa的超高性能海水海砂混凝土;Yin等[82]通过正交试验证明水灰比较低时,可获得抗氯离子侵蚀和更耐用的混凝土;Li[83]的研究也印证了超低水胶比的超高性能混凝土有利于以海水作为混合水,因为其致密的基体中水分和氧气不足,可以延缓钢筋的腐蚀㊂海砂中的氯离子存在一个从海砂内部向外扩散的过程,因此,通过优化配合比或掺加辅助胶凝材料等措施,提升混凝土的致密性,从而延缓氯离子在混凝土内部的传输与扩散㊂因此,提高混凝土致密度可延缓氯离子㊁氧气和水(钢筋锈蚀三要素)到达钢筋表面的时间㊂(4)钢筋缓蚀剂采用高效缓蚀剂或多种缓蚀材料协同作用是提高海水海砂混凝土中钢筋耐蚀能力的重要途径㊂张航[84]对适用于海水海砂混凝土的阻锈剂进行了研究,结果表明,阻蚀效果由强到弱为多组分阻锈剂>双组分阻锈剂>单组分阻锈剂,多组分阻锈剂可以产生较好的协同作用㊂另外,复掺偏高岭土和多组分阻锈剂缓蚀效果更好㊂因此,研发适用于海水海砂混凝土的更高效的复合缓蚀剂或采用合适的辅助胶凝材料与缓蚀剂复掺方式有利于延缓钢筋锈蚀㊂(5)耐蚀筋材目前,关于FRP筋与海水海砂混凝土复合结构的研究越来越多,研究结果都表明海水海砂中的氯盐对FRP筋的性能影响不大[85-87]㊂因此,选择不受海水海砂中氯盐腐蚀的FRP筋取代钢筋,并与海水海砂混凝土组合替代钢材和普通淡水河砂混凝土,可从根本上避免出现钢筋锈蚀问题,还可充分应用未经淡化处理的海水海砂,节约淡水河砂资源,从而实现高耐久建筑材料的绿色环保㊂与此同时,耐蚀钢筋㊁不锈钢钢筋目前。
海工及地下混凝土结构的耐久性研究氯离子引起的钢筋锈蚀新进展研究
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绪论
发展历史
研究现状及工 程应用
瓶颈及个人浅见
基本概念
混凝土耐久性 混凝土材料在长期使用过程中，抵抗因环 境外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破 坏，而保持其原有性能不变的能力。 混凝土构筑物的服役寿命 混凝土构筑物受到其服役环境因素的侵蚀 和破坏，导致其使用性能下降到最低设计值 时，所经历的时间(年)。
第3次
80年代
早期热裂缝
综合
美国等国家大量混凝土桥面板、路 面、停车场和港口设施受侵蚀破坏
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研究现状及工 程应用
瓶颈及个人浅见
问题的提出 天然环境氯离子引起的腐蚀
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瓶颈及个人浅见
问题的提出 混 凝 土 路 面 受 盐 冻 剥 落
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绪论
• Kim 提出钢筋的锈蚀速率随时间减小模型，并 提出相应的模型。
2004
• Chun Qing Li 在对海洋环境下带裂缝钢筋混凝 土进行大量实验后得出钢筋锈蚀率随时间增大 的结果
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研究现状及工 程应用
瓶颈及个人浅见
研究现状
2008 2010 2011
• 金伟良等研究了海工混凝土氯离子扩散系 数随深度的变化规律
瓶颈及个人浅见
个人浅见
影响海工混凝土耐久性的因素很多，各因素之间 的独立性和耦合性如何，应该如何考虑这些因素？ 混凝土耐久性的影响有待更进一步的研究。
钢筋混凝土结构在承载能力极限状态下的目标可 靠指标的研究己相对成熟。但是，其在正常使用极限 状态下的目标可靠指标的研究还滞后于实际工程的需 要。
海洋环境作用下氯离子对海工混凝土结构耐久性影响及防护措施综述
海洋环境作用下氯离子对海工混凝土结构耐久性影响及防护措施综述摘要：在海洋工程的构建中，混凝土是非常重要的，也是不可缺少的一部分。
这样的混凝土结构物，由于需要在海洋环境中长期存在，游离态的氯对混凝土的侵蚀作用，对混凝土的耐久性影响很大。
以国内外研究成果为基础，本文总结了海工混凝土的游离态氯腐蚀机理、提高混凝土的致密性、表面覆盖、优化施工工序等混凝土游离态氯腐蚀的对策。
关键词：海工混凝土；氯离子；防护引言随着国家的发展越来越好，实力逐渐被他国认可，在日益激烈的国际竞争环境中，中国的国家建设开始向越来越广阔的海洋地域逐步扩展。
混凝土在长期的海洋侵蚀环境中，其整体结构的密实性、抗渗性、耐久性受到的破坏更为严重，而混凝土是海洋构造物的不可或缺的材料。
根据海洋工程混凝土构造的调查研究发现，钢筋的腐蚀是海洋工程混凝土结构使用年限缩短，混凝土耐久性损伤的主要原因，而游离态氯的腐蚀是影响钢筋腐蚀的首要因素。
游离态氯对使用中的海洋工程混凝土中的构件会带来很大影响，混凝土的耐用年限的期待值无法到达的，对此造成了很大的浪费与损失，因此针对混凝土的侵蚀，通过特定的方法降低或阻止游离态氯造成的影响，进而提高海洋工程混凝土实际使用年限。
本文以国内外研究成果为基础，阐述了海洋工程混凝土的游离态氯侵蚀机制原理和相应的保护对策。
一、游离态氯侵蚀机制原理海洋中含有丰富的可溶性的氯化物盐，游离态氯（主要以Cl-为主）平均含量约为1500mg / L，是最损害混凝土耐久性的离子，而且混凝土本身就含有游离态氯，是从原料本身带入或是在建设过程中由其他物质掺杂带入，以上是游离态氯侵入海洋工程混凝土内部的主要途径。
根据物理性质来看，混凝土表面带有微小的细孔，这便于游离态氯渗透到混凝土内部。
当游离态氯进入混凝土中时，它们会与氢氧化钙产生反应，生成氯化钙，从而导致混凝土的结构变得松散。
同时，游离态氯与水泥水化产物发生化学反应，物理结晶化生成膨胀性或无凝胶性的反应产物。
海水浸泡下混凝土材料耐久性研究
海水浸泡下混凝土材料耐久性研究一、引言混凝土是建筑材料中最为常见的一种，其广泛应用于各种建筑结构中。
但是，混凝土材料在长期的使用中，面临着海水浸泡带来的耐久性问题。
海水中的氯离子、硫酸根离子等物质会对混凝土材料的性能造成不可逆的损害。
因此，对混凝土材料在海水浸泡下的耐久性进行研究，对于提高混凝土材料的使用寿命、保障建筑结构的安全具有重要的意义。
二、海水浸泡对混凝土材料的影响1. 海水中的氯离子会进入混凝土材料中，导致混凝土的钢筋锈蚀，从而降低混凝土结构的承载能力。
2. 海水中的硫酸根离子会与混凝土中的钙离子反应，形成硬质化合物，从而导致混凝土的体积膨胀，甚至出现裂缝，降低混凝土的耐久性。
3. 海水中的碳酸盐离子也会对混凝土材料造成影响，导致混凝土的碳化，从而损坏混凝土的结构。
三、混凝土材料的改性措施为了提高混凝土材料在海水浸泡下的耐久性，人们采取了许多改性措施，如：1. 添加掺合料：如硅灰、矿渣、粉煤灰等，这些掺合料可以提高混凝土的密实性和耐久性，从而提高混凝土在海水浸泡下的抗渗渗性。
2. 表面改性：采用颗粒修饰剂、涂覆剂等方法对混凝土表面进行改性处理，可以提高混凝土表面的抗水侵蚀性和抗氯离子渗透性。
3. 添加防渗剂：如聚氨酯防水涂料、聚合物材料等，这些防渗剂可以在混凝土表面形成一层防水膜，从而提高混凝土的耐久性。
四、耐久性测试方法为了研究混凝土材料在海水浸泡下的耐久性，需要进行一系列的测试，如：1. 浸泡试验：将混凝土试件放置在海水中，浸泡一定时间后取出，观察混凝土试件的变化情况。
2. 氯离子渗透试验：采用电导法或荧光法等方法，测试混凝土试件中氯离子的渗透深度。
3. 硫酸盐渗透试验：测试混凝土试件中硫酸盐的渗透深度。
4. 抗碳化试验：测试混凝土试件在碳酸盐环境下的耐久性。
五、结论海水浸泡对混凝土材料具有较强的侵蚀性，会导致混凝土材料的性能发生不可逆的损害。
为了提高混凝土材料在海水浸泡下的耐久性，可以采用添加掺合料、表面改性、添加防渗剂等改性措施。
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海工混凝土氯 离子侵蚀机理
海 工 混凝 土 抗 氯 离 子 渗 透 能 力 是 多重 因 素 共 同
作用而 产生的结果 。氯离子侵蚀 的几个主 要影响因
离子减少 了游离氯 离子 的浓度 ，抑制 了扩散 ；粉煤 灰与矿渣粉 的加入 ，降低 了初 期水化热 ，减少 了温 度及其它微裂缝进而减少了氯离子的渗透孔路 。 ２ ．提高海工混凝土耐久性的技术措施
提 高 混 凝 土 的 高性 能 化 是 一 方 面 ，令 一 方 面要
海工混凝土氯离子腐蚀耐久性研究综述
■ 郑 霞 闰 伟 汪 敏
【 摘 要】为 了减少氯离子侵蚀钢 筋而造成的损失 ，从海 工
混凝土 的破 坏理论及影响 因素 、防护措 施等方面对研 究现
膜——ｓ Ｉ 一 ０不稳定而受到破 坏，增加了钢 筋受到腐 蚀 的风险 ，另一方面，混凝土内部 Ｐ Ｈ值的降低促使 矿物 掺合料中化学吸 附的部分氯 离子得到释放 ，增 加了孔 溶液 中游 离 的氯离 子 的含 量 。刘 志勇认 为 Ｆ ｒ ｉ ｅ ｄ ｅ ｌ盐具有类似于 Ｃ ａ（ Ｏ Ｂ ） 晶体 的层状 结构 ， 当有氯离子渗透的混凝土 同时经 受碳化过程 ，混凝 土中 Ｃ ０ 。 就会 占据 Ｆ ｒ ｉ ｅ ｄ ｅ ｌ 盐 中原来 Ｃ １ 一 的位置形成 比氯铝酸 钙更加 稳定的碳铝酸 钙。 ３ ．孔结构对混凝土渗透性能的影响 凝胶孔，半径 ｒ ＝ ５ ｎ ｍ ，这种孔 隙因孔径较 小， 孔径细、孔隙率低，具有较高的抗渗性。５ ～ｉ ０ ０ ｎ ｍ 的微毛细孔 既能发生毛细 孔凝结现象使孔 隙的吸湿 性增强 ，混凝土饱和度越 低，迁移速度越慢 ，饱和 度 较 高 ，渗 透 造 成 的影 响 大 于 迁 移 的影 响 。Ｍ ｅ ｈ ｔ ａ 认为 ： 大于 １ ０ ０ ｎ ｍ的孔对混凝土 渗透 性的影 响更大， 寺村悟等则认为 ：影 响混凝 土渗透 性的孔径 为 １ Ｏ ～
大桥及接线工程 Ｔ ３ ７标 中 交 二 航 局 采 用 的 Ｃ ３ ５承 台
状进 行了分析。氯离子腐蚀钢 筋的影响因素主要包括 自由
氯离 子浓度、孔结构特征及 孔隙率大小 、保护层厚度 及质 量 。改善措施从配合 比方面 来讲，主要是控制原材料 引入 的氯 离子的含量 、降低 水胶 比及矿物掺合料用量 。从设计
（ ２ ）矿物 掺 合 料 二 次 反 应 生 成 的水 化 产物 水 化 硅 酸 钙 凝 胶 沉 积 在界面的空隙内， 反 应 产 物 不 仅 降低 了 ｃ ａ（ Ｏ Ｈ ） 晶体 的取向度且生成 了 ｃ — ｓ Ｈ ， 改 善 了 混 凝 土 的 孔 隙 的 级配 ； 低 碱 度 的 水 化 硅 酸 钙 凝 胶 又进 一 步 的 吸 附氯
５ ０ ｌ ｌ ｍ的毛 细 孔 和 孔 径 为 ５ Ｏ ～１ ０ ４ ｎ ｍ的大 毛 细 孔 。
的选 材及混凝土浇筑过程控制 ，配合比的优化及执 行，措施工程 的优化及监督等 。 １ ．高性能海工混凝 考 虑 到 混 凝 土 的 工作环境 ，务必使 结构物 具有 良好的抗氯离子渗透 性、体积 稳定性和抗裂 性能。 海工混凝土耐久性考 验最大 的是潮汐 区及浪溅 区的混凝土构件 ，以承 台 墩身为例分析一下海 工混 凝土的配制措施 。三门湾
处 的环 境 不 同 ，氯 离 子 进 入 到 混凝 土 内 部 的机 理 也 不 同 ， 影 响 因 素 也 不 同 。有 文 献把 对 混 凝 土 传 输 性 能 的影 响 因 素 分 为 六 类 ：混 凝 土 孔 结 构 、 混 凝 土孔 溶 液 、氯 离 子 结 合 能力 、混 凝 土 毛 细 孔 壁 效 应 、
为 ：水泥 ： 矿 粉 ：粉 煤 灰 ：水 ：减 水 剂 ：阻 锈 剂 ＝ １ ６ ２： ８ ２：１ ６ ２：１ ３ ４： ４ ． ８ ６： ８ ． １ 。 从 上 述 工 程 的 实 际配 合 比可 以 看 出 海 工 混 凝 土 的配 制 需 要较 小 的 水 胶 比及 一 定 的 矿 物 掺 合 料 的 比例 ，这 一 比例 在 干 湿 交 替 区 的 比例 达 到 ６ ０ ％ 。 （ １ ）低 水 胶 比
上来 讲，要优化配筋率及其 相适应的保护层厚度 ，控制开
裂 。从施工角度讲 ，要控制 混凝土拌合质量 ，控制 振捣及
养护时间，控制早期开 裂。从附加防腐角度 讲，要使用保
护涂层、透 水布等技 术措施 。
配合 比水胶 比Ｏ ． ３ ２ ， 水泥 ： 矿粉 ： 粉煤 灰＝ １ ６ ８： １ ２ ６ ： １ ２ ６ ；杭州湾跨 海大桥采用的 Ｃ ４ ０承 台的配合 比
【 关键 词】 海工混凝土 耐久性 氯离子渗透 防护措施 综述
海 洋 环 境 下 工 作 的 混 凝 土 构 件 因 为 耐 久 性 问题 过 早 的 出现 去 功 能 化 ， 国 内外 很 多 码 头 、钻 井 平 台
及墩 台基础在工 作几年的时间里就 出现剥落开裂等 现象 ，严重影 响了结构物的使用寿命 ，对社会资源 造成 了极大 的浪 费。笔者查阅国 内外资料发现 ：海 工混凝土结构 的破坏 是由于氯离 了侵入到混凝土钢 筋表面 ，膨胀使 保护层开裂破坏 ，由裂缝诱发 的一 系列连锁反应 ，最终导致结构的破坏 。因此 阻碍 氯 离子到 达钢 筋的时间是提高海工混凝土使用寿命 的
重要手段 。
一
二 、 不 同区域混凝土氯离子侵蚀影响 因素 处于海洋环境 下不同 区域的混凝土 ，工作 环境 不相 同，通常将海洋腐蚀环境分为 ５个区带：海洋 大气 区、浪 花飞溅 区、潮差 区、海 水全浸 区 以及海
底泥土 区。
水胶 比降低总 的孔隙率 降低 ，同时空隙机构得 到改善。孔隙率降低及孔 隙结构 的改善降低 了氯离 子渗透 系数。