多因素耦合作用下混凝土中氯离子传输的研究进展

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发布时间：2021-09-11

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多因素耦合作用下混凝土中氯离子
传输的研究进展
孙继成，姚燕，王玲，吴浩
(中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室。北京100024)
【摘要】实际工程中，氯离子引起的钢筋锈蚀是多种破坏因素共同作用的结果，其它因素为氯离子的传输
和侵蚀创造了有利条件，从而加速钢筋混凝土结构的劣化和失效。本文概述了应力、冻融循环、干湿循环及碳化
等多因素耦合作用下氯离子在混凝土中传输行为的研究进展，并对进一步的研究进行了展望。
【关键词】多因素耦合；氯离子；传输机制；混凝土
【中图分类号】TU528 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)04—0005—03
钢筋混凝土中的钢筋锈蚀问题已在高速铁路、跨江海
大型桥梁、隧道以及海港码头等基础设施建设中逐渐引起
钢筋混凝土工程界专家和政府部门的高度重视⋯ 。氯离子
侵蚀是引起钢筋锈蚀的主要原因之一，氯离子在混凝土中
传输行为成为国内外学者关注的热点。然而，混凝土的破
坏常常是各种物理、化学和力学因素综合作用的结果，各种
因素促进和加速混凝土的劣化和失效过程。海洋浪溅区和
除冰盐使用地区的混凝土除承受氯盐侵蚀外，还可能受到
荷载作用、干湿循环及冻融循环等多因素的破坏作用，使混
凝土构件的安全性和耐久性下降。本文主要分析评价了应
力、干湿循环、冻融循环及碳化等多因素耦合作用下氯离子
在混凝土中传输的研究现状。
1 双因素作用下氯离子传输的研究进展
1．1 应力对氯离子传输的影响
随着人们对混凝土服役条件的认识加深，应力、氯离子
侵蚀作用下混凝土耐久性研究已引起人们的重视，国内外
学者就不同应力、应力水平作用下的氯离子传输机制做了
大量研究工作。
Saito等研究发现轴向压力导致的微裂纹对混凝土氯
离子的渗透影响很小，受90％抗压强度应力的混凝土氯离
子渗透性几乎和按90％加载后卸载的试件相同，但6o％抗
压强度的循坏荷载却使氯离子渗透量快速增长。Lim 等
研究了单轴压缩荷载与氯离子渗透性之间的关系，采用
ASTM C1202方法评价，结果表明，卸载后混凝土试件的电
通量受临界应力影响，当荷载超过临界应力时，电通量显著
增加，氯离子渗透性增大。Schneider_4 等通过对高性能混凝
土应力腐蚀的研究认为，即使是高性能混凝土，荷载同样会
[基金项目】国家重点基础研究发展计划资助项目(2009CB623106)
加速其化学腐蚀速度，荷载水平越高，加速作用越强。荷载
水平超30％(弯曲荷载)即有显著的加速作用，超过50％时
荷载引起的损伤超过化学介质的作用。
邢峰研究认为荷载引起的氯离子渗透深度增长幅度
与荷载水平之间的关系可以用三次多项式来模拟。混凝土
中氯离子侵蚀速度在外界环境条件下主要取决于氯离子有
效扩散系数。而事实上，施加应力对混凝土内部的微细裂
缝起到了抑制或扩展的作用。拉应力在混凝土中产生的微
裂缝使氯离子的扩散系数增大，从而加快了氯离子的腐蚀
过程，减小混凝土结构的使用寿命。相反，压应力的作用会
使混凝土更加密实，从而降低了氯离子的扩散速度。
陈好等针对不同应力水平及服役年限的混凝土构件
进行氯盐渗透试验，发现应力水平对混凝土中cl一扩散分布
的影响比较明显。在相同服役年限下，应力水平为0．5的混
凝土构件中其氯离子扩散速度要比应力水平为0．3的快得
多。图1为不同应力水平和服役年限的氯离子浓度分布。
0 0．02 0．04 0．06 0．08 0．10
渗透深度，m
⋯ 5 — 10 ⋯“15 — 20 —一25
图1不同应力水平和服役年限的氯离子浓度分布
袁承斌等试验研究表明，应力状态下的氯离子扩散