海工混凝土受硫酸盐影响的氯离子扩散规律研究

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发布时间：2021-09-16

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海工混凝土受硫酸盐影响的氯离子扩散规律研究
刘荣桂，李欢，陈好，李静，崔钊玮
(江苏大学土木工程与力学学院，江苏镇江212013)
摘要：不考虑阳离子的影响，分析了混凝土中氯离子、硫酸根离子耦合扩散机理。针对海洋环境下混凝土劣化过程以钢筋锈蚀为主的
情况，提出与氯离子结合能力和硫酸盐抗压抗蚀系数相关的氯离子扩散模型，并确定了参数的取值范围。通过试验验证，模型计算结果与
试验实测结果吻合较好。数据分析结果表明：受硫酸盐影响的混凝土氯离子扩散系数，随时间的延长先减小后增大，随深度的增加而增
大；当侵蚀时间足够长时，氯离子扩散系数随深度增加先增大，后减小。
关键词：海工混凝土；氯离子扩散系数；结合能力；硫酸盐；抗蚀系数
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)02—0018-03
Research to the chloride difusion impact of sulfate of madne concrete
LIURong-gui，LIHuan，CHEN Yu，LIJing，CUIZhao—wei
(CivilEngineering andMechanical，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)
Abstract： The coupling diffusion mechanism of chloride and sulfate is analyzed withom considering the efects of cations．Rein~ ement
corrosion is the mai~y deterioration process of marine concrete．The chloride diffusion mode1 about chloride binding capacity and sulfate
resistan ce coeficient is established．Th e range ofmodel parameters is determined by summing up the results ofexisting experiments．The model is
verified by experiments．The results show that the chloride diffusion coeficient impacted by sulfate decreases at first an d then increases with the
time and increases with the depth．If the eroded time enough long．the chloride diffusion coeficient would increased at first an d then decreased
with the depth．
Key words： marine concrete；chloride diffusion coeficient；binding capacity；sulfate；sulfate resistance coeficient
0 引言
氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是海工混凝土结构最常见的
耐久性问题之一。国内外专家学者通过不同的试验条件来模拟
浪溅、盐雾、潮汐和水下等侵蚀环境，对氯离子的侵蚀扩散问题
进行了大量研究。但在海洋环境下，海水中不仅含有大量氯盐，
还含有丰富的钠、钾、铵等硫酸盐【1]，硫酸盐的侵蚀主要是与混
凝土材料发生物理结晶和化学结晶反应，产生内应力使保护层
剥落，加速钢筋锈蚀。有学者对已有的港口结构调查发现，大
多数桥面梁的保护层都有不同程度的剥落，这将严重影响结构
的耐久性。
当氯离子和硫酸根离子共存时，氯离子的渗透速度大于硫酸
根离子，部分先行渗入与钙离子结合嘲；由于水泥石中的水化铝
酸钙易于与硫酸盐反应，因此硫酸根离子渗入后，立即与剩下的
钙离子作用生成二水石膏，二水石膏继续反应生成钙矾石，钙矾
石在化学结构上结合了大量的结晶水，其体积约为原水化铝酸
钙的2．5倍。当氯离子浓度相当高时，还可与水化铝酸钙反应生
成三氯铝酸钙，三氯铝酸钙也是膨胀物，但其体积增量小于钙矾
石。因此氯离子会减缓硫酸盐的侵蚀破坏速度和程度，硫酸根离
子也会降低氯离子的结合能力。由于腐蚀产物具有膨胀性，致使
混凝土内部孔隙率减小，进一步降低两种离子的扩散速度，同时
还将影响结构的承载力。金祖权等t4]已经通过试验证实，氯离子
结合能力随硫酸根离子浓度增大而减dx；Mmg-hua Zhang等 _日也
通过试验研究得到硫酸盐侵蚀初期，混凝土抗压强度增大的结论。
基于以上分析，本研究通过氯离子结合能力和抗压抗蚀系
数来描述耦合侵蚀作用，建立硫酸盐环境下氯离子扩散模型。
1 模型的建立
1．1 理论模型
提出限定条件如下：①物体均匀，各向同性；②结构未开裂。
以Fick第二定律为基础，结合Mohammedr~提出的与氯离子结
合能力相关的氯离子扩散模型，建立理论模型如下：