自然环境与人工环境对混凝土氯离子侵蚀及对流区的影响分析.pdf

浙 江建 筑 ， 第 2 9卷 ， 第 1 0期 ， 2 0 1 2年 1 0月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ， V o 1 2 9 ，N o 1 0 ，O c t 2 0 1 2 自然环境与人工环境对混凝土氯离子 侵蚀及对流 区的影 响分析 An a l y s e s o f n a t u r a l a n d a r t if i c i a l e n v i r o n me n t a l i mp a c t o n c o n c r e t e c h l o r i d e p e n e t r a t i o n a n d f l o w r e g i me 邹传 仁 ， 莫 立英 ， 张俊 芝。 ， 吴 灵杰。 Z OU C h u a n r e n ，MO L i y i n g ，Z HA NG J u n z h i ， L i n g -fie ( 1 浙江中设工程设计 有限公 司， 浙 江 杭州 3 1 0 0 0 7； 2 浙江工业 大学建筑工程学院 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要 ： 以 自然干湿循 环条件下混凝土腐蚀试验结果为基础 ， 与人工模 拟环 境下的试验 结果进行 对 比， 研究 混凝 土表 面氯离 子侵蚀及对流区影响的因素。混凝土 表面氯离子侵蚀及对流区的影 响因素分析 ， 可为于湿 循环条件 下混凝土 中氯离 子的表面传 输理论研究提供一定的依据。 关键词 ： 氯离子 ； 混凝土 ； 对流区 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 2 ) l O一0 0 5 6 0 2 1 概述 干湿 交替是对 混凝 土 结构 耐久 性 最不 利 的环 境 之一 。在干湿交替区， 氯离子对混凝土表层的积累 与侵蚀过程较复杂， 是对流、 渗透和扩散等多重因素 的耦合作用， 而在混凝土 内部仍以扩散作用为主。对 于干湿交替下混凝土中氯离子运输问题 ， 国内外 已经 做了不少研究。研究发现 ， 氯离子在距离表面一定深 度处 ， 存 在一个氯 离 子含 量平 稳 的 区段 ， 该 区段 氯 离 子浓度较高， 在区段末逐渐降低。这个区段上氯离子 含量的峰值点可认为是毛细管吸附和扩散这两种迁 移方式的交界点。浓度峰值内侧可称稳定扩散区， 氯 离子主要是以扩散的方式迁移 ； 浓度峰值向外称为对 流 区 ， 氯离子 主要 是 以毛 细管吸收 的方式 迁移 。 表 1 。成型之后在 自然环境下养护 2 8 d ， 将其放 置 在钱塘江海宁段某 丁坝上 ， 进行感潮 自然环境下的 混凝 土氯 离子 侵蚀 试验 。 表 1 自然环境下试验梁 的混凝 土配合 比 2竺 呈 氯 粒 径 ： 离 子 侵 蚀 及 养 护 I 昌 较 2 1 试验条件及混凝土侵蚀方案 效果 ， 混凝土中不掺加任何外加剂。考虑到不同时 5根不同水灰 比钢筋混凝土 梁， 具体配合 比见 刻取样需要 ， 试件为混凝土梁 ， 保护层为 2 5 m m。每 收稿 日期 ： 2 0 1 20 62 7 作者简介 ： 邹传仁( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 浙江建德 人， 工程师 ， 从事建筑工程设计工作。 第 1 0期 邹传仁等： 自然环境与人工环境对混凝土氯离子侵蚀及对流区的影响分析 5 7 隔 1 2 0 d对 试 验梁 取样 一次 以测试 试 验 梁 混 凝 土 中 氯 离子 浓度 ， 每 根梁 每次 取一 个 芯样 。取 样后 ， 及 时 用环氧树脂进行封堵 ， 避免氯离子从取样孔侧进 入 试 验梁 混凝 土 中而影 响 之后 的浓 度 。 2 2 自由氯 离子 浓度 测试及 结 果分析 从表面向内每隔 2 m m研磨取样 ， 收集混凝 土 粉末试样。混凝土中的 自由氯离子浓度 ( 占混凝 土 的质量 百 分 数 ) 用 美 国 T h e r m o 7 2 0 A 酸 度 计 测 定 。 测 得不 同水 灰 比试验 梁 混凝 土 中的氯 离子 浓度 随 渗 透 深度 的分 布 ， 见 图 1 。 蔷 簇 图 l 自然环 境下侵蚀 2 4 0 d混凝土 中自由氯 离子 浓度随深度变化 图 根据文献 4 ， 在人工气候环境下不同水灰比试验 梁混凝土中的氯离子浓度随渗透深度的分布见图2 。 圈 2人工气候环境 下不同水灰 比混凝土不 同 深度处氯离子浓度 分 析 图 1与 图 2 ， 试 验 梁 混 凝 土 在 河 口 自然 环 境条件下与人工气候环境下存在明显的氯离子侵蚀 对流区， 无论是 自然环境还是人工气候环境不 同水 灰 比混凝 土 中 自由氯 离子 浓度 基本 在距 离 混凝 土表 面 48 m m之 间达到峰值。 根 据 实测 的氯 离子 浓 度 值 ， 得 到 的对 流 区厚 度 值见 图 3 。 根据文献 5 得 知在人 工气 候环境 下 的结果 水灰 比w c ( 注 ： 腐蚀 1 2 0 d ， 水灰 比为 0 5 0的试验粱 由于芯样断裂 ， 故无法得 到对 流区厚度值 ) 图 3 自然 环 境 不 同水 灰 比 下 混 凝 土 对 流 区 厚 度 为 ： 由于该试验梁所处的丁坝位于钱塘江河 口， 其氯 化物浓度受冲淤和潮差大小等影 响， 又受上游下泄 水 量 的影 响 ， 其 变 化 较 大 。 与人 工 气 候 环 境 ( 干 湿 循 环 ) 相 比 ， 河 口 自然 环 境 下 的对 流 区 厚 度 呈 现 出 较 大 的随机 性 。分 析 图 3可 知 ， 河 口 自然 环境 条 件 下 ， 腐蚀 ( 暴露) 时间对对流 区厚度的影响不十分 明 显 ， 而由图4可知在人工气候条件下对流区深度随 腐蚀时间增加而加深 ， 随水灰 比的提高而加深。这 一 结 论 与 人 工 气 候 环 境 下 的 分 析 结 果 有 所 不 同 。 ， 其中主要原 因可能是河 口自然环境下所采 集到的试验数据腐蚀时间间隔过短 ， 自然环境下环 境中氯离子浓度较低等。人工气候环境下两组试验 数据的时间间隔为 1 6 0 d ， 根据试验环境要求设置 ， 其相当于 自然环境下的 2 0 d ， 而感 潮河 口自然环 境 下所 采集 到 的 两 组 试 验 数 据 腐 蚀 时 间 间 隔 仅 为 1 2 0 d 。钱塘江河 口近岸水体氯离子浓度较低 ， 诸多 实 测 数 据 表 明 ， 水 体 中 的 氯 离 子 浓 度 约 为 0 6 ， 室 内人 工 气候 模 拟 试 验 中所 用 喷 洒溶 液 的氯离子浓度大致为 3 0 ， 即为该河 口近岸水体氯 离子浓度的5倍。因此 ， 随着 自然环境条件下腐蚀时 间的延长， 其对对流区厚度 的影响也将随之增加。 水灰比w c 图 4人工气候环境 下不 同水 灰比试验混凝土 的对 流 区 厚 度 ( 下转第 6 0页) gH 磺凶堰靛 目u 隧 蜒靛 浙江建筑 2 0 1 2年第 2 9卷 a 1 双边固定片 b 1 单边固定片 图 1 固定 片的型式 ( 4 ) 在高层建筑 中， 塑料 门窗角部强度单靠塑 料型材焊接强度一般是不够的 ， 应采取必要 的补强 措施来提高角部强度 ， 以满足高层建筑塑料 门窗抗 风 压强度 的需要 。 ( 5 ) 通过合理的安装工艺增强塑料 门窗与墙体 之间的连接强度 。例如， 在高层建筑 的墙体 中加入 预埋板 ， 采用窗框 的增强型固定 片与预埋板焊接等 方 法 ， 提 高 窗框 与墙体 之 间的连 接强 度 ， 进 而增 加 门 窗的抗 风压 强度 。 i_ _Lrj r l r一 J n f P l l I f 中勰 I _ 图 2中梃 连接 方式 4 结 语 门窗配件是门窗 的重要组成部分 ， 又是门窗第 一 性能 抗 风压 性 能 的 重要 影 响 因素 ， 所 以它 绝 非配角 ， 而是门窗的心脏。我们应尽快提高门窗配 件 的生 产技 术水平 ， 制 定统 一 的质量 标准 ， 加强 门窗 系统的设计 ， 根据不 同地 区， 不 同的建筑高度 ， 合理 地选择和配置门窗配件 ， 提高塑料 门窗的抗 风压性 能， 创造一个安全 、 优质的居住环境。 ( 上接 第 5 7页 ) 3 结 语 本文通过对室内人工气候环境和感潮河 口自然 环 境 下 ， 混 凝土 氯离 子 侵 蚀及 对 流 区影 响 因 素 的试 验研究， 以及对既有水工混凝土氯离子侵蚀及 其随 机性 的分 析 ， 得 到 以下 主要结 论 ： ( 1 ) 干 湿循 环 条 件下 ， 无 论 是 室 内人 工 气 候 环 境条 件还 是 自然环 境 条 件 下 ， 水 工 混凝 土 在 距 离 表 面一定深度都存在一个峰值 ， 即均存在 明显的对流 区； 对流区厚度 均在 1 0 mm 以内， 与既有水工混凝 土 自然环境下的侵蚀结论是一致的。 ( 2 ) 在室内人工气候环境和感潮河 口自然环境 下 ， 侵蚀时间和混凝土水灰 比对对流区厚度均有影 响 ， 但影响程度不同。根据现有的试验数据表明， 前 者影响较为显著 ， 主要表现为延长侵蚀时间将增加 对流 区 的厚 度 ； 而 后者 虽有 影 响 ， 但影 响 程 度不 明显 。 参 考 文 献 1 李春秋 ， 李 克非， 陈肇元 干湿交替下 混凝 土 内水 分影 响深度 的数值分析 C 第六届全国土 木工程研究 生学术论 坛论文 集 北京 ： 清华大学 ， 2 0 0 8 ： 2 4 6 2 5 2 2 KHo n g ，R DHo o t o n E f f e c t s o f c y c l i c c h l o r i d e e x p o s u r e o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e c o v e r J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 1 9 9 9， 2 9： 1 3 7 9 1 3 8 6 3 T V i d a l ， AC a s t e l ，R F r a n c o i s C o r r o s i o n p r o c e s s a n d s t r u c t u r a l p e rfo r ma n c e o f a 1 7 y e a r o l d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s t o r e d i n c h l o r i d e e n v i r o n m e n t f J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h。 2 0 0 7, 3 7： 1 5 5 11 5 61 4 周剑 混凝 土氯离 子扩 散性 能影 响因素 的试验 研究 D 杭 州： 浙江工业大学 ， 2 0 1 0 5 张俊芝 ， 王建泽 ， 周建民 ， 等 自然环境下既有 混凝 土的氯离子 侵蚀及 随机性研究 J 工业 建筑， 2 0 0 9， 3 9 ( 3 ) ： 7 7 8 0 6 李 运德 ， 冯雍 杭州湾跨海大桥海 中承台混凝士结构表面涂层 质量控制 J 全面腐蚀控制 ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 1 ) ： 2 1 2 4 7 张俊芝 ， 王建泽 ， 黄海珍 ， 等 钱塘江河 口水 体氯离子含量 及对 混凝土的侵蚀 J 自然灾害学报 ， 2 0 0 8 ， l 7 ( 4 ) ： 3 33 7 8 周胜兵 环境 因素与弯 曲荷 载对混凝 土抗腐 蚀性 能影响 的试 验研究 D 杭州 ： 浙江工业大学 ， 2 0 1 1