氯盐环境下混凝土耐久性研究进展.pdf

1 0 6 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 5年 9月( 上) 第 2 9卷第 9 期 氯盐环境下混凝土耐久性研究进展 武利强 ， 章晓桦 ， 蒋林华。 ，陈文亮 ， 黄建超 ( 1 浙江省水利河口研究院， 杭州 3 1 0 0 2 0 ； 2 浙江省水利防灾减灾重点实验室， 杭州 3 1 0 0 2 0 ； 3 河海大学力学与材料学院， 南京 2 1 0 0 9 8 ) 摘要 氟盐环境下混凝土结构的耐久性是沿海地区混凝土结构的一项关键指标， 直接影响其正常使 用寿命。 从环境、 材料、 构件及结构 4个层次系统论述了氯盐环境下混凝土耐久性的研究成果。分析认为当前的研究成果仍 无法直接应用到实际工程中， 还需继续研究。氯离子侵蚀环境和试件本身的受力状态应作为今后研究重点考虑的因 素 。 关键词 混凝土氯离子耐久性 中图分类号 ： TV4 文献标识码 ： A D O I ： 1 0 1 1 8 9 6 j i s s r L 1 O O 5 一 O 2 3 x 2 0 1 5 0 1 7 0 2 0 Pr o g r e s s o f Du r a b i l i t y o f Co nc r e t e Und e r Chl o r i de En v i r o nme n t W U Li q i a n g ，Z HANG Xi a o h u a ，J I ANG L i n h u a 。 ，CHEN W e n l i a n g ，HUANG J i a n c h a o ( 1 Z h e j i a n g I n s t i t u t e o f Hy d r a u l i c s a n d E s t u a r y ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 0 ； 2 Z h a n g Ke y L a b o r a t o r y o f Hy d r a u l i c s D i s a s t e r P r e v e n t i o n a n d Mi t i g a t i o n ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 0 ； 3 C o l l e g e o f Me c h a n i c s a n d Ma t e r i a l s ，Ho h a i Un i v e r s i t y ， Na n j i n g 2 1 0 0 9 8 ) Ab s t r a c t Du r a b i l i t y o f c o n c r e t e u n d e r c h l o r i d e e n v i r o n me n t i s a k e y i n d e x i n c o a s t a l r e g i o n s a n d i t c a n d i r e c t l y i n f l u e n c e t h e s e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s Th e s t u d y a c h i v e me n t s a r e s u mma r i z e d f r o m e n v i r o n me n t ，ma t e r i a l s ， c o mp o n e n t s a n d s t r u c t u r e s r e s p e c t i v e l y Th e c o n c l u s i o n i s t h a t t h e s t u d y a c h i v e me n t s c a n n o t b e d i r e c t l y a p p l i e d t o a n g i n e e r i n g s a n d c h l o r i d e e n v i r o n me n t a n d s t r e s s s t a t e o f c o n c r e t e s h o u l d b e h i g h l y c o n s i d e r e d Ke y wo r d s c o n c r e t e ，c h l o r i d e ，d u r a b i l i t y 0 引言 随着混凝土结构的应用 日益广泛和使用功能 的多样化 ， 主要满足强度要求的设计已经不能适应形势发展 ， 对其他性 能的要求也逐渐严格 ， 其中耐久性便是近年来 日益受到重视 的一个性能指标 ， 尤其对于我国沿海省份而言。 混凝土结构耐久性在 混凝土结构耐久性设计规范 ( G B T5 0 4 7 6 2 0 0 8 ) 中定义为“ 在设计确定 的环境作用和维修 、 使 用条件下， 结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全 性的能力” 。浙江大学金伟 良将其定义为“ 混凝 土结构及其 构件在可预见的工作环境及材料 内部 因素的作用下 ， 在预期 的使用年限内抵抗大气影 响、 化学侵蚀和其他劣化过程中， 不需要花费大量资金维修 ， 也能保持其安全性、 适用性和外 观要求的功能” 。耐久性失效则是指 由于混凝土或钢筋 的材 料物理、 化学性质及几何尺寸 的变化， 继而引起混凝 土构件 外观变化 ， 不能满足正常使用的要求， 导致 承载能力退化， 最 终影响整个结构的安全。 对混凝土耐久性的研究最早可追溯到 1 9 世纪 4 O 年代 ， 我国对耐久性的研究则起步于 2 0 世纪 6 0 年代 ， 2 0 0 9 年推出 国家标准规范 混凝土结构耐久性设 计规范 ( G B T 5 0 4 7 6 2 O O 8 ) ， 标志着我国的混凝土结构耐久性研究 已经取得 丰硕 成果。当前， 氯离子对钢筋混凝土的侵蚀破坏 已经成为混凝 土结构破坏的主要类型之一。本文从 环境 、 材料、 构件 和结 构 4 个层次分别论述 了氯盐环境下混凝土耐久性的研究进 展 。 1 研究现状总结 1 1 环境层次 环境作用指温、 湿度及其变化以及二氧化碳、 氧 、 盐、 酸 等环境因素对结构 的作用。我 国耐久性设计规范中根据腐 蚀机理 ， 将环境作用分为 5 类 ： ( 1 ) 一般环境 ， 碳化引起钢筋 锈蚀； ( 2 ) 冻融环境 ， 冻融引起的混凝土损伤； ( 3 ) 海洋氯化物 环境 ， 氯盐引起钢筋锈蚀 ； ( 4 ) 除冰盐等其他氯化物环境， 氯 盐引起钢筋锈蚀； ( 5 ) 化学腐蚀环境 ， 硫酸盐等化学物质对混 凝土的腐蚀。本文 主要论述的为氯盐环境下混凝土 的耐久 性研究 。 自然环境条件下 ， 混凝 土结构的耐久性是一 个长期 问 题 ， 即使在海洋氯盐等恶劣环境下， 钢筋锈蚀般也要 1 O 年 以上。为了提高研究效率 ， 研究者们一般采取室 内加速锈蚀 的方法 。早期采用高浓度氯盐浸泡的方法 ， 后在浸泡基础上 *浙江省科技厅专项( 2 0 1 3 F 1 0 G5 0 5 0 0 3 6 ) ； 浙江省水利河 口研 究院 自选项 目( 质检 A1 5 0 0 1 ) 武利强： 男， 1 9 8 5年生， 博士后， 工程师， 主要从事水利工程材料及耐久性方面的研究 E - ma i l ： wu l i q i a n g 0 0 1 1 2 6 c o m章晓桦 通讯作者， 男， 1 9 5 8年生， 教授级高工， 主要从事水利工程检测及混凝土材料方面的研究E - ma i l ： z h a n g x h z j w a t e r g o v c n 氯盐环境下混凝土耐久性研究进展 武利强等 1 0 7 采用外加电场法来加速钢筋锈蚀。然而 ， 这与海洋实际环境 相差较远。针对海洋环境 的特点， 研究者将其划分 为水 下 区、 潮差区、 浪溅区和大气 区。为了从一定程度上反映海洋 环境特点 ， 研究者们采用模拟方法 ： 水下 区用氯盐浸泡反映 ， 潮差区和浪溅区水位变动区采用干湿循环的方式反映。然 而 ， 干湿循环试验中， 干湿时间比例一般是人为确定， 并没有 与实际环境 中对应。考虑到这些试验方法的局 限性， 研究者 们引入人工气候模拟技术。中国矿业大学是 国内较早采用 此技术 的研究单位口 。人工气候模拟技术 的原则是在可以 定性反映实际环境条件的前提下 ， 通过强化某些气候要素 ， 来达到加速钢筋锈蚀的 目的。研究表 明_ 2 ， 人工气候模拟条 件下钢筋锈蚀机理与实际环境基本一致 ， 而采用外加 电场的 恒电流加速锈蚀方法钢筋锈蚀机理与实际环境存在较大的 差别 。于是 ， 研究者们开始关注实际环境下 ， 钢筋混凝土构 件氯离子分布规律 3 “ 、 湿度分布规律L 5 等， 为室 内模拟试验 提供依据。根据实际环境下 的调查分析结果及规律， 人工模 拟气候试验方法及试验条件得到逐步完善 ， 与实际环境对应 性得到加强_ 6 。浙江大学金伟 良课题组提出了“ 多重环境时 间相似” 理论 7 ， 分析 了混凝土结构在 室内加速试验环境与 现场 自然环境条件下性能退化的时间相似关系， 为利用室内 试验结果对现场结构进行耐久性寿命 预测和评估奠定了理 论基础， 原理见图 1 。薛文等 8 研究 了养护条件 和暴露环境 对氯离子传输的影响。 环境相 似 图 1 多重环境时间相似理论 Fi g 1 Th e t h e o r y o f t i me s i mi l a r i t y 1 2 材料层次 材料层次包括混凝土材料和钢筋材料 2 个方面， 因而耐 久性失效也包括 2个方 面： ( 1 ) 氯离子通过混凝土保护层 传 输到钢筋表面， 破坏其钝化膜 ； ( 2 ) 钢筋在电化学作用机理下 开始锈蚀 ， 直到达到耐久性极限状态为止。 1 2 1 氯离子在混凝土中的传输 主要研究氯离子在混凝土中的传输规律及影响因素 ， 并 建立氯离子传输模型。 C o l l P e d a r i 等 9 首次将 F i c k第 二定 律用于描述氯离 子 在混凝土中的扩散行为， 从此 F i c k 第二定律成为描述氯离子 扩散行为的主要模型 然而 ， 原始 F i c k 第二定律做了较多的 假定 ， 并不完全适合描述混凝土这种复杂材料在复杂多变环 境下 的氯离子的传输规律 。后人在此基础上对 F i c k第二定 律模型进行了修正 ， Ma n g a t P S等 1 0 , 1 1 考虑了氯离子扩散系 数的时间依懒性 ， A me y S L等l_ 】 ” 考虑了边界条件的变化 特性 ， Mo h a mm e d T U等 1 4 , 1 s 3 考虑了氯离子 的结合能力等。 随着试验模拟环境的改善 ， 研究者们开始关注混凝土结构水 位变化区及大气区非饱 和区域内的氯离子传输特性。姬永 生等D 6 3 通过干湿循环对 比研究 了氯离子在非饱和区域不同 于饱和区域的传输特性 ， 金伟 良等 1 7 2 从传输机理上明确 了非 饱和区域氯离子的传输特性。在此基础上 ， 研究者们根据氯 离子传输特性将混凝土结构从外 到内分为 2 个 区域： 表层对 流区和深层扩散区， 认为干湿循环等外界环境的影响主要在 表层对流区， 而深层扩散区则基本符合 F i c k 第二定律 ， 并重 点研究表层对流区内氯离子的传输特性 1 。 另外研究者开始关注掺合料 、 冻融、 碳化、 荷载等对混凝 土材料产生影响， 进而影响氯离子传输规律及溶液类型等侵 蚀介质对氯离子的传输影响。余红发等D , z o 研究了矿物掺 合料对氯离子传输能力的影响。文献E 2 1 ， e e 对高性能混凝 土的耐久性进行 了详细的研究 ， 表 明了高性能混凝土在耐久 性方面的独有优势。陈思佳等 。 研究 了冻融环境对氯离子 传输的影响。徐晨等 研究 了碳化 与氯离子侵蚀 的相互影 响。K o n i n 等 研究 了轴向受拉荷 载作用下氯离子的传输 特性 ， L i m 等 矧 研究了轴 向受压荷载作用下的传输特性 ， F r a n c o i s 等 z 8 , 2 0 研究 了弯 曲荷载作用下 的传输特性。延永 东等口 。 。 研究 了已开展裂缝对氯离子传输的影响。河海大学 蒋林华课题组 3 系统研究 了溶液类型对氯离子传输 的影 响机理。 1 2 2 钢筋锈蚀情况研 究 正常情况下 ， 混凝土孔隙中充满 C a ( 0 H) 。 过饱和溶液， 具有很强的碱性 ( p H1 2 ) 。在强碱性环境中， 混凝土与钢筋 之间会形成一层钝化膜， 能够有效防止钢筋锈蚀 。研究表明 混凝土中钢筋腐蚀是一个电化学过程， 当混凝土与钢筋之间 的钝化膜遭到破坏后， 破坏部位钢筋成为 阳极 ， 进而加剧钢 筋的锈蚀。锈蚀产物会发生体积膨胀 ， 对周 围混凝土产生压 应力 ， 进而使混凝土产生顺筋裂缝 ， 而裂缝 的产生又会加剧 侵蚀介质入侵 ， 从而形成恶性循环 ， 直到耐久性失效 。 对钢筋锈蚀的研究 ， 内容主要包括钢筋锈蚀量、 锈蚀速 度、 锈蚀后钢筋力学性能退化情况及钢筋锈蚀状态监测技术 等。对钢筋锈蚀 的研究， 国外开展得较早 3 3 , 3 4 ， 国内起步相 对较晚。但在国外研究基础上， 国内研究者们也取得了较多 的成果。袁迎曙等 2 研究了人工模拟气候条件和恒定 电流 法加速锈蚀的钢筋锈蚀机理， 发现二者锈蚀机理具有较大的 差别 ， 人工模拟气候条件更接近实际工程 中钢筋锈蚀机理。 干伟忠等口 5 研究了 4 种不 同工况下外加电流法加速锈蚀时 的钢筋锈蚀形态 ， 对外加电流加速锈蚀试验 的适用性进行 了 分析 。宋 志 刚等 3 。 研 究 了钢 筋锈 蚀 量 分 布 模 型。姬 永 生l_ 3 。 。 研究了钢筋锈蚀速率模型、 钢筋锈蚀层发展情况及细 观结构、 锈胀力 的时变规律等。钢筋腐蚀临界氯离子浓度是 一 个十分关键的指标 ， 受到许多因素的影响。李岩 研究 了 水胶 比、 粉煤灰及矿渣掺量 的影响。赵羽习l_ 4 叩 运用弹性力学 1 0 8 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 5年 9月( 上) 第 2 9卷第 9期 理论 ， 建立了理论模 型。蒋林华 等I 3 。 研究 了溶液成分的影 响。王永亮等 则研究了疲劳作用 的影响。许晨等 从混 凝土内部温湿度的角度研究了这 2 个指标对钢筋锈蚀的影 响， 并建立了基于 内部温湿度的预测模型。另外 ， 钢筋锈蚀 监测技术也是研究钢筋锈蚀的一个重要方面 ， 准确 、 快速的 监测技术是研究钢筋锈蚀的基础 。然而 ， 目前为止 ， 尚无一 种监测技术 能够 准确测 量钢筋 的定量 锈蚀程 度。熊传 胜 等E 。 对 当前的钢筋锈蚀监测技术进行了总结， 并指出了当前 测试技术的局限性。 1 3 构件层次 构件层次耐久性研究是混凝土结构耐久性研究 的一个 重要环节 ， 具有承上启下的作用。构件是钢筋与混凝土共 同 作用的最小单元， 是结构的直接组成部分。受限于室 内试验 尺寸， 目前对混凝土结构力学性能的研究主要是通过构件来 实现的， 因此 ， 构件层次耐久性研究是耐久性研究成果工程 应用的核心环节。 构件层次耐久性研究内容包括混凝土锈胀开裂研究、 锈 蚀钢筋与混凝土黏结性能研究及构件承载力研究等。 目前， 试验所用锈蚀构件主要有 3 种来源 ： ( 1 ) 室内加速锈蚀试件 ； ( 2 ) 现场暴露试验所得试件 ； ( 3 ) 从 已锈蚀的实 际混凝土结构 中拆卸试件。后 2 种方法所得试件真实反映 了实际环境作 用下混凝土结构锈蚀状态 ， 但试验周期长 ， 效率低 ， 因此 ， 目 前研究者大多采用室内加速锈蚀的方法 。目前关于混凝土 锈胀开裂的研究理论有断裂力学、 损伤力学等， 结合有限单 元法 ， 研究者们进行 了一系列的研究 4 删 。近年来 ， 对混凝 土锈胀开裂的研究焦点在混凝土锈胀开裂的临界锈蚀率方 面E 。混凝土与钢筋的黏结作用是混凝土与钢筋共 同作用 的基础 ， 因此 ， 研究 者们十分关 注钢筋锈蚀对 黏结作用 的影 响。赵羽习E 进行 了锈蚀钢筋与混凝土黏结性能的试验研 究， 发现光面钢筋和变形钢筋锈蚀后对黏 结性能的影响不 同 ， 得到了不同锈蚀量时的变化规律 ， 并建立了钢筋 与混凝 土的黏结本构模型。张国学等_ 4 。 研究了影响黏结强度的因 素。张伟平等 鲴 对黏结本构关系进行了专门研究 。另外 ， 研 究者重点关 注钢 筋锈蚀 对构件 力学性 能 的影响。金 伟 良 等E s 0 , s l 系统研究了钢筋锈蚀对混凝土梁抗弯强度和抗剪强 度的影响。张喜德 对混凝土梁受压 区钢筋锈蚀对梁力学 性能影响进行了研究 ， 并研究 了持续荷 载作用下 ， 钢筋锈蚀 后混凝土梁的力学性能变化。易伟建 等 5 3 也对准长期静力 荷载作用下， 锈蚀混凝土梁的固有频率、 挠度 、 应变、 截面刚 度等指标进行了研究 。Ki y o s h i O等 5 研究了锈蚀混凝土梁 承受反复荷载作用时的力学性能。卫军等 5 5 对锈蚀钢筋混 凝土柱在偏心荷载作用下构件的破坏形态及力学性能进行 了研究 。 1 4 结构层次 混凝土结构耐久性是耐久性研究的最高层次 ， 也是研究 的最终阶段 ， 直接与工程相接。结构耐久性的研究内容可分 为拟建混凝土结构的耐久性设计 和已建混凝 土结构 的耐久 性评估及剩余寿命预测 。 1 4 1 混凝 土 结构耐 久性设 计 在混凝土结构耐久性设计方面， 目前尚无结构层次的设 计理论及体系。已施行 的 混凝土结构耐久性设计规范 主 要是从材料、 构造角度， 对定性提高结构耐久性 的措施给予 建议 ， 并没有形成系统的设计理论。而 目前关于耐久性 的研 究成果多集中在构件层次 ， 且试验条件和环境与实际结构相 差较远， 因此 ， 研究成果尚无法直接指导工程建设。当下， 研 究停 留在耐久性结构设计理念探讨的层面。目前主要存在 2 种理念 ： ( 1 ) 根据结构的工作环境确定设计使用年限， 再利用 极限状态法对耐久性极限状态进行验算。这里耐久性极 限 状态按适用性或安全性要求确定l_ 5 。( 2 ) 混凝土结构耐久性 设计应包含两部分 ， 即计算和验算部分及构造要求部分 。采 用式( 1 ) 考虑耐久性影响： S r R ( 1 ) 式 中： s为内力设计 值， R为抗力设计值 ， 为耐久性系数。 此方法与现行规范采用 的极限状态法形式上一致 ， 易 于理 解 ， 但耐久性系数难 以确定 5 。另外， 浙江大学金伟 良从全 寿命成本角度出发， 提 出了全寿命设计理论 ， 并具体 阐释了 耐久性 、 安全性和适用性之间的区别和联系 。 1 4 2现役 混凝 土 结构的 耐久性 现状 评估 对现役混凝土结构的耐久性现状进行评估， 并对其剩余 寿命进行预测是工程界比较感兴趣的课题。然而， 由于耐久 性影响因素众多 ， 所处环境复杂， 目前室内试验时， 仅能考虑 其中 1 个或 2 个 因素的影响 ， 且试验条件 、 环境 与实 际环境 有较大出入， 因此 ， 根据室 内试验成果对实际结构耐久性进 行评估将会产生较大 的误差 。目前 的评估方法主要是在现 场调查、 检测和分析 的基础上进行 的。现场信息具有 随机 性 、 模糊性的特点 ， 且不完善， 难以定量化 。如何对这些不确 定的信息进行有效处理 ， 成了耐久性评估 的关键技术。目前 常用的方法有传统经验法 、 模糊数学法 、 专家系统法等 。传 统经验法则完全依赖于工程师的经验和知识水平 ， 具有较大 的主观性 ， 现在已不再使用。王晓刚l_ 5 提出了模糊综合评估 法 ， 该方法能够反映多种因素之间 的关联性 和随机性 的特 点。卢木等 。 。 以层次分析法为基础 ， 以灰色关联度为准则 ， 建立了多层次综合评判模 型。史长莹等 研究了模糊评估 模型中指标权值的确定方法， 该方法根据熵的概念 ， 在耐久 性等级划分标准已知 的前提下 ， 充分挖掘实测数据 中的信 息， 提出了一种确定指标权值 的新方法。朱平华等_ 6 对桥 梁结构的耐久性评估模型进行 了研究 ， 确定耐久性考核指标 后， 采用模糊数学理论 ， 将之分为 5个模糊等级， 通过最优 区 间型隶属度函数确定构件 的耐久性考核指标对各个模糊等 级的隶属度 ， 用可信度与频数统计 ( C MF S )方法确定权重 ， 用综合隶属度评分法进行等级评定 ， 最终建立多层次模糊评 估模型。当数据充分时 ， 可以采用专家 系统法 ， 该方法采用 人工智能技术 ， 可模拟专家， 对结构耐久性进行评估。文献 E 6 3 ， 6 4 3 介绍了专家系统法在实际工程中的应用情况。 1 4 3 混凝 土 结构 耐久性 寿命预 测 关于混凝土结构耐久性寿命预测 ， 目前的主要研究方 向 有 ： ( 1 ) 混凝土碳化寿命理论 。针对的是一般大气环境下， 碳 氯盐环境下混凝土耐久性研究进展 武利强等 1 0 9 化引起的钢筋锈蚀问题 。刘 志勇等 6 假定混凝土碳化深度 和保护层厚度变化服从正态分 布， 以此为基础， 建立 了混凝 土寿命预测模型。吴瑾等L 6 贝 将混凝土表面氯离子浓度、 保 护层厚度作为随机变量， 将扩散系数作为随机过程 ， 建立 了 混凝土保护层中氯离子浓度分布的随机模型 ， 从而建立混凝 土寿命预测模型。蒋金洋等L 6 则建立了疲劳荷载和碳化耦 合作用下的混凝 土寿命 预测模 型。( 2 ) 混 凝土开裂寿命理 论 。该理论以钢筋锈蚀引起混凝土表面出现裂缝作 为耐久 性失效极 限状态。B e r k e 等 6 8 , 6 9 分别研究 了钢筋锈蚀过程 ， 并采用损伤力学等进行研究分析 ， 最终建 立 了寿命预测模 型。( 3 ) 可靠度理论。该理论将结构抗力 和荷载视为随机变 量 ， 分析抗力衰减的结构可靠度 ， 通过可靠度指标变化来预 测结构寿命 。姜海波等_ 7 采用可靠度理论分别对钢筋混 凝土梁 、 结构及拱桥进行了耐久性寿命预测分析 。 2 研究现状评述 2 1 环境层次 钢筋混凝土结构在环境层 次的耐久性研究成果 目前多 集中在室内简单模拟环境上， 比如浸泡试验、 干湿循环 、 外加 电场加速锈蚀等 。即使近年来的研究热点“ 多因素耦合效应 下钢筋混凝土耐久性研究” 的腐蚀环境也多是上述简单模拟 环境 。人工气候模拟技术 出现较早 ， 已广泛应用 于橡胶 工 业、 兵器工业 、 电子工业 、 涂料 、 金属腐蚀、 农业育种等研究领 域， 且已制定了相应的试验规范和标准。然而在钢筋混凝土 结构耐久性方 面的应用则起步较 晚， 出现在 2 0 0 0年 以后。 目前 ， 中国矿业大学、 浙江大学等少数几家科研单位陆续发 表了相关方面的论文 。关于人工气候模拟技术在耐久性方 面的应用 尚不成熟 ， 没有统一 的试验方 法和标准 ， 仅能定性 反映实际环境变化规律， 如潮水变化 、 日照 、 雨淋等。究其原 因 ， 自 然环境十分复杂， 气候要素较多， 无法在人工气候模拟 室内完全体现 ， 因此， 不同的气候模拟室的功能不尽相 同， 采 用的试验方法和试验标准也就不同， 得到的研究结论必然会 有所出入。如何制定合理的试验方法和试验标准 ， 并与实际 工程 中耐久性状况建立有效的联系， 是人工气候模拟技术今 后重点研究的课题。 2 2 材料层次 钢筋混凝土是一种多相、 非均质且可能存在局部缺陷的 复合材料 ， 实际工程 中， 混凝土结构又处于海洋等复杂多变 的环境 中。研究表明， 氯离子的传输特性不仅受混凝土材料 本身的影响， 还与外部环境因素密切相关。掺合料 、 冻融 、 碳 化、 荷载 、 裂缝等均可影响混凝土材料的特征 ， 因此 ， 钢筋混 凝土结构中氯离子的传输是一个多因素耦合、 复杂环境作用 下的现象 。早期对氯离子传输的描述多采用 F i c k第二定律 ， 但研究证明其仅近似适用 于饱和 、 大体 均质 的情况 ， 而对于 非饱和、 存在局部缺陷的情况 ， 则误差非常大， 适用性受到限 制 。近年来 ， 对于多因素耦合、 复杂环境作用下混凝土结构 氯离子传输规律 的研究逐渐增多 ， 但 目前为止 ， 尚无有效的 传输模型来准确反映其传输特性， 研究者们往往是以 1 种因 素为主， 考虑 2 种或 3种因素的耦合作用 。另外 ， 对于荷载 ( 尤其是动荷载和疲劳荷载) 、 已有裂缝情况下的氯离子传输 研究则刚处于起步阶段 ， 目前研究成果多为机理性的、 定性 的， 氯离子传输模型也多为经验公式 ， 尚无理论模型出现。 2 3 构件层次 分析可知， 目前对构件层次钢筋混凝土耐久性 的研究成 果多是通过 室内外加 电流法加 速锈蚀的试验方法得到 的。 外加电流加速锈蚀法钢筋锈蚀机理及形态与实际结构 中具 有较大的差距， 从而导致二者的力学性能也不一致， 因此得 到的研究结论并不能直接用于工程实践。人工气候加速锈 蚀法的钢筋锈蚀机理与实际比较接近， 是一种很有前途的试 验方法， 然而 ， 由于试验 比较复杂 ， 因此 ， 目前这方面构件层 次的研究成果并不多见。另外， 实际结构在锈蚀过程 中总是 承受一定荷 载作用 ， 而 目前 的研 究中多为锈蚀到一定程度 后， 再进行荷载试验 ， 这与实 际也有 出入。目前已有一些研 究者注意到了荷载与钢筋锈蚀的耦合作用， 并设计 了相应 的 试验装置研究荷载对钢筋锈蚀及力学性能的影响， 但研究成 果较少， 且多为静荷载， 缺少疲劳荷 载及动荷载下的研究成 果 。 2 4 结构层次 无论是结构耐久性设计 ， 还是结 构耐久性评估 ， 目前 尚 无成熟的理论和方法。之所以存在很多不确定性和模糊性， 源于对耐久性基础理论研究 的缺乏和不成熟。复杂的事物， 一 旦研究透彻 ， 一定会简单化和确定化 。以下基础理论尚需 继续研究和完善 ： ( 1 ) 如何界定在给定环境和使用要求下 的 混凝土结构耐久性失效极限状态 ； ( 2 ) 如何确定表征材料 与 结构耐久性特征 的指标与参数 ； ( 3 ) 如何建立结构耐久性指 标的时变规律 ； ( 4 ) 建立耐久性指标与混凝土的密实度 、 孔结 构等表征混凝土内部结构特征参量的关系 ； ( 5 ) 钢筋混凝 土 结构钢筋锈蚀程度的实时监测技术。 3 结语 氯盐环境下混凝土结构耐久性的研究成果 已有很多， 但 能直接应用到实际工程的成果则很少。耐久性的室内试验 研究无论是在侵蚀环境设计上 ， 还是试样本身 的型式及受力 状态上， 均与实际结构存在较大差距。对混凝土结构耐久性 评价定性结论居多， 尚无定量化的方法 。寿命预测模型考虑 的因素尚不够全面 ， 寿命预测误差较大。氯离子侵蚀环境和 试件本身的受力状态是以后研究应重点考虑的问题。 参考文献 1 耿欧， 袁迎曙， 李果 钢筋混凝土耐久性人工气候加速退化 试验的相关性研究 J 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 2 9 2 袁迎曙， 章鑫森， 姬永生 人工气候与恒电流通电法加速锈 蚀钢筋混凝土梁的结构性能比较研究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 6， 3 9 ( 3 )： 4 2 3 金伟良， 金立兵， 延永东 海水干湿交替区氯离子对混凝土 侵入作用的现场检测和分析 J 水利学报， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 3 ) ： 3 64 4 张奕， 姚昌建， 金伟 良 干湿交替区域混凝土中氯离子分布 随高程的变化规律 J 浙江大学学报： 工学版， 2 0 0 9 ， 4 3 1 1 O 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 5 年 9月( 上) 第 2 9卷第 9期 ( 2 ) ： 3 6 0 5 姬永生， 董亚男， 袁迎曙 混凝土孔隙水饱和度的机理分析 r- j -1 四川建筑科学研究， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 2 ) ： 2 1 5 6 卢振永， 金伟良， 王海龙 ， 等 人工气候模拟加速试验的相似 性设计E J 浙江大学学报： 工学版， 2 0 0 9 ， 4 3 ( 6 ) ： 1 0 7 1 7 金立兵， 金伟 良， 王海龙 多重环境时间相似理论及其应用 E J 浙江大学学报： 工学版， 2 0 1 0 ， 4 4 ( 4 ) ： 7 8 9 8 薛文， 金伟良， 横 田弘 养护条件与暴露环境对氯离子传输 的耦合作用_ J 浙江大学学报 ： 工学版， 2 0 1 1 ， 4 5 ( 8 ) ： 1 4 1 6 9 Co l l e p a d r i M ，Ma c r i a l i s A，Tu r r i z z a n i R Pe n e t r a t i o n o f c h l o r i d e i o n s i n t o c e me n t p a s t e s a n d c o n c r e t e s E J J A m c e r a m S o c ， 1 9 7 2 ， 5 5 ： 5 3 4 1 0 Ma n g a t P S，L i mb a c h i y a M C Ef f e c t o f i n i t i a l c u r i n g o n c h l o r i d e d i f f u s i o n i n c o n c r e t e r e p a i r ma t e r i a l s r J C e me n t C o n c r e t e Re s ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 9 )： 1 4 7 5 1 1 Ma a g e M ，He l l a n D S，Po u l s e n E，e t a 1 S e r v i c e l i f e p r e d i c t i o n o f e x i s t i n g c o n c r e t e s t r u c t u r e s e x p o s e d t o ma r i n e e n v i r o n me n t J Ac I Ma t e r J ， 1 9 9 6 ， 9 3 ( 6 ) ： 6 0 2 1 2 Ame y S L，J o h n s o n D A，Mi l t e n b e r g e r M A，e t a 1 P r e d i c ri n g t h e s e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e ma r i n e s t r u c t u r e s ：An e n v i r o n me n t a l me t h o d o l o g y J A C I S t r u c t J ， 1 9 9 8 ， 9 5 ( 2 ) ： 2 0 5 1 3 Ka s s i r M K，Gh o s n M Ch l o r i d e - i n d u c e d c o r r o s i o n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b r i d g e d e c k s J C e me n t C o n c r e t e R e s ， 2 0 0 2， 3 2 ( 1 )： 1 3 9 1 4 Mo h a mme d T U，Ha ma d a H Re l a t i o n s h i p b e t we e n f r e e c h l o r i d e a n d t o t a l c h l o r i d e c o n c r e t e s i n c o n c t e r e J C e me n t C o n c r e t e Re s ， 2 0 0 3， 3 3( 9 ) ： l 4 8 7 1 5余红发， 孙伟 混凝土氯离子扩散理论模型I- J 东南大学学 报 ： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 3 6 ( s 2 ) ： 6 8 1 6姬永生， 袁迎曙 干湿循环作用下氯离子在混凝土中的侵蚀 过程分析 J 工业建筑， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 1 2 ) ： 1 6 1 7金伟良， 张奕 ， 卢振勇 非饱和状态下氯离子在混凝土中的 渗透机理及计算模型I- J 硅酸盐学报， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 0 ) ： 1 3 6 2 1 8王传坤， 高祥杰， 赵羽习， 等 混凝土表层氯离子含量峰值分 布和对流区深度E J 硅酸盐通报， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 2 ) ： 2 6 2 1 9余红发， 翁智财， 孙伟 矿渣掺量对混凝土氯离子结合能力 的影 N E J 硅酸盐学报， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 6 ) ： 8 0 1 2 O鲁彩凤， 袁迎曙， 季海霞 海洋大气中氯离子在粉煤灰混凝 土中的传输规律I- J 浙江大学学报： 工学版， 2 0 1 2 ， 4 6 ( 4 ) ： 6 81 2 1索默 H 高性能混凝土的耐久 li M 北京 ： 科学出版社， 1 99 8 2 2周履 高性能混凝土( HP C ) 发展的综合评述L J 建筑结构， 2 0 0 4， 3 4 ( 6 ) ： 6 5 2 3陈思佳 冻融环境对钢筋混凝土结构耐久性的影响 D 上 海： 上海交通大学 ， 2 0 1 3 2 4许晨， 王传坤 ， 金伟 良 混凝土 中氯离子侵蚀与碳化的相互 影g NE J 建筑材料学报， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 3 ) ： 3 7 6 2 5 Ko n 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