滨海侵蚀性环境对混凝土的腐蚀试验研究.pdf

第3 0卷 第 1 0期 2 0 1 3年 1 0月 长 江科学 院 院报 J o u r n a l o f Ya n g t z e Ri v e r S c i e n ti fi c Re s e a r c h I n s ti t u t e Vo 1 3 0 No 1 0 0c t 2 0 1 3 D OI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 5 4 8 5 2 0 1 3 1 0 0 1 9 2 0 1 3 ， 3 0 ( 1 0 ) ： 9 4 9 8 滨海侵蚀性环境对混凝土的腐蚀试验研究 陈纲 ( 武汉船舶职业技术学院 船海学院， 武汉4 3 0 0 5 0 ) 摘要： 总结了地下水对混凝土的腐蚀作用机理， 分析了经过土壤长期腐蚀后混凝土的抗压强度试验数据， 分析表明， 不同混凝土试件在相同土壤中的强度变化规律不尽相同。对某地铁工程沿线地下水进行取样， 分析了其化学成分 ， 并对其腐蚀性进行评价。然后根据地下水中c l 一 和 s 0 一 的含量配制4种不同浓度的腐蚀性溶液， 进行混凝土试块 的腐蚀试验， 测定试块的质量变化和抗压强度。试验结果表明： 混凝土试块质量有所增加， 但各溶液中变化趋势不一 致； 另外， 不同溶液中混凝土试块的抗压强度变化规律也不同。试验结论可为类似研究和工程实践提供参考。 关键词： 地下水腐蚀； 混凝土； 耐久性 ； 质量损失； 抗压强度 中图分类号 ： T U 4 6 2 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 5 4 8 5 I 2 0 1 3 ) 1 0 0 0 9 4 0 5 1 研 究背景 地铁因其快速 、 载客量大、 准点、 低污染等优点 成为解决大城市公共交通问题的首选方案 。地铁结 构主要位于地面以下 1 0 2 0 m范围内， 沿海沿江地 区地下水位往往较高 ， 此类地区地铁结构将处 于地 下水环境中。G B 5 0 1 5 7 -2 0 0 3 地铁设计规范 规 定 ， 地铁 主体结构工程设计使用年 限为 1 0 0年。 地铁工程属于隐蔽工程 ， 其结构的腐蚀现象往往不 易被发现 ， 一旦发生将会降低结 构的承载能力 ， 威胁地铁 的安全 ， 因此 ， 地铁主要承载结构的耐久 l生 将会极大地影响地铁的服务年限和使用安全_ 3 j 。 地下水一般含有多种化学成分 ， 当某种成分含 量达到一定程度时 ， 钢筋混凝土结构就遭受地下水 的腐蚀威胁。大规模的工程开挖需要人工降水， 人 类生产生活的需求使得地下水开采量不断加大， 这 些人类活动都加速 了地下水 的运移 ， 从 而使得地下 水 的水质发生变化_ 4 j 。在沿海地区， 由于海水的人 侵作用 ， 地下水对钢筋和混凝 土的侵蚀性成分主要 为 Mg 、 C 1 一 和 S O ， 例如在对 深圳 、 杭州的地铁 勘察 中， 均发现地下水 中有 c l 一 、 S O 5 J 。因此 ， 研 究各种化学成分对钢筋混凝土材料的侵蚀作用具有 重要的科学意义和工程应用价值。 2 地 下水 的腐蚀作用机理 在混凝土微小孔 隙中存在碱性孔 溶液 ， 其 p H 值一般不小于 1 3 ， 在高碱性环境下 ， 钢筋表面会 形 成耐腐蚀 的钝化膜 J 。混凝土材料 的粗糙性 和多 孔性有利于其表面吸收水分 ， 当含有 C l 一 ， S O 一 的 地下水渗入混凝土中时 ， 水泥水化产生的 C a ( O H) 溶解 ， 游离的 C a ( O H) 或 c a 会产生扩散而浸析 ， 尤其是易 通过 毛细 孔通 道 而迁 移。而 随着 C l 一 、 S O 一 等 的侵入 ， 混凝土微d , ：f L 隙中的碱性 降低 ， 混 凝土中原有胶凝材料组成发生变化 ， 也就是钢筋保 护层物质会发生变化 ， 当 p H 3 1 2 。这是 因为， 溶液中的 C I 一 可以加速水泥石 中的 C a ( O H) ： 的溶出速率， 从而增大了混凝土中的孔隙率和孔径， 有利于 S O 卜的化学反应。C l 一 浓度越大 ， 这种促进 效果越强烈 ， 因此最初 1个月内 4 溶液 中的试块强 度提高最快 ， 这也是后面 3个月 内其强度下降最快 的原因。虽然 2 溶液中的 c l 一 浓度大于 1 溶 液， 但 是其 S O 一 浓度却远小于 1 溶液， 因此最初 1 溶液 中试块强度增加速率要大于 2 溶液 。 结合混凝土试块的质量和强度变化曲线可 以发 现， 质量的增加并不一定总是伴随着混凝土强度的 增长。当生成的膨 胀性物质过多 ， 膨胀应力大于后 续水泥水化反应带来 的强度增长时 ， 混凝 土的强度 便开始下降。因此， 当时间足够长时， 可以预见： 1 ， 2 溶液 中试块抗压强度将 由上升转为下降趋势 ； 由于膨胀应力 的不 断积聚 ， 混凝土试块表面会 出现 裂缝和剥落现象。当试块表面剥落和一些成分被溶 解的量大于腐蚀反应的生成量时， 混凝土的总质量 下降， 抗压强度也同时下降。因此， 在腐蚀性环境 中， 混凝土的质量和抗压强度往往是先增加后降低。 5地下水 腐蚀的防治措 施 此地 区 地下 水 对 昆凝 土结 构 的腐蚀 主要 是 S O 的结晶类腐蚀。对于此类腐蚀， 首先要提高混 凝土的密实性 ， 此类措施 主要有采用高密实度 的配 方设计 ， 提高混凝土抗渗等级 ， 引入能提高混凝土密 实性 的合理的浇筑和养护措施等 。其次是提高混凝 土 自身 的抗 腐蚀性 能 ， 比如掺 人抗 硫酸 盐腐蚀 的 C M 型防腐剂 ， 选用 矿渣或 粉煤灰硅 酸盐水 泥等。 此外还可 以对混凝土结构表面进行防腐处理 ， 在混 凝土表面涂抹防水防腐蚀涂料， 施作高密实性水泥 砂浆抹面， 以及在混凝土结构和地层之间施工 防水 层等都是行之有效的措施 。 由于地下水水位及其组成成分往往是动态变化 的， 工程实践 中要对地下水进行长期的跟踪监测 ， 以 及时评估其对结构的影响， 并及早预防。 6 结 语 通过对某地铁工程沿线的地下水取样 ， 分析 出 其主要腐蚀性成分为 c l 一 和 S O ， 并根据规范评价 了其腐蚀性等级。根据水样 中腐蚀性成分的含量配 制了4种不同 C l 一 和 S O 一 浓度的溶液 ， 以反映地下 水的真实浓度。然后对混凝土试块进行了腐蚀试 验， 并测定其质量变化和抗压强度。试验结果表明， 混凝土试块质量在腐蚀过程 中不但没有减小 ， 反而 有所增加 ， 但各溶液中变化趋势并不一致 ， 具有离散 性 。不 同浓度的溶液腐蚀过的混凝土试块 的抗压强 度变化规律不同， 总体来看浓度越大， 混凝土受腐蚀 B d 苫、 嘿 9 8 长江科学院院报 2 0 1 3生 的程度也越大。另外， c l 一 的存在促进了 S O 的腐 蚀作用 ， 试验前期 S O 一 能起到密实混凝土 内部结 构的作用 ， 有助于提高其抗压强度， 但从长期来看 ， 腐蚀性环境中混凝土的质量和抗压强度最终是要降 低的。试验虽取得 了一些成果 ， 但仍存在不足之处 ， 实际中混凝土要承受荷载作 用， 地下水往往是流动 和变化的， 且试验周期较短 ， 因此试验模拟环境与工 程实际环境还有一定差距。 参考文献 ： 2 3 4 5 G B 5 0 1 5 7 -2 0 0 3 ， 地铁设计规范 S 北京：中国建筑 工业出版社 ， 2 0 0 3 ( G B 5 0 1 5 7 2 0 0 3 ，C o d e f o r D e s i g n o f Me t r o S B e i j i n g ：C h i n a A r c h i t e c t u r e a n d B u i l d i n g P r e s s ， 2 0 0 3 ( i n C h i n e s e ) ) 孙秀娟邯郸市区地下水对混凝土的腐蚀性评价与试 验研究 D 邯郸 ： 河北工程大学 ， 2 0 0 7 ( S U N X i u - j u anG r o u n d w a t e r A s s e s s m e n t a n d E x p e r i m e n t a l S t u d y o f t h e C o r r o s i o n o f C o n c r e t e i n H a n d an C i t y D H a n d a n ： H e b e i U n i v e r s i t y o f E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 7 ( i n C h i n e s e ) ) 李君源地下水对混凝土的腐蚀性评价 J 中国科 技信息 ， 2 0 0 6 ， 2 4 ( 1 6 ) ： 6 06 1 ( L I J u n y u a n C o c o s i o n A s s e s s m e n t o f G r o u n d w a t e r t o C o n c r e t e J 1 C h i n a S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n f o r m a t i o n ，2 0 0 6 ，2 4( 1 6) ： 6 06 1 ( i n C h i n e s e ) ) 巫锡勇， 王鹰， 罗健侵蚀性环境水形成与地下水 运动特征的关系研究 J 铁道学报，1 9 9 8 ， 2 0( 4 ) ： 1 0 61 1 2 ( WU X i - y o n g ，WA N G Y i n g ，L U O J i a n S t u d y o f R e l a t i o n s h i p B e t we e n F o r ma t i o n o f C o r r o s i v e E n v i r o n me n t Wa t e r a n d Mo v e me n t C h a r a c t e r i s t i c s o f Gr o u n d w a t e r J J o u r n a l o f t h e C h i n a R a i l w a y S o c i e t y ，1 9 9 8 ， 2 0 ( 4 ) ： 1 0 61 1 2 ( i n C h i n e s e ) ) 林蓼地铁车站结构地下水的腐蚀防治 J 都市 快轨交通， 2 0 0 6 ，1 9 ( 4 ) ： 6 97 1 ( L I N L u C o u n t e r me a s u r e s Ag a i n s t Un d e r g r o u n d W a t e r Co r r o s i o n for Me t r o S t a t i o n S t r u c t u r e s 1 J U r b a n R a p i d R a i l T r a n s i t ， 2 0 0 6 ， 1 9 ( 4 ) ： 6 9 7 1 ( i n C h i n e s e ) ) 6 王增忠， 朱玉仲混凝土建筑物的裂缝分析及其防护 和处理 J 混凝土，2 0 0 1 ，1 1 ( 4) ：71 0 ( WA N G Z e n g z h o n g，Z HU Yu z h o n g Cr a c k C a u s e An aly s i s o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s a n d R e p a i r a n d P r o t e c t i o n J C o n - c r e t e ， 2 0 0 1 ，1 1 ( 4 ) ： 71 0 ( i n C h i n e s e ) ) 7 黄晋昌混凝土及钢筋混凝土的腐蚀与防护 J 铁 道工程学报，2 0 0 0，1 7 ( 3 ) ： 9 91 0 4 ( H U A N G J i n c h a n g C o r r o s i o n o f C o n c r e t e a n d Re i n f o r c e d C o n c r e t e a n d T h e i r P r o t e c t i v e Me a s u r e s I J I J o u rna l o f Ra i l wa y E n g i n e e ri n g S o c i e t y ， 2 0 0 0 ，1 7 ( 3 ) ： 9 91 04 ( i n C h i n e s e ) ) 8 韩同春百家岭隧道混凝土腐蚀的评价 J 中国铁 路，1 9 9 9 ， 2 0 ( 8 ) ：2 93 1 ( H A N T o n g - c h u n E v a l u a - t i o n for C o n c r e t e C o rr o s i o n o f B ai j i al i n g T u n n e l l J 1 C h i n e s e R a i l w a y s ， 1 9 9 9 ， 2 0 ( 8 ) ： 2 9 3 1 ( i n C h i n e s e ) ) 9 王江华 ， 李松涛， 栗克强混凝土耐久性的影响因素及 对策 J 科 技信 息，2 0 0 8 ，1 5( 1 5) ：1 3 51 3 6 ( WA N G J i a n g h u a ，L I S o n g t a o ，L I K e q i a n g I n f l u e n c i n g F a c t o r s and M e a s u r e s o f C o n c r e t e D u r a b i l i t y J S c i e n c e& T e c h n o l o gy I nf o rma t i o n ，2 0 0 8 ， 1 5( 1 5) ： 1 3 51 3 6 ( i n C h i n e s e ) ) 1 0 马孝轩 ， 仇新刚， 陈从庆混凝土及钢筋混凝土材料在 地下的耐腐蚀性研究 J 混凝土与水泥制品， 1 9 9 7 ， 1 7 ( 6 ) ： 61 1 ( MA X i a o x u a n ， Q I U X i n g a n g ， C H E N C o n g q i n g S t u d y o f C o n c r e t e a n d Re i nfo r c e d Co n c r e t e D u r a b i l i t y J C h i n a C o n c r e t e a n d C e me n t P r o d u c t s ， 1 9 9 7 ，1 7 ( 6 ) ： 61 1 ( i n C h i n e s e ) ) 1 1 G B 5 0 0 2 1 -2 0 0 1 ， 岩土工程勘察规范 S 北京：中国 建筑工 业 出 版 社 ，2 0 0 1 ( G B 5 0 0 2 1 -2 0 0 1 ，C o d e f o r I n v e s t i g a t i o n o f G e o t e c h n i e al E n g i n e e ri n g S B e i j i n g ： C h i n a A r c h i t e c t u r e a n d B u i l d i n g P r e s s ，2 0 0 1 ( i n C h i n e s e ) ) ( 编辑 ： 周 晓雁 ) Ex p e r i m e n t a l S t u d y o n Co n c r e t e u n d e r Co a s t a l Co r r o s i o n En v i r o n me n t CHEN Ga n g ( D e p a r t me n t o f S h i p E n g i n e e ri n g ， Wu h a n I n s t i t u t e o f S h i p b u i l d i n g T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 5 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e me c h a n i s m o f c o n c r e t e c o r r o s i o n c a u s e d b y g r o u n d wa t e r i s s u mma riz e d i n t h e p r e s e n t r e s e a r c h Th e d a t a o f c o m p r e s s i v e t e s t s o n c o n c r e t e s u b j e c t e d t o l o n g t e r m c o rr o s i o n a r e a n a l y z e d R e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s t r e n g t h v a r i a t i o n r e g u l a r i t i e s o f d i f f e r e n t c o n c r e t e s p e c i me n s w e r e d i f f e r e n t a f t e r l o n g t e r m c o rro s i o n i n s o i l A f t e r fie l d s a mp l i n g o f g r o u n d wa t e r a l o n g a s u b wa y l i n e，t h e g r o u n d wa t e r s c h e mi c a l c o mp o s i t i o n wa s a n a l y z e d，a n d i t s c o rro s i o n wa s e v a l u a t e d Ac c o r d i n g t o t h e r a t i o s o f C1 一a n d S O4 i n t h e g r o u n d wa t e r ，f o u r c o r r o s i v e s o l u t i o n s o f d i f f e r e n t r a t i o s we r e p r e pa r e d f o r c o n c r e t e c o rro s i o n t e s t s Th e ma s s l o s s a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e s p e c i me ns we r e me a s u r e d a f t e r t h e c o rro s i o nTe s t d a t a s h o w t h a t t h e ma s s o f c o n c r e t e s pe c i me ns i n c r e a s e d Mo r e o v e r ， t h e v a ri a t i o n t r e n d o f ma s s a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f s p e c i me n s i n d i f f e r e n t s o l u t i o n s w e r e d i f f e r e n t T h e t e s t c o n c l u s i o n c o u l d b e a r e f e r e n c e for s i mi l a r s t u d i e s a nd e n g i n e e rin g p r a c t i c e s Ke y wo r d s ： g r o u n d w a t e r c o rro s i o n；c o n c r e t e；d u r a b i l i t y；ma s s l o s s ；c o mp r e s s i v e s t r e n gth