杂散电流对地下结构混凝土中氯离子传输过程的影响

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发布时间：2021-09-05

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杂散电流对地下结构混凝土中氯离子传输过程的影响
张雪勤，徐锋，王曙光，刘伟庆，管志超
(南京工业大学土木工程学院，江苏南京211816)
摘要：为了研究杂散电流对地下结构混凝土中氯离子传输性能的影响，进行了四种不同杂散电流强度下C55双掺(粉煤灰和
矿渣)混凝土试件在氯盐溶液中的腐蚀试验。结果表明：存在杂散电流情况下，混凝土内氯离子传输以电迁移为主，且不均匀电
场中侵入氯离子浓度分布与电场强度分布相关；杂散电流强度越大，侵人混凝土中的氯离子含量越多，氯离子含量越高，反应生
成了更多的Friedel盐；杂散电流能够显著降低水泥材料对氯离子的结合能力，其作用在于削弱了混凝土对氯离子的物理吸附作
用，使得部分结合状态的氯离子转变为自由氯离子。
关键词：杂散电流；氯离子；混凝土；固化率；氯离子含量
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A 文章编号：lO02—3550(2016)01—0075—04
Influence of stray current on chloride lon transport mechanism in underground structure concrete
ZHANG Xueqin，XU Feng，WANG Shuguang，LIU Weiqing，GUAN Zhichao
(College of Civil Engineering，Nanjing Technology University，Nanjing 211816，China)
Abstract：To investigate the impact of stray current on the transport mechanism of chloride ion in underground structure concrete，four
levels of stray current was applied to the corrosion tests of C55 double—mixture concrete(fly ash and slag)in chloride solution．The
tests results show that，with the existence of stray current，the tran sport of chloride ion is charged by the electromigration an d the concen—
tration of chloride ion is afected by the intensity of the electric field under a nonuniform electric field．W ith the increase in stray current
sgength，more chloride ions immigrate into concrete that results in a high concentration of chloride and more production of Friedel~salt．
The stray current can remarkably bring down the binding capacity of cementitious materials to the chloride ions．Th is is due to the physi—
cal adsorption of concrete to chloride is weakened an d part of bounded chloride ions turn into free chlorine ions．
Key words：stray current；chloride；concrete；curing rate；chloride ion content
0 引言
随着我国城市化的不断推进，大量地下结构工程建成
并投入使用。由于这些工程处于地下复杂侵蚀性环境中，
其安全性和耐久性受到广泛的关注。在一般侵蚀环境条件
下，结构主要与空气介质接触，环境中的侵蚀性介质(如二
氧化碳、氯离子等)可以通过混凝土的表面孔隙、微裂纹以
及水泥石一骨料界面过渡区向混凝土内部侵蚀，该过程进
展缓慢且机理复杂。但地下复杂侵蚀环境含水丰富，不可
避免地存在地下水压力及渗透问题，将使侵蚀性介质发生
运移，在混凝土表面产生吸附、沉积作用并向混凝土基体
内部扩散，这将使地下工程混凝土受到严重侵蚀，并可能
导致其材料和结构性能的严重退化。
地下轨道交通结构中，地铁常采用直流电牵引机车，
由于钢轨和大地之间难以实现完全绝缘，导致杂散电流泄
露到隧道主体混凝土结构的钢筋中以及地下埋设的金属
构件上。当混凝土中有电流通过时，氯离子侵入混凝土中
的方式有别于一般侵蚀环境下的扩散方式，由于氯离子在
孔隙液中参与离子导电过程，因而不仅存在因浓度梯度产
生的扩散运动，而且存在因电场力所致的强迫扩散运
动，从而加速了氯离子向混凝土内部的侵蚀过程，对混
凝土耐久性能造成严重的威胁。近年来，国内外学者开
展了杂散电流与氯离子共存情况下的腐蚀试验，朱瑶宏
等研究表明，杂散电流的存在，会加速氯离子向混凝土内
部侵蚀，其扩散深度平均值为一般扩散条件下的7～8倍。
耿建采用加载直流电的方法研究表明，随着杂散电流强
度的增大与作用时间的增长，杂散电流对氯离子的传输加
速效果越明显。但总体而言，已有的研究结果只局限于氯
离子扩散深度的测定，并没有系统的定量分析杂散电流与
氯离子共存情况下，混凝土不同深度和宽度方向的总氯离
子含量和自由氯离子含量。
鉴于此，本试验针对地下结构混凝土材料的服役环境
特点，考虑了杂散电流对氯离子传输性的影响，设计了对比
腐蚀试验，探究了杂散电流作用下氯离子在混凝土中传输过
程与无杂散电流条件下的差异，探索电场存在对氯离子在混
凝土中传输速率及固化氯离子稳定性的影响规律，通过微观