室內(nèi)模擬方法模擬實(shí)際工程腐蝕條件的試驗(yàn)研究

魏興磊

天津順馳新地置業(yè)有限公司 天津 300000

本文將借助腐蝕構(gòu)件中Cl-含量這一橋梁，通過浸烘循環(huán)和鹽霧試驗(yàn)兩種不同程度的室內(nèi)模擬方法來模擬實(shí)際海中混凝土和濱海大氣中的混凝土的腐蝕條件，并將二者進(jìn)行聯(lián)系對(duì)比，從而間接地反應(yīng)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的腐蝕條件，為鹽害環(huán)境下工作的混凝土結(jié)構(gòu)的使用期及其維修保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)方案

以室內(nèi)環(huán)境為基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)由兩部分組成，一是通過浸烘循環(huán)促進(jìn)腐蝕的方法來模擬海工混凝土的腐蝕狀況，二是通過制造鹽霧環(huán)境來模擬濱海大氣中混凝土的腐蝕條件。本次試驗(yàn)梁的截面尺寸為100mm×100mm，在兩種腐蝕結(jié)束后，分層對(duì)混凝土中Cl-進(jìn)行檢測(cè)和分析，探尋在不同環(huán)境中Cl-在混凝土中的擴(kuò)散規(guī)律[1]。

（1）第一種促進(jìn)腐蝕的試驗(yàn)方法——浸烘循環(huán)法

先將經(jīng)過28d標(biāo)養(yǎng)后的試件放入已配置好的5倍于海水中Cl-濃度的侵蝕溶液中，使其浸泡12h，并保持溶液溫度為室溫20℃，然后將其放入烘箱內(nèi)（烘箱溫度控制在（80±2）℃）烘烤12h，此為一次浸烘循環(huán)（24h），并如此反復(fù)進(jìn)行。

采用浸烘循環(huán)法，在室內(nèi)工作1d可以與實(shí)際的海水中浸泡40d等效，本次實(shí)驗(yàn)，以45d為一周期，每一周期與五年的實(shí)際工程相當(dāng)，四個(gè)周期即為二十年。試件編號(hào)為A1、A2、A3、A4。

（2）第二種促進(jìn)腐蝕的試驗(yàn)方法--鹽霧試驗(yàn)法

鹽霧試驗(yàn)法同樣為四個(gè)周期，每個(gè)周期進(jìn)行28d。具體試驗(yàn)過程為，將試件放入鹽霧箱內(nèi)，采用間斷式噴霧方式，以1h為一周期，噴霧20min，間歇40min，用以控制鹽霧箱內(nèi)的鹽霧濃度在一定的范圍內(nèi)。為加速腐蝕速度，模擬實(shí)際環(huán)境的干濕交替的狀態(tài)，每周六日開箱晾干。將沿海地區(qū)的年均氣溫作為參考，設(shè)定試驗(yàn)箱的溫度為20℃。

將距海岸100m的Cl-濃度為基準(zhǔn)，來模擬20年的濱海大氣中的混凝土結(jié)構(gòu)，其Cl-濃度的年月平均值為10.856μg/（cm3·d），經(jīng)計(jì)算，試驗(yàn)鹽水濃度約為11%。試件編號(hào)為B1、B2、B3、B4。

1.2 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用的是由天津?yàn)I海漢拿混凝土有限公司生產(chǎn)的C35混凝土（水灰比為0.5），其含堿量符合DB29-176-2007規(guī)范的要求。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)過程中，分別對(duì)試件0～3mm、3～6mm、6～9mm、9～12mm等不同深度處的混凝土中Cl-含量進(jìn)行檢測(cè)分析。因混凝土表面Cl-濃度積累程度不同，刮取各構(gòu)件中間區(qū)段位置的表面混凝土試樣，進(jìn)行Cl-濃度分析。具體方法參照規(guī)范《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行[2]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

圖1 Cl-含量與浸入深度關(guān)系圖

圖2 Cl-含量與腐蝕周期關(guān)系圖

綜合圖1圖2可以看出：

（1）Cl-含量隨擴(kuò)散深度的增加而減少，隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)。

（2）從圖2可以看出，在腐蝕初期，在距試件表面0～3mm、3～6mm處的Cl-濃度驟升，Cl-擴(kuò)散速度很快，屬于Cl-擴(kuò)散驟變期，在這一期間，主要有兩方面原因引起，一是Cl-擴(kuò)散主要是由于Cl-的濃度差引起的，表面Cl-濃度越高，其擴(kuò)散至混凝土內(nèi)部的Cl-則越多，擴(kuò)散速度相對(duì)較快。二是腐蝕初期，混凝土由于其表面水分蒸發(fā)過快，硬化時(shí)塑性收縮過快，以及溫度應(yīng)力，混凝土徐變和混凝土生產(chǎn)工藝等一系列原因，造成的試件表面存在大量的孔洞和裂縫，以及干濕交替下毛細(xì)孔的抽吸影響也比較大，導(dǎo)致Cl-很容易侵入到混凝土內(nèi)部致使Cl-擴(kuò)散速度驟快。

（3）從圖2還可以看出，當(dāng)試件腐蝕一個(gè)周期后，到四個(gè)腐蝕周期結(jié)束，Cl-濃度繼續(xù)增加，但其速度平緩，并趨于一穩(wěn)定值，屬于Cl-穩(wěn)定擴(kuò)散期，在這一期間，主要是由于隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定，起初的內(nèi)部缺陷，已被之前入侵的Cl-和其他附屬產(chǎn)物所填充，Cl-濃度增量明顯減少，其擴(kuò)散速度也隨之減小并趨于穩(wěn)定。在距試件表面6～12mm處的Cl-濃度即使在腐蝕初期也是穩(wěn)定擴(kuò)散的，此處的Cl-含量也比較穩(wěn)定[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）本次實(shí)驗(yàn)表明，無論哪種腐蝕方法，混凝土中Cl-含量都是隨擴(kuò)散深度的增加而減少，而隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)的。

（2）試驗(yàn)表明，Cl-在混凝土中的擴(kuò)散分為兩個(gè)時(shí)期，即Cl-擴(kuò)散驟變期和Cl-穩(wěn)定擴(kuò)散期。而出現(xiàn)這兩種不同時(shí)期的原因是Cl-的濃度差和混凝土本身的結(jié)構(gòu)特性。

（3）利用本次推導(dǎo)得到的Cl-擴(kuò)散系數(shù)和混凝土表面Cl-濃度，可以反向推算出距混凝土表面某一深度處的當(dāng)前Cl-含量，為鹽害環(huán)境下工作的混凝土結(jié)構(gòu)的使用期和其維修保護(hù)提供參考。

（4）本次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)比較少，而且試驗(yàn)本身具有較大的離散性，而且本次試驗(yàn)并沒有考慮實(shí)際工程中的構(gòu)件處于應(yīng)力狀態(tài)下這一現(xiàn)象，所以需要進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)來加以修正和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護(hù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1998:31.

[2] 閻西康.鹽腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D].天津:天津大學(xué),2005.

[3] 范穎芳.受腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件性能研究[D].大連:大連理工大學(xué),2002.