钦州港老码头临水面混凝土氯离子扩散研究

张建球

摘要：文章以已建成5～20年的钦州港地区老码头工程为例，通过现场取样试验获取码头临水面混凝土的氯离子浓度结果，研究分析因不同水位區域、不同建成时间、不同结构深度的氯离子含量的规律，建立起氯离子浓度与码头建成时间的回归公式，预测达到临界浓度的扩散时间，为钦州港码头耐久性设计与码头加固补强提供参考。

关键词：钦州港;码头;氯离子浓度;耐久性设计;钢筋锈蚀

中图分类号：U656.1 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.045

文章编号：1673-4874（2019）08-0164-04

0引言

氯离子在混凝土中的扩散一直以来都是钢筋混凝土耐久性研究的重要组成部分。氯离子的侵入深度达到结构的钢筋保护层厚度，将直接引起接触钢筋的锈蚀，加快钢筋混凝土的质量劣化，进而影响码头的结构安全。海港码头建筑物长期处于海洋环境中，钢筋腐蚀已成为影响码头建筑物耐久性的主要因素，而氯离子的侵蚀又是引起钢筋腐蚀的首要因素。

本文通过对钦州港地区老码头临水面混凝土中的氯离子浓度进行现场取样及试验，研究分析不同水位区域、不同建成时间、不同结构深度的氯离子含量的变化规律，建立氯离子浓度与码头建成时间的回归公式，丰富氯离子扩散的理论研究。与试验室模型试验相比，本次试验对象全部为运营中的海港老码头结构，因此更贴近工程实际，具有工程耐久性设计和加固处理的直接参考价值。

1取样试验

1.1现场码头概况

本次取样的21个码头均在钦州港，码头已建成时间为5～20年，本次研究提取其中8个有代表性的码头工程的试验数据。各码头简要信息统计见表1。

1.2试验

1.2.1现场取样方法

本次取样码头为8个在码头临水面的大气区、浪溅区及水位变动区分别取样7组试验，各组深度分别为距表层0～10mm、10～20mm、20～30nqrn、30～40m、40～50mm、50～60mm、60～70mnq。取样位置选择在主筋附近，并避开混凝土裂缝和明显缺陷。

1.2.2试验方法

氯离子含量测试一般有硝酸银滴定法、硝酸汞滴定法、电位滴定法和离子色谱法等。本次氯离子含量测定采用电位滴定法，该方法原理是通过测量滴定过程中电池电动势的变化来确定滴定终点。测定时以氯电极为指示电极，以玻璃电极为参比，采用硝酸银标准溶液滴定，用伏特计测定两电极之间的电位变化，电位

2试验结果分析

2.1氯离子浓度结果汇总表（见表2）变化最大时仪器的读数即为滴定终点，通过消耗的硝酸银量确定溶液中的氯离子含量。试验步骤为：（1）取混凝土中的砂浆约100g，研磨通过0.063mm筛，置于105℃±5℃烘箱中烘2h后取出放入干燥器冷却至室温;（2）将样品置于三角烧瓶中，加入蒸馏水，剧烈振荡1～2min之后将样品过滤，各吸取20mL置于两个三角烧瓶中;（3）分别在两个三角烧瓶中各加2滴酚酞，使溶液呈微红色，再用稀硫酸中和至无色后，加铬酸钾指示剂10滴，按下式计算水溶性氯离子含量：

2.2试验结果分析

根据检测结果，分别绘制各码头临水面大气区、浪溅区、水位变动区氯离子浓度与取样深度关系图，见图1。

（1）氯离子含量变化总体趋势。

本次取样的大气区、浪溅区和水位变动区三个区域，芯样氯离子浓度都随结构深度的增加而减小。当深度在20～50mm时，曲线呈急剧下降趋势，说明氯离子浓度在此区间内受深度影响明显;当深度在50mm左右时，随着深度增加曲线仅呈平缓的下降趋势，表明混凝土结构达到此深度后，氯离子扩散速度较慢，且扩散量较小。

（2）同一码头不同水位区氯离子浓度变化趋势

同一码头，同一混凝土深度处，氯离子含量基本呈现大气区<浪溅区<水位变动区的特征，说明水位变动区受氯离子扩散作用的影响最显著，其次为浪溅区、大气区。因此，在码头建成后的耐久性跟踪评估过程中应对水位变动区氯离子含量进行重点监测。

（3）不同建成时间的码头的氯离子浓度变化趋势

当混凝土表层深度<50mm寸，氯离子浓度与建成时间之间没有呈现出固定的正相关或负相关的关系。混凝土中氯离子的扩散过程非常复杂，特别是表层扩散不仅与混凝土本身质量密切相关，而且还与水化产物的化学结合及吸附、物理吸附等因素有直接联系。而取样深度≥50mm时，同一深度处，氯离子浓度在总体上呈现出明显的建成时间越长，浓度越大的趋势。

（4）建成时间相近的码头，氯离子浓度与混凝土强度的关系

建成时间相近的码头，氯离子浓度与混凝土强度之间未呈现出固定的正相关或负相关的关系。

3氯离子扩散预测

3.1趋势拟合

已建成码头临水面氯离子含量可测区域仅有大气区、浪溅区及水位变动区，根据《水运工程混凝土结构设计规范））（JTS151-2011）中表7。2.1的规定，以上三个区域在海洋环境下混凝土保护层最小厚度不应<50mm，且沿海码头混凝土钢筋保护层厚度大多设计为50～70mm。根据以上试验数据，本文假设在相同的氯离子浓度下，本次研究的老码头混凝土质量是同质的，混凝土不同深度的氯离子浓度含量只有时间依赖性。分别取不同建成时间的码头在60m、70mm深度处的氯离子浓度数据进行分析研究，尝试拟合出氯离子浓度与码头建成时间关系曲线。

从图2的拟合结果看，各水位区混凝土60WfR、70mm的氯离子浓度与码头建成时间基本呈现二次函数的关系，相关系数均在0.65以上，且大多数达到0。8以上。

3.2氯离子扩散预测

根据《水运工程水工建筑物检测与评估技术规范》（JTS304-2019），大气区、水位变动区的建筑结构中氯离子含量均小于引起混凝土钢筋锈蚀的氯离子含量临界值，即<0.55%;浪溅区的建筑结构中氯离子含量均小于引起混凝土钢筋锈蚀的氯离子含量临界值，即<0.35%。根据60mm和70mm处氯离子浓度含量与建成时间关系拟合结果，预测大气区、水位变动区的胸墙氯离子含量达到0.55%所需时间及浪溅区的胸墙氯离子含量达到0.35%所需时间。预测结果如表3所示。

4结语

本文通过现场取样以及试验的方法研究了广西钦州港部分已建成老码头结构临水面不同区域的氯离子浓度与深度、建成时间之间的关系，得到以下结果：

（1）同一混凝土深度处，大气区、浪溅区、水位变动区的氯离子含量依次增加，即大气区、浪溅区、水位变动区受到氯离子扩散的影响依次增大。

（2）同结构临水面相同的位置，氯离子浓度都随深度增加而降低。

（3）深度在50mm以上时，各水位区的氯离子浓度随码头建成时间增加而增大。

（4）假设在相同的氯离子浓度环境中，码头工程的混凝土质量是同质及混凝土不同深度的氯离子浓度含量只有时间依赖性的情况下，混凝土60mm、70mm度处，氯离子浓度与码头建成时间呈二次函数关系。

影响混凝土中氯离子扩散的因素非常复杂。随着广西北部湾地区码头工程数量逐渐庞大，对老码头混凝土中氯离子含量的研究越来越重要，特别是预测达到钢筋锈蚀浓度的使用时间。故建议后续研究人员根据码头有限的氯离子检测次数（3～5次）建立符合本码头项目氯离子扩散公式，预测混凝土氯离子浓度，为码头工程结构耐久性及安全提供一定的参考依据。