海洋腐蝕和凍融下的混凝土損傷機(jī)理研究

[摘要]本文就混凝土在海洋腐蝕和凍融狀態(tài)下的耐久性和物理性能展開(kāi)研究，分析在該環(huán)境中氯離子的傳輸方向以及混凝土的最佳配合比，以提高混凝土在該環(huán)境下的物理性能和耐久性。以及研究海洋環(huán)境下混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量與其他物理量的關(guān)系，宏觀分析孔結(jié)構(gòu)凍融損傷對(duì)混凝土物理性質(zhì)的影響。

[關(guān)鍵詞]混凝土；海洋腐蝕；凍融；耐久性；物理力學(xué)性能

1、海洋腐蝕與凍融對(duì)混凝土損傷的原因

就目前而言，混凝土仍舊是常用建筑物的廣泛材料，隨著國(guó)家大力倡導(dǎo)加快海洋利用的步伐以及大量人工島嶼的建立，混凝土的耐腐蝕問(wèn)題受到了廣泛的研究，如何使混凝土在海洋環(huán)境下的耐久性提高，越來(lái)越受到土木學(xué)子們的廣泛關(guān)注。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在土木工程領(lǐng)域我國(guó)每年因腐蝕造成的損失可達(dá)1800億～3600億元，其中大部分損失是因氯鹽腐蝕造成的。氯鹽腐蝕的環(huán)境有多種，其中海洋環(huán)境，除冰鹽環(huán)境，鹽堿湖環(huán)境是三種典型的氯鹽腐蝕環(huán)境。

海洋腐蝕對(duì)混凝土造成影響從根本上來(lái)說(shuō)是由于海洋環(huán)境中的離子與混凝土反應(yīng)造成的。其主要化學(xué)方程式如下：

Ca（OH）2+2NaCl=CaCl2+2Na++20H-

Ca（OH）2+MgCl2=CaCl2+Mg（OH）2

C3A+CaCl2+10H20=C3A CaCl2.1020

由此可知，海洋腐蝕對(duì)混凝土耐久性下降造成的影響主要由海洋中易發(fā)生反應(yīng)的離子與混凝土發(fā)生反應(yīng)造成的。反應(yīng)產(chǎn)生的化臺(tái)物能夠?qū)炷羶?nèi)部產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力。

而凍融環(huán)境下而言，凍融作用下，混凝土材料內(nèi)部會(huì)發(fā)生損傷，產(chǎn)生微裂紋，從而導(dǎo)致混凝土材料性能逐漸降低。主要表現(xiàn)為相對(duì)動(dòng)彈性模量的下降、質(zhì)量損失增大、抗壓抗拉強(qiáng)度的降低、彈性模量減小等，其中抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度反應(yīng)最為敏感，當(dāng)相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至60%時(shí)，抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度將下降51.3～67.0%。據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，混凝土凍融破壞主要是因溫度正負(fù)交替變化，孔隙水發(fā)生交昔相變，產(chǎn)生交替拉壓應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土發(fā)生疲勞損傷。

2、氯離子對(duì)混凝土耐久性和物理力學(xué)性能的探究

本文中，將依托于大型實(shí)驗(yàn)室，以混凝土試樣抗壓強(qiáng)度、彈性模量、氯離子擴(kuò)散系數(shù)（自然擴(kuò)散法）、細(xì)觀試驗(yàn)指標(biāo)（壓汞試驗(yàn)及掃描電鏡試驗(yàn)）作為混凝土的物理性能力學(xué)指標(biāo)，從而探究在氯離子滲透下，混凝土耐久性的最佳有效配合比。

在常規(guī)的混凝土在海洋環(huán)境時(shí)，混凝土中的氨離子的移動(dòng)有兩個(gè)過(guò)程，即溶液流動(dòng)和溶質(zhì)遷移。而在氯離子移動(dòng)的這兩個(gè)移動(dòng)的過(guò)程是互相影響的，混凝土周?chē)入x子濃度改變會(huì)引起氯離子的遷移.而混凝土周?chē)芤旱囊苿?dòng)也會(huì)影響氨離子的遷移。凍融作用對(duì)兩者的影響主要是孔隙度和擴(kuò)散系數(shù)。而三者有一定的關(guān)系。