嚴(yán)寒腐蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)分析

薛素艷

摘? ?要：我國(guó)沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題突出，對(duì)混凝土碼頭耐久性進(jìn)行調(diào)查研究，分析碼頭耐久性病害主要特點(diǎn)，研究混凝土中氯離子相對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的變化規(guī)律，提出混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命預(yù)測(cè)模型，為混凝土加固設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)?；炷两Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于沿海地區(qū)特殊結(jié)構(gòu)中，混凝土碼頭為我國(guó)外貿(mào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要保障，我國(guó)沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)工作環(huán)境條件復(fù)雜，氯鹽腐蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的首要因素。

關(guān)鍵詞：混凝土耐久性? 檢測(cè)技術(shù)? 腐蝕環(huán)境

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（b）-0015-02

已建的海港混凝土碼頭工程多數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命要求，需長(zhǎng)期進(jìn)行維修加固，我國(guó)由于腐蝕造成的損失為3600億元，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究可以揭示建筑結(jié)構(gòu)潛在危險(xiǎn)，避免發(fā)生重大事故。對(duì)新建結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，對(duì)混凝土碼頭進(jìn)行耐久性調(diào)查，分析碼頭破損主要特點(diǎn)，檢測(cè)混凝土碼頭裂縫寬度，混凝土碳化程度，分析混凝土碼頭損壞程度，提出預(yù)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的方法。

1? 腐蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究

地球海域面積占總體的71%，隨著海洋的不斷開(kāi)發(fā)，很多問(wèn)題逐漸暴露。我國(guó)交通部對(duì)國(guó)內(nèi)混凝土港口進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)80%以上的港口出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕破壞。

20世紀(jì)70年代，部分西方國(guó)家對(duì)腐蝕情況進(jìn)行系統(tǒng)性調(diào)查法，發(fā)現(xiàn)由腐蝕產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失占GNP的5%，新建結(jié)構(gòu)鋼筋防護(hù)節(jié)約1美元成本，嚴(yán)重破壞后的維修費(fèi)達(dá)到125美元。我國(guó)20世紀(jì)50年代建設(shè)的海灣橋梁工程使用多年，隨著海洋十三五規(guī)劃啟動(dòng)，港口成為海上絲綢之路重要通道，不斷更新防護(hù)是海港發(fā)展的必然要求。

混凝土孔隙溶液是高堿性環(huán)境，（OH）失去電子，生成活性氧原子，吸附于鋼筋表面，奪取電子形成O2，反應(yīng)生成致密氧化膜覆蓋于鋼筋表明，對(duì)鋼筋起保護(hù)作用，外界環(huán)境滲透的腐蝕顆粒與鋼筋直接接觸，鈍化膜破壞主要原因是混凝土碳化，氯離子侵蝕。鈍化膜破壞后鋼筋與水接觸，轉(zhuǎn)化為活化狀態(tài)，有鈍化膜覆蓋的部位為陽(yáng)極區(qū)，電子由陽(yáng)極區(qū)流向陰極區(qū)?；炷两Y(jié)構(gòu)的常用防銹蝕措施主要包括增加混凝土保護(hù)層厚度，加入緩蝕劑，電化學(xué)保護(hù)法。

我國(guó)對(duì)混凝土耐久性的研究最早始于20世紀(jì)60年代，多為碳化方面的研究。21世紀(jì)后，海洋學(xué)者對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散理論發(fā)展進(jìn)行了深入研究?；炷林新入x子擴(kuò)散理論發(fā)展迅速，計(jì)算模型需要根據(jù)構(gòu)件功能不同做出改動(dòng)，理論應(yīng)用到實(shí)際工程的例子較少。

2? 北部灣港混凝土碼頭耐久性檢測(cè)

北部經(jīng)濟(jì)灣區(qū)是我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)，是北部灣區(qū)經(jīng)濟(jì)區(qū)開(kāi)發(fā)的龍頭，初步建成面向東盟的億噸現(xiàn)代化樞紐港。2012年上海交大與中交四航局聯(lián)合對(duì)混凝土碼頭進(jìn)行耐久性調(diào)查，分析混凝土碼頭的破損類(lèi)型原因，發(fā)現(xiàn)北部灣港混凝土碼頭主要存在混凝土腐蝕，鋼筋銹蝕，結(jié)構(gòu)不均勻沉降等問(wèn)題。混凝土腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重。

氯鹽腐蝕環(huán)境下混凝土碼頭，碼頭力學(xué)性能產(chǎn)生退化，通過(guò)準(zhǔn)確可靠的方法為碼頭耐久性研究提供技術(shù)資料。采用回彈法檢測(cè)混凝土碼頭強(qiáng)度，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，混凝土碼頭大氣區(qū)與水位變動(dòng)區(qū)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果服從正態(tài)分布，混凝土強(qiáng)度符合《混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》要求。

混凝土碼頭裂縫采用裂縫綜合測(cè)試儀檢測(cè)，根據(jù)裂縫分布情況，間距，裂縫產(chǎn)生原因主要是溫度變化導(dǎo)致混凝土收縮，混凝土應(yīng)力集中。氯鹽腐蝕環(huán)境下混凝土保護(hù)層需要良好的密實(shí)性，采用鋼筋保護(hù)層測(cè)試儀檢測(cè)混凝土保護(hù)層厚度，混凝土碼頭保護(hù)厚度達(dá)到《混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)和規(guī)范》的要求。通過(guò)混凝土保護(hù)層保護(hù)厚度的檢測(cè)為鉆孔取樣試驗(yàn)及鋼筋腐蝕行為研究提供依據(jù)。

采用鉆孔取樣法研究混凝土碼頭的碳化程度，采用沖擊鉆在大氣區(qū)，水位變動(dòng)區(qū)沿混凝土深度方向鉆孔取樣，先測(cè)試混凝土的碳化程度，用酚酞試劑噴灑在洞口，洞口四周指示劑未變色，說(shuō)明混凝土碼頭未碳化。驗(yàn)證了研究海洋環(huán)境下，混凝土碳化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響小，可不考慮碳化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響。結(jié)合鋼筋保護(hù)層試劑的檢測(cè)結(jié)果，確定氯離子侵蝕深度在80mm內(nèi)，分層鉆孔取樣取10個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段粉樣中游離氯離子濃度用RCT測(cè)試儀測(cè)出，氯離子含量隨混凝土表面深度增加減小，不同分區(qū)在同一 深度的氯離子含量水位變動(dòng)區(qū)最大，由于各分區(qū)氯離子來(lái)源特點(diǎn)決定，鋼筋處氯離子濃度小于《港口水工建筑物檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》中腐蝕臨界氯離子濃度。

基于Fick第二擴(kuò)散定律，建立考慮溫度對(duì)氯離子結(jié)合作用，混凝土應(yīng)力狀態(tài)的氯離子擴(kuò)散方程。在已知結(jié)構(gòu)服役時(shí)間等條件下，可計(jì)算出不同深度氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)，有效氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨深度增大，相對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨深度增大趨于減緩。在氯鹽腐蝕環(huán)境下，混凝土內(nèi)鋼筋表面氯離子濃度達(dá)到鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度，鋼筋鈍化膜破壞?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性失效，根據(jù)《港口水工建筑物檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，可以求得碼頭使用壽命。

3? 結(jié)語(yǔ)

對(duì)北部灣混凝土碼頭進(jìn)行調(diào)查研究，對(duì)混凝土碼頭進(jìn)行耐久性檢測(cè)，研究氯離子有效對(duì)擴(kuò)散深度變化規(guī)律，提出結(jié)構(gòu)使用壽命預(yù)測(cè)模型，為維修加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)。下一步研究工作是建立銹蝕鋼筋保護(hù)層膨脹開(kāi)裂時(shí)間預(yù)測(cè)模型。

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