海洋混凝土耐久性的影響因素及保護(hù)措施

1、北方海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素及保護(hù)措施姓名：吳楷學(xué)號(hào)：14231152班級(jí)：土木1405班學(xué)校：北京交通大學(xué)指導(dǎo)教師：安明哲摘要：海洋環(huán)境的復(fù)雜性產(chǎn)生了多種影響海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素。要想維護(hù)并提高海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，需要從分析各種因素的作用過(guò)程和機(jī)理出發(fā)，分別從改變混凝土表面材料、到內(nèi)部材料成分來(lái)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。在此基礎(chǔ)上，本文總結(jié)了海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素及保護(hù)措施。關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境，混凝土，耐久性，影響因素，保護(hù)措施0.前言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，越來(lái)越多的海洋工程施工建造起來(lái)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選型式，也被廣泛應(yīng)用于海洋工程中。隨

2、之，被人們普遍認(rèn)為具有良好耐久性的混凝土結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境下出現(xiàn)了各種各樣的破壞問(wèn)題，其使用壽命也減短了許多。對(duì)海洋混凝土建筑物使用壽命的調(diào)查顯示，多數(shù)使用期為3040年，最短的甚至不到10年，這與陸地建筑物相差巨大，也離跨海通道100年的設(shè)計(jì)使用壽命十分遙遠(yuǎn)。如何保證并提高海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，成為當(dāng)前急需研究的工程問(wèn)題。1.海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素及作用機(jī)理（1）物理因素干濕交替作用：處于因海水漲潮、落潮而引起水位周期性變動(dòng)區(qū)域的混凝土容易出現(xiàn)周期性的濕差變化，導(dǎo)致海水中的鹽類在混凝土內(nèi)析晶，產(chǎn)生的晶體顆粒會(huì)引起混凝土內(nèi)部的張應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生新的裂紋或使原有裂紋擴(kuò)大，降低了混凝土的抗?jié)B

3、性及抗腐蝕能力，同時(shí)也破壞了混凝土本身結(jié)構(gòu)，降低了它的抗壓強(qiáng)度。此外，周期性的濕差問(wèn)題還會(huì)加重混凝土內(nèi)虹吸、毛細(xì)現(xiàn)象。凍融循環(huán)作用：海水的比熱容較大，所以海水的溫度比較穩(wěn)定，而大氣的晝夜溫度變化較大。這樣在漲潮時(shí)，混凝土處于海水中，水以液體的形式沿著混凝土表面的孔隙或毛細(xì)孔通路向結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲透；在落潮時(shí)混凝土暴露在大氣中，若此時(shí)大氣溫度處于0°以下，位于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水滴結(jié)成冰晶，產(chǎn)生膨脹，若膨脹應(yīng)力較大，則結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂縫或?qū)⒃辛芽p擴(kuò)大。沖刷作用：當(dāng)建筑物處于浪潮較大的海水區(qū)時(shí)，容易遭受海水的沖刷作用。這種沖刷作用主要體現(xiàn)在海浪的撞擊。海浪撲打在混凝土表面時(shí)，不僅容易將海水沖擊到混

4、凝土內(nèi)部，長(zhǎng)時(shí)間的撞擊還會(huì)對(duì)鋼筋混凝土表面保護(hù)層的破壞，加快了海水對(duì)混凝土的侵蝕。（2）化學(xué)因素氯離子對(duì)混凝土內(nèi)部鋼筋的侵蝕：1>.表面鈍化膜的破壞?；炷量紫兜目兹芤和ǔ：休^大量的OH_，即Ph值較大。在這樣的堿性環(huán)境下，鋼筋表面產(chǎn)生一種致密的氧化膜薄膜。這種薄膜主要由鐵的氧化物構(gòu)成，可以阻礙外部氧氣等分子與鐵單質(zhì)的反應(yīng)，從而對(duì)鋼筋起到一種保護(hù)作用。氯離子的侵入，會(huì)造成堿性的減弱，導(dǎo)致鈍化膜的分解。資料顯示，當(dāng)氯離子濃度在0.30.6kg/m3范圍內(nèi)，即會(huì)引起鈍化膜的破壞。2>.形成腐蝕性原電池。在鈍化膜的破壞之后，露出的鐵基體與尚未被破壞的鈍化膜區(qū)域構(gòu)成電位差。在氧、水分存在

5、的條件下，鋼筋表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕，鐵單質(zhì)作為陽(yáng)極不斷被反應(yīng)掉，鈍化膜區(qū)域成為原電池的陰極。在反應(yīng)過(guò)程中，Cl與陽(yáng)極產(chǎn)物Fe2+結(jié)合形成FeCl，將其及時(shí)搬運(yùn)到陰極，使得電化學(xué)反應(yīng)順利地進(jìn)行下去。且氯離子的不斷侵入，強(qiáng)化了原電池的離子通道，提高了反應(yīng)的效率，加速了電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。這種原電池反應(yīng)造成了混凝土表面蝕坑的快速發(fā)展。堿-骨料反應(yīng):水泥石中的堿和集料中的活性氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在骨料與水泥膠體的界面上生成復(fù)雜的堿-硅酸凝膠。由于這種凝膠是無(wú)限膨脹的，遇水時(shí)體積可以不斷膨脹，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生膨脹開(kāi)裂。在海水的潮濕環(huán)境下很容易引起并加速堿骨料反應(yīng)的發(fā)生，且這種反應(yīng)速度很慢，需要幾年甚至幾十

6、年，對(duì)混凝土的耐久性十分不利。海水中的硫酸鹽侵蝕：6CaO+Al2O3+3SO3+32H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O硫酸鹽溶液和水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成石膏和硫鋁酸鈣，產(chǎn)生體積膨脹。當(dāng)硫酸鹽濃度較高時(shí)，該反應(yīng)不就會(huì)有鈣礬石的生成，還會(huì)析出石膏結(jié)晶。石膏結(jié)晶的析出不僅會(huì)進(jìn)一步引起混凝土膨脹性破裂，還會(huì)導(dǎo)致CH的減少，降低了混凝土強(qiáng)度。在低溫海水的環(huán)境下，硫酸鹽侵蝕反應(yīng)生成碳硫硅鈣石，使水泥混凝土漿體變成糊狀、無(wú)粘結(jié)力的物體，降低了混凝土強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土表面剝離。碳化反應(yīng)：在海洋潮濕環(huán)境下，極易發(fā)生混凝土碳化反應(yīng)，即CO2與

7、水泥石中的水化產(chǎn)物在有水的條件下生成CaCO3和H2O的反應(yīng)?；炷恋奶蓟瘯?huì)使混凝土的堿度降低，引起混凝土表面微細(xì)裂紋的產(chǎn)生，破壞了混凝土的抗拉與抗折能力。（3）生物因素海洋微生物作用：某些微生物菌(如硫酸鹽還原菌 、硫桿菌)通過(guò)生物化學(xué)反應(yīng)造成對(duì)混凝土的腐蝕。2.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的保護(hù)措施（1）提高鋼筋混凝土表面保護(hù)層的厚度。這是提高混凝土耐久性最為直接、簡(jiǎn)單且有效的方法。保護(hù)層越厚，氯離子擴(kuò)散到鋼筋表面的路徑就越長(zhǎng)，鋼筋表面氯離子達(dá)到破鈍臨界范圍濃度所消耗的時(shí)間也越久。但是保護(hù)層過(guò)厚，容易引起混凝土裂縫的產(chǎn)生。所以根據(jù)力學(xué)性能的分析，需在混凝土不同部位布置合適的保護(hù)層厚度。（2）混凝土結(jié)構(gòu)

8、表面涂層利用成膜涂料在混凝土表面涂層，可以有效地阻礙海水中各種腐蝕物質(zhì)的侵入。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這種技術(shù)措施十分適用于水位變動(dòng)區(qū)和浪濺區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的表面防腐。同時(shí)表面涂層還能有效延遲混凝土接觸海水時(shí)間，確保了混凝土致密性和高抗海水氯離子侵蝕性能的形成，為海上現(xiàn)澆混凝土提供了技術(shù)支持。（3）添加鋼筋阻銹劑鋼筋阻銹劑是一種高效鋼筋阻銹劑，摻入混凝土中可以阻止或延緩鋼筋銹蝕。它適用于普硅和礦渣水泥配制的混凝土，對(duì)粉煤灰、礦渣粉、硅灰和常用的減水劑有較好的相容性。它在鋼筋表面形成致密的保護(hù)層，當(dāng)有害離子（如cl-）侵入混凝土結(jié)構(gòu)中，它能有效地抑制、阻止和延緩鋼筋銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，從而延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

9、的使用壽命。（4）陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法可為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法。通常采用外加電流的陰極保護(hù)法來(lái)保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。這種方法通過(guò)將鋼筋與電源負(fù)極相連，吸引陽(yáng)離子不斷覆蓋在鋼筋表面，而陰離子覆蓋在鈍化膜附近，使得陽(yáng)極極化到穩(wěn)定的鈍化區(qū)，阻止電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，達(dá)到保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的目的。（5）優(yōu)化混凝土本身材料組成：選用良好級(jí)配和粒形的粗骨料。添加優(yōu)質(zhì)的礦物摻和料。如礦粉取代水泥能夠很好改善混凝土抗氯離子滲透能力，我們就可以在混凝土摻加礦粉。但是過(guò)量摻加礦粉會(huì)引起混凝土強(qiáng)度的急劇下降。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，礦粉當(dāng)摻量達(dá)到60%左右時(shí)，混凝土就能達(dá)到最佳綜合性能。合理選擇水泥品種。選用低

10、水化熱和含堿量偏低的水泥，避免使用早強(qiáng)水泥和高C3A含量的水泥。一般水泥應(yīng)注意C3A含量要小于5%，C3S含量小于50%，并限制C3A和C4AF總量要小于22%。為了滿足北方海洋環(huán)境下混凝土的抗凍性要求，應(yīng)該采用強(qiáng)度不低于42.5級(jí)的水泥。摻用引氣劑，使混凝土拌合物在拌和過(guò)程中引入空氣而形成大量微小、封閉而穩(wěn)定的微小氣泡。這些微小氣泡降低毛細(xì)間隙中水膨脹時(shí)的壓力，緩解部分內(nèi)部應(yīng)力，抑制裂紋生成和擴(kuò)展，從而有效提高混凝土的抗?jié)B性、抗透性以及抗化學(xué)侵蝕能力。3.結(jié)語(yǔ)北方海洋環(huán)境是十分復(fù)雜而又惡劣的。它對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素有物理方面、化學(xué)方面和生物方面。隨著沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、沿海及海洋建筑物數(shù)

11、量的增多，在海洋環(huán)境下混凝土耐久性問(wèn)題成為人們急需解決的問(wèn)題。本文通過(guò)分析研究海洋環(huán)境下對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素及其作用機(jī)理，歸納總結(jié)了提高鋼筋混凝土表面保護(hù)層的厚度、添加鋼筋阻銹劑、陰極保護(hù)法、優(yōu)化混凝土本身材料組成等保護(hù)海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的方法。隨著社會(huì)科技的發(fā)展和新型材料技術(shù)的誕生，這些理論必將成為現(xiàn)實(shí)，并且得到進(jìn)一步優(yōu)化，北方海洋環(huán)境下混凝土的耐久性問(wèn)題必將得到解決。4.參考文獻(xiàn)【1】霍洪媛, 陳愛(ài)玖, 姚武,等. 海洋工程混凝土耐久性研究J. 混凝土, 2008(1):7-10.【2】洪偉鮮, 周霄明. 海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性J. 科技與企業(yè), 2013(23):246-246.【3】張勇, 張虎. 海洋混凝土結(jié)構(gòu)的劣化防止措施及混凝土的高性能化C/ 沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及其設(shè)計(jì)方法科技論壇暨全國(guó)混凝土耐久性學(xué)術(shù)交流會(huì). 2004.【4】吳瑾, 程吉昕. 海洋環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估J. 水力發(fā)電學(xué)報(bào), 2005, 24(1):69-73.【5】周禮, 吳楠, 蔣蕾. 海洋環(huán)境下橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的防腐措施J.