海水淡化對鋼筋珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的影響

海水淡化對鋼筋珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的影響

1海水淡化方法中國由于缺乏土地自然資源，海洋資源的開發(fā)往往是一個重要的戰(zhàn)略問題。自黨的“十八大”報告提出實施“海洋強國”戰(zhàn)略，我國對南沙、西沙諸島進行了大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)，對島礁工程建設(shè)提出了更高的要求。南海島礁遠離大陸，因島上砂石及淡水資源匱乏，一種采用破碎珊瑚和珊瑚砂作為粗、細骨料的新型輕骨料混凝土-珊瑚混凝土（coralaggregateconcrete,CAC）自上世紀80年代開始被逐步應(yīng)用于南海島礁工程建設(shè)中從余紅發(fā)等當今全球淡水資源短缺，海水淡化已被世界各國公認為最經(jīng)濟可行的淡水取用方式。根據(jù)淡化過程中物質(zhì)種類變化，海水淡化方法可分為物理和化學兩種方法。其中，常見的物理方法主要包括多效蒸餾法（MED）、反滲透法（RO）、電滲析法（ED）和冷凍法等，常見的化學方法主要有水合物法和離子交換法兩種針對島礁CAC結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕概率高、耐久性差的問題，研究海水淡化對鋼筋CAC結(jié)構(gòu)服役壽命的影響規(guī)律具有重要的工程實用價值。因此，本研究基于文獻2混凝土擴散系數(shù)海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計及壽命分析的理論基礎(chǔ)是在Fick第二定律的混凝土氯離子擴散理論的基礎(chǔ)上，并在不同的邊界條件下，考慮溫度、時間、水灰比、暴露環(huán)境等不同因素的影響，從而建立起適合于某些特定地區(qū)的擴散模型?；贔ick第二擴散定律的擴散方程式中，t是擴散時間；x是混凝土的擴散深度；D是氯離子擴散系數(shù)；C是混凝土中氯離子濃度。由此可以得到混凝土的簡單氯離子擴散理論模型式中，C當今國內(nèi)外工程結(jié)構(gòu)的壽命設(shè)計模型均是以Fick第二擴散定律模型為基準的相關(guān)改進模型，較為知名的就是DuraCrete模型式中：k為表面自由氯離子含量C式中，t為擴散時間；x為混凝土的擴散深度；C圖1是混凝土表面自由氯離子含量C(1）當t<t初始條件t=0,x>0:邊界條件x=0,0<t<t(2）當t初始條件t=t邊界條件x=0,t(3）當t≥t初始條件t=t邊界條件x=0,t≥t式中：C具體的分段式氯離子擴散理論修正模型公式詳見“ChaDuraLifeV1.0壽命分析軟件”3基于模型的參數(shù)計算3.1經(jīng)過處理后的海水成分反滲透（RO）海水淡化技術(shù)是在外加壓力作用下利用反滲透膜對物質(zhì)選擇性投過的特性，對海水中的溶解物質(zhì)進行分離，以達到獲取淡水的目的3.2基本組成：響尾蛇混凝土3.2.1聯(lián)合比和基本強度選取文獻3.2.2聯(lián)邦石胺的耐久性參數(shù)參照JTJ270—1998《水運工程混凝土試驗規(guī)程》測得CAC試件的耐久性計算參數(shù)如表3所示4海水的滲透對珊瑚巖結(jié)構(gòu)的服務(wù)壽命效應(yīng)規(guī)律4.1結(jié)構(gòu)伺服壽命通過對不同保護層厚度的普通鋼筋CAC結(jié)構(gòu)壽命進行試算可知，當保護層厚度小于9cm時，強度等級為C50的普通鋼筋CAC結(jié)構(gòu)服役壽命趨于0從圖2可見，隨著結(jié)構(gòu)服役時間的增長，鋼筋銹蝕概率呈增大趨勢，可靠度指標呈下降趨勢。且對于分別采用淡化海水和模擬海水拌合、養(yǎng)護的CAC結(jié)構(gòu)服役壽命，相同服役時間的情況下前者的鋼筋銹蝕概率較后者下降，前者的可靠度指標較后者上升。當C同時結(jié)合表4可知，當C4.23奧氏不銹鋼筋混凝土cac結(jié)構(gòu)由表4可知，若在CAC中采用普通鋼筋，10%銹蝕概率下保護層厚度為10cm的CAFC(DRO）結(jié)構(gòu)服役壽命也只有46a，即無論是否采用淡化海水來拌合、養(yǎng)護混凝土，同等條件下的CAC結(jié)構(gòu)不能滿足結(jié)構(gòu)50a的壽命要求。因此需要計算在CAC中采用不銹鋼筋替代普通鋼筋時，CAC結(jié)構(gòu)服役壽命能否達到50a。圖3為保護層厚度為10cm的304奧氏不銹鋼筋CAC結(jié)構(gòu)（C從圖3可見，隨著服役時間的增長，保護層厚度為10cm的304奧氏不銹鋼筋CAC結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕概率呈增大趨勢，可靠度指標呈減小趨勢。同時由表5可知，當使用304奧氏不銹鋼時，強度等級為C50、保護層厚度為10cm的CAFC(DRO）和CAFC(ORO）結(jié)構(gòu)服役壽命為54～60a，較同等條件下的CASC延長了3.5%～5.2%。說明當選用304奧氏不銹鋼時，保護層厚度為10cm、混凝土強度等級為C50的CASC和CAFC(R）結(jié)構(gòu)均可以滿足50a服役壽命要求，且CAFC(DRO）和CAFC(ORO）結(jié)構(gòu)服役壽命較CASC結(jié)構(gòu)略有延長，但效果并不顯著。4.3鋼筋pay的壽命分析根據(jù)表4和表5繪制保護層厚度為10cm、C運用ChaDuraLifeV1.0壽命分析軟件，計算5%鋼筋銹蝕概率下，不同C從圖5可知：當D綜上所述，由于CAC中D5海水淡化對材料應(yīng)用性能的影響1．海水淡化對選用普通易銹蝕鋼筋的CAC結(jié)構(gòu)壽命有顯著的影響。其中，保護層厚度為10cm、強度等級為C50、選用普通易銹蝕鋼筋的CAC結(jié)構(gòu)（拌和用水為SWORD技術(shù)淡化后的海水）服役壽命可以達到25a。2．海水淡化對于選用