海港工程中高性能混凝土的耐久性评估

程震

摘 要：处于海洋环境中的工程受氯离子侵蚀等环境因素的影响较大。混凝土结构更容易受到严重破坏，而且后期加固和重建的费用惊人。因此对海港工程的钢筋混凝土结构的耐久性进行研究是国内工程建设领域密切关注的课题。

关键词：海港工程 高性能混凝土 耐久性评估

海洋环境下混凝土结构的严重腐蚀增强耐久性的加固工作相当复杂和艰巨。要考虑很多宏观和微观方面的问题，如混凝土内部结构、混凝土的抗氯离子性能、内部孔结构等等，还要考虑海洋大气、潮汐、水下等因素的腐蚀特点，因此对于混凝土进行氯离子含量测试实验、评估混凝土抗氯离子侵蚀性能，需要进行多项试验，才能增加评估结果的可靠性。

1、海洋混凝土的被腐蚀类型

（1）外部环境中的氯离子通过混凝土的宏观和微观缺陷进入混凝土中，引起钢筋锈蚀。主要分为三种类型的腐蚀。

1）溶解水泥石组分，形成水溶液。

2）腐蚀水泥石组分和溶液间发生化学置换的腐蚀。

3）混凝土孔隙内难溶的反应物发生凝结和结晶，聚合物体积增大造成混凝土孔隙中的固相体积膨胀导致腐蚀。

（2）混凝土本身是一种非均匀的颗粒型物质，内部组成部分包括水泥水化物、自由水、水泥颗粒、空气等。硬化后的水泥浆体在凝胶作用下形成了水化硅酸钙、氢氯化钙、水化氯酸钙等。当海洋侵蚀介质接触混凝土表面后，在内部和外部发生物理化学反应，破坏了混凝土的组成和微观结构，使得混凝土的粘结性能下降，强度降低，导致混凝土物理化学性的损伤和退化。

2、高性能混凝土的原理与应用

（1）高性能混凝土是一种新兴的高技术混凝土，采用严格的施工工艺与优质原材料配制成的具有某些特性的混凝土，它强度高、力学性能稳定，体积具有韧性，适用于高层建筑、桥梁、暴露在严酷环境下的海港堤坝工程等。随着不断的改良和使用，高性能化的混凝土已经在国际工程建设领域得到认可，成为使用寿命要求高的工程的首选材料。在我国虽然起步较晚，但是也在实际工程中得到广泛使用。

（2）高性能混凝土在海洋环境下的使用要求必须能够耐久，通过国内学者的研究，其耐久性与其自身的机构有紧密的联系。混凝土作为多相负荷材料，结构层次从粗到细呈现宏观、亚微观、微观结构。高性能混凝土和普通混凝土的区别在于，高性能混凝土的骨料分散在水泥浆基体内，形成骨料、界面、水泥浆三相负荷材料，构成具有骨料、界面、凝胶、晶体、气孔、液体多种材料负荷的构造。

各配合比的混凝土无论是表层氯离子浓度还是氯离子的渗透深度都是随着腐蚀龄期的增加而增大，随着氯离子薄弱而薄弱的。抗氯离子侵蚀性能号的高性能混凝土配合比，不仅可以抵抗短期腐蚀龄期的氯离子侵入，相对其他配合比的混凝土，还能对长期腐蚀龄期的氯离子进行更强度的抵抗入侵。今后需要对海洋腐蚀环境下的混凝土耐久性进行进一步的研究，主要是针对完全模拟实际海洋混凝土结构受腐蚀情况做更详细的试验。

3、实验分析

（1）本文对某海洋环境进行了试验分析。试验目标围绕着混凝土构件在自然海洋环境中的侵蚀、不同配比混凝土在不同腐蚀时间发生的氯离子侵蚀情况，通过压汞、X荧光、X衍射等手法，对海洋环境下的混凝土配合比、腐蚀环境、腐蚀时间等对氯离子侵蚀混凝土的影响得出试验结论。

（2）本次试验采用长期的大量的室外实际环境得到数据，对室内外试验数据进行综合分析以保证准确性，力争做到混凝土宏观微观试验数据相结合。

采用了现代混凝土配合比，对大气区、潮汐区、水下区三个区域进行不同实践的腐蚀试验。

（3）实验方法

1）首先对混凝土试块进行氯离子侵蚀试验。使用环氧树脂进行密封处理将试块表面的环氧数值层进行干燥后送到试验场地，按照试验设计将试块放在特定的腐蚀区域。由于潮汐区和水下区的试块受到水流的冲击，需要使用铁丝网固定试块；将试块在海洋区域的腐蚀年龄定为1～12个月；在到达腐蚀年龄后，将试块取出带回实验室，用50°的烘箱温度烘干；采用混凝土磨粉机进行磨制后，将腐蚀面分层打磨成粉状，筛选后装在密封袋内备用。

2）使用莫尔法将混凝土结构的浓度和深度进行分析来判断该结构抵抗氯离子侵蚀的能力。莫尔法要求在含有C1的中性和弱碱性溶液中，使用标准AgNO3溶液进行滴定操作。当分布沉淀滤出白色沉淀后，加入AgC1，生成Ag2CrO4沉淀，从而指示终点的到达。

3）从制备的样品粉末中称取混凝土粉末加入蒸馏水中，放在振动台上进行大约30min左右的震動后，静置24h。使用浸泡过溶液的过滤液，加两滴酚酞溶液，微震后加上稀硫酸溶液中和成过滤液，加入硝酸银溶液至出现砖红色沉淀，计算出不同深度的自由氯离子含量。

4）使用压汞试验研究混凝土内部孔结构，将孔的大小、数量、形状等进行规律的测算。根据压入多孔材料的水银量和压力大小之间的函数关系，计算出孔的直径以及孔的体积。首先将压入材料中的水银量来计算孔的直径和，先对混凝土试样进行干燥，避免材料中结构的不可逆变化。在高压下破坏内部构造后取样，样品一般为手工锤取得的混凝土试块内部水泥砂浆部分以及混凝土净浆试块。颗粒大约为黄豆大小，在低温烘箱中烘干后，放入干燥器内干燥后可得出样品的总孔隙率和孔隙分布情况。试块在标准养护条件下放在烘箱中低温烘干28d后，经过打磨表面粉末浸入海水中浸泡，再将试块烘干后再次打磨为表层粉末，两次粉末均匀过筛后，得出氯离子来源的含量以及稳定性。

X衍射试验是根据不同晶体产生的衍射效应来分析鉴定物的相和结构等信息。通过气体和电极的电离室，在外界电极电路上产生电流，通过电流脉冲在单位实践内与衍射强度形成的对比，得到输出的电流脉冲数。根据波长为X的设想对未知结构和物体进行衍射，根据检测产生衍射峰的方向等计算出晶面距。水泥净浆养护处理是先将水泥净浆进行烘干磨粉后过目筛，得出衍射图谱，采用定性分析方法对衍射强度和数据进行分析和比较，得出物相在材料中存在的数量。

结语

对于高性能混凝土来说，随着时间的推移，强度会高于普通混凝土，在干湿循环腐蚀环境下，高性能的体积膨胀率比普通混凝土的体积膨胀率低，所以容易出现裂缝并逐渐增宽；在干湿循环腐蚀环境中的高性能混凝土比起普通混凝土能够更好地抵御硫酸钠溶液的侵蚀；混凝土中的矿渣微粉可以有效地减轻氯离子对钢筋混凝土的腐蚀作用。同时，氯离子的渗透使得钢筋在干湿循环环境中锈蚀的情况加重。

参考文献

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