滨海相盐渍土中混凝土结构物防腐分析

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发布时间：2021-09-06

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滨海相盐渍土中混凝土结构物防腐分析
赵文晋，赵阳，乔螟
(1．上海交通大学土木工程系。上海200240； 2．江苏省交通工程建设处。南京210098)
【摘要】在分析连云港盐渍土工程特性的基础上，根据氯离子扩散规律，研究了盐渍土中混凝土结构物的
腐蚀特性，分析了增加保护层厚度的防腐效果。
【关键词】滨海相；盐渍土；混凝土；腐蚀
【中图分类号】TU528．33 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2013)01—0008—03
连云港频临东海，是江苏省境内的典型滨海相盐渍土
分布区域。滨海相盐渍土以氯盐盐渍土为主，氯盐严重威
胁钢筋混凝土结构物的安全性⋯ 。在沿海地区由于氯盐的
腐蚀，致使钢筋混凝土结构发生早期腐蚀破坏，已成为随处
可见的现象L2 J。交通部四航局科研所对华东地区18座混
凝土码头腐蚀性的调查结果表明，80％以上的混凝土码头
在使用后5～10年，就出现严重腐蚀性破坏现象。以连云港
地区为例，1976年建成码头，1980年就发现因氯盐腐蚀产生
的裂缝，到1985年上部结构普遍出现顺筋裂缝。滨海盐渍
土环境引起混凝土的腐蚀作用，已成为威胁滨海环境混凝
土结构安全性的最主要因素。盐渍土环境中钢筋混凝
土结构物的耐久性问题是迫切需要解决的问题，盐渍土环
境中结构物耐久性设计已成为结构工程学科研究的前沿课
题。文中在建立盐渍土环境中氯离子扩散侵入模型的基础
上，确定混凝土内氯离子达到腐蚀临界浓度的时间，评价混
凝土的耐久性，文中还分析了增加保护层厚度的防腐蚀
效果。
1 氯离子扩散规律
吕
氯离子浓度／g·cm。
图1 连云港地区盐渍土氯离子含量垂直分布
连云港地区盐渍土随深度分布如图1所示。盐渍土氯
离子含量在地表向下2m范围内数值比较大。氯离子含量
沿深度分布曲线可用抛物线表示：
c—o．2一√ + (1)
式中，C为氯离子浓度；z为深度。
盐渍土环境中，氯离子迁移主要是散作用。混凝土
固相对氯离子有吸附作用，形成结合氯离子，减小孔隙溶液
中的自由氯离子浓度。Tang和Nilsson-6 认为新鲜的混凝土
内部氯离子含量小于1．773kg／m ，结合氯离子和自由氯离
子的关系可以采用Langmuir等温线表示。多重离子的扩散
过程在孔隙溶液中会产生耦合扩散电场，氯离子扩散过程
的迁移速度与电场的强度、离子电荷数目和直径大小呈比
例。在混凝土饱和的孔隙溶液中，氯离子的迁移速度比本
体溶液低2—3个数量级。新鲜混凝土的孔隙处于非饱和状
态，水分在毛细作用下侵入混凝土孔隙中，需要长时间达到
混凝土内外的水分平衡。Samson等(2007) 指出，混凝土
孔隙结构处于非饱和状态，需要考虑非饱和毛细作用对混
凝土内水分迁移的影响。
在结合作用、电场作用和非饱和毛细作用的耦合作用
下，混凝土孔隙内氯离子迁移方程表示为：
警= ·[sD V( )+争 f 叩0](2)
c【_ct+s0C (3)
z + 生：0 (4)
占
式中，s为混凝土的孔隙率；C：为总氯离子浓度，C 为
结合氯离子浓度，C：为自由氯离子浓度。一般情况下，C：
= s 。
扩散方程的初始条件为：
C =c ，t=0， >0，V=0，t：0， >0，0=0i 。，t=0， >0。
扩散方程的边界条件为：
= 0：C=Co，t>0； =￡：aC／Ox=0，t>0；
= 0：V=0，t>0； =L：aV／Ox=0，t>0；
=0：0=1，t>0； =L：ao／ax：o，t>o。
将 ·C，作为一个整体，对式(2)采用隐式差分格式
求解。主要计算参数为：保护层厚度L=75mm，扩散系数
DId=5．35 X 10 in ／s，t f=28d。氯离子浓度随身不变化
规律采用式(1)表示。
非饱和渗流和饱和渗流作用下氯离子迁移深度的计算
结果如图2所示。饱和渗流作用下，氯离子主要在浓度梯度
和扩散电场作用下进行扩散迁移。新鲜混凝土在毛细作用
下，富集在混凝土表面，氯离子富集层的厚度大约为2ram，