海港工程中高性能混凝土的耐久性評(píng)估

程震

摘 要：處于海洋環(huán)境中的工程受氯離子侵蝕等環(huán)境因素的影響較大?；炷两Y(jié)構(gòu)更容易受到嚴(yán)重破壞，而且后期加固和重建的費(fèi)用驚人。因此對(duì)海港工程的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行研究是國(guó)內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域密切關(guān)注的課題。

關(guān)鍵詞：海港工程 高性能混凝土 耐久性評(píng)估

海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重腐蝕增強(qiáng)耐久性的加固工作相當(dāng)復(fù)雜和艱巨。要考慮很多宏觀和微觀方面的問(wèn)題，如混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)、混凝土的抗氯離子性能、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)等等，還要考慮海洋大氣、潮汐、水下等因素的腐蝕特點(diǎn)，因此對(duì)于混凝土進(jìn)行氯離子含量測(cè)試實(shí)驗(yàn)、評(píng)估混凝土抗氯離子侵蝕性能，需要進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)，才能增加評(píng)估結(jié)果的可靠性。

1、海洋混凝土的被腐蝕類型

（1）外部環(huán)境中的氯離子通過(guò)混凝土的宏觀和微觀缺陷進(jìn)入混凝土中，引起鋼筋銹蝕。主要分為三種類型的腐蝕。

1）溶解水泥石組分，形成水溶液。

2）腐蝕水泥石組分和溶液間發(fā)生化學(xué)置換的腐蝕。

3）混凝土孔隙內(nèi)難溶的反應(yīng)物發(fā)生凝結(jié)和結(jié)晶，聚合物體積增大造成混凝土孔隙中的固相體積膨脹導(dǎo)致腐蝕。

（2）混凝土本身是一種非均勻的顆粒型物質(zhì)，內(nèi)部組成部分包括水泥水化物、自由水、水泥顆粒、空氣等。硬化后的水泥漿體在凝膠作用下形成了水化硅酸鈣、氫氯化鈣、水化氯酸鈣等。當(dāng)海洋侵蝕介質(zhì)接觸混凝土表面后，在內(nèi)部和外部發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，破壞了混凝土的組成和微觀結(jié)構(gòu)，使得混凝土的粘結(jié)性能下降，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致混凝土物理化學(xué)性的損傷和退化。

2、高性能混凝土的原理與應(yīng)用

（1）高性能混凝土是一種新興的高技術(shù)混凝土，采用嚴(yán)格的施工工藝與優(yōu)質(zhì)原材料配制成的具有某些特性的混凝土，它強(qiáng)度高、力學(xué)性能穩(wěn)定，體積具有韌性，適用于高層建筑、橋梁、暴露在嚴(yán)酷環(huán)境下的海港堤壩工程等。隨著不斷的改良和使用，高性能化的混凝土已經(jīng)在國(guó)際工程建設(shè)領(lǐng)域得到認(rèn)可，成為使用壽命要求高的工程的首選材料。在我國(guó)雖然起步較晚，但是也在實(shí)際工程中得到廣泛使用。

（2）高性能混凝土在海洋環(huán)境下的使用要求必須能夠耐久，通過(guò)國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究，其耐久性與其自身的機(jī)構(gòu)有緊密的聯(lián)系?；炷磷鳛槎嘞嘭?fù)荷材料，結(jié)構(gòu)層次從粗到細(xì)呈現(xiàn)宏觀、亞微觀、微觀結(jié)構(gòu)。高性能混凝土和普通混凝土的區(qū)別在于，高性能混凝土的骨料分散在水泥漿基體內(nèi)，形成骨料、界面、水泥漿三相負(fù)荷材料，構(gòu)成具有骨料、界面、凝膠、晶體、氣孔、液體多種材料負(fù)荷的構(gòu)造。

各配合比的混凝土無(wú)論是表層氯離子濃度還是氯離子的滲透深度都是隨著腐蝕齡期的增加而增大，隨著氯離子薄弱而薄弱的?？孤入x子侵蝕性能號(hào)的高性能混凝土配合比，不僅可以抵抗短期腐蝕齡期的氯離子侵入，相對(duì)其他配合比的混凝土，還能對(duì)長(zhǎng)期腐蝕齡期的氯離子進(jìn)行更強(qiáng)度的抵抗入侵。今后需要對(duì)海洋腐蝕環(huán)境下的混凝土耐久性進(jìn)行進(jìn)一步的研究，主要是針對(duì)完全模擬實(shí)際海洋混凝土結(jié)構(gòu)受腐蝕情況做更詳細(xì)的試驗(yàn)。

3、實(shí)驗(yàn)分析

（1）本文對(duì)某海洋環(huán)境進(jìn)行了試驗(yàn)分析。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)圍繞著混凝土構(gòu)件在自然海洋環(huán)境中的侵蝕、不同配比混凝土在不同腐蝕時(shí)間發(fā)生的氯離子侵蝕情況，通過(guò)壓汞、X熒光、X衍射等手法，對(duì)海洋環(huán)境下的混凝土配合比、腐蝕環(huán)境、腐蝕時(shí)間等對(duì)氯離子侵蝕混凝土的影響得出試驗(yàn)結(jié)論。

（2）本次試驗(yàn)采用長(zhǎng)期的大量的室外實(shí)際環(huán)境得到數(shù)據(jù)，對(duì)室內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析以保證準(zhǔn)確性，力爭(zhēng)做到混凝土宏觀微觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合。

采用了現(xiàn)代混凝土配合比，對(duì)大氣區(qū)、潮汐區(qū)、水下區(qū)三個(gè)區(qū)域進(jìn)行不同實(shí)踐的腐蝕試驗(yàn)。

（3）實(shí)驗(yàn)方法

1）首先對(duì)混凝土試塊進(jìn)行氯離子侵蝕試驗(yàn)。使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行密封處理將試塊表面的環(huán)氧數(shù)值層進(jìn)行干燥后送到試驗(yàn)場(chǎng)地，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)將試塊放在特定的腐蝕區(qū)域。由于潮汐區(qū)和水下區(qū)的試塊受到水流的沖擊，需要使用鐵絲網(wǎng)固定試塊；將試塊在海洋區(qū)域的腐蝕年齡定為1～12個(gè)月；在到達(dá)腐蝕年齡后，將試塊取出帶回實(shí)驗(yàn)室，用50°的烘箱溫度烘干；采用混凝土磨粉機(jī)進(jìn)行磨制后，將腐蝕面分層打磨成粉狀，篩選后裝在密封袋內(nèi)備用。

2）使用莫爾法將混凝土結(jié)構(gòu)的濃度和深度進(jìn)行分析來(lái)判斷該結(jié)構(gòu)抵抗氯離子侵蝕的能力。莫爾法要求在含有C1的中性和弱堿性溶液中，使用標(biāo)準(zhǔn)AgNO3溶液進(jìn)行滴定操作。當(dāng)分布沉淀濾出白色沉淀后，加入AgC1，生成Ag2CrO4沉淀，從而指示終點(diǎn)的到達(dá)。

3）從制備的樣品粉末中稱取混凝土粉末加入蒸餾水中，放在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行大約30min左右的震動(dòng)后，靜置24h。使用浸泡過(guò)溶液的過(guò)濾液，加兩滴酚酞溶液，微震后加上稀硫酸溶液中和成過(guò)濾液，加入硝酸銀溶液至出現(xiàn)磚紅色沉淀，計(jì)算出不同深度的自由氯離子含量。

4）使用壓汞試驗(yàn)研究混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，將孔的大小、數(shù)量、形狀等進(jìn)行規(guī)律的測(cè)算。根據(jù)壓入多孔材料的水銀量和壓力大小之間的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出孔的直徑以及孔的體積。首先將壓入材料中的水銀量來(lái)計(jì)算孔的直徑和，先對(duì)混凝土試樣進(jìn)行干燥，避免材料中結(jié)構(gòu)的不可逆變化。在高壓下破壞內(nèi)部構(gòu)造后取樣，樣品一般為手工錘取得的混凝土試塊內(nèi)部水泥砂漿部分以及混凝土凈漿試塊。顆粒大約為黃豆大小，在低溫烘箱中烘干后，放入干燥器內(nèi)干燥后可得出樣品的總孔隙率和孔隙分布情況。試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下放在烘箱中低溫烘干28d后，經(jīng)過(guò)打磨表面粉末浸入海水中浸泡，再將試塊烘干后再次打磨為表層粉末，兩次粉末均勻過(guò)篩后，得出氯離子來(lái)源的含量以及穩(wěn)定性。

X衍射試驗(yàn)是根據(jù)不同晶體產(chǎn)生的衍射效應(yīng)來(lái)分析鑒定物的相和結(jié)構(gòu)等信息。通過(guò)氣體和電極的電離室，在外界電極電路上產(chǎn)生電流，通過(guò)電流脈沖在單位實(shí)踐內(nèi)與衍射強(qiáng)度形成的對(duì)比，得到輸出的電流脈沖數(shù)。根據(jù)波長(zhǎng)為X的設(shè)想對(duì)未知結(jié)構(gòu)和物體進(jìn)行衍射，根據(jù)檢測(cè)產(chǎn)生衍射峰的方向等計(jì)算出晶面距。水泥凈漿養(yǎng)護(hù)處理是先將水泥凈漿進(jìn)行烘干磨粉后過(guò)目篩，得出衍射圖譜，采用定性分析方法對(duì)衍射強(qiáng)度和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，得出物相在材料中存在的數(shù)量。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高性能混凝土來(lái)說(shuō)，隨著時(shí)間的推移，強(qiáng)度會(huì)高于普通混凝土，在干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境下，高性能的體積膨脹率比普通混凝土的體積膨脹率低，所以容易出現(xiàn)裂縫并逐漸增寬；在干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境中的高性能混凝土比起普通混凝土能夠更好地抵御硫酸鈉溶液的侵蝕；混凝土中的礦渣微粉可以有效地減輕氯離子對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕作用。同時(shí)，氯離子的滲透使得鋼筋在干濕循環(huán)環(huán)境中銹蝕的情況加重。

參考文獻(xiàn)

[1]王月，安明喆，余自若，等.氯鹽侵蝕與凍融循環(huán)耦合作用下C50高性能混凝土的耐久性研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2014，35（3）：41-46

[2]孟晉國(guó).試述高性能混凝土的耐久性[J].城市建筑，2015（24）：210-210.

[3]付鋒艷.高性能混凝土的耐久性機(jī)理及配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].山西建筑，2015（15）：111-112.