通过海水潮汐环境对钢筋混凝土结构的危害机理进行剖析

通过海水潮汐环境对钢筋混凝土结构的危害机理进行剖

析，结合设计实例和工程维修

实践提出了有效地预防措施和处治方法。

1 问题

沿海地区尤其位于入海口处的桥梁、码头、闸涵等受海水环境介质影响的钢筋混凝土构造物，其耐久性均受到了威胁，譬如设计年限100年的沿海公路大口河大桥，1987年建成，使用不足14年，部分柱式桥墩混凝土剥落、钢筋裸漏，t型梁梁端混凝土酥松碎裂，桥面塌陷凸凹不平，无法正常通行，被迫于2001年加固维修。在沿海地区桥梁、码头、闸涵等钢筋混凝土构造物早期破坏的事例屡见不鲜，造成的经济损失和社会影响很大。因此，探索海水环境介质条件下混凝土耐久性很有必要。

2 分析

2.1海水的主要成份

海水是一种成份复杂的溶液，平均含盐量约为35g/l，几种主要无机盐的浓度如下：

cl - 19.10g/kg； na+ 10.62 g/kg；so 4- 2.66g/kg；mg+ + 1.28g/kg；ca+ + 0.40g/kg； k+ 0.38g/kg；痕量元素0.25g/kg。ph值在7.5-8.4之间。

2.2海水对混凝土的破坏类型

(1)海水的化学作用；

(2)反复干湿的物理作用；

(3)盐份在混凝土中的结晶与聚集；

(4)海浪及悬浮物的机械磨损和冲击作用；

(5)混凝土内部钢筋腐蚀；

(6)严寒地区冻融循环的作用。

上述六种原因中任一种作用的发生，都会加剧其余种

类的破坏作用。

2.3海水环境介质的侵蚀机理

2.3.1溶解浸析

主要是将硬化水泥浆体中的固相组分逐渐溶解速走，

造成溶失性破坏。

2.3.2离子交换

侵蚀性介质与硬化水泥浆体的组分发生离子交换反应，生成容易溶解或没有胶结能力的产物，破坏了原有的浆

体结构。

2.3.3形成膨胀组份

在侵蚀介质的作用下，所形成的盐在结晶长大时体积

增加，产生有害的内应力，导致膨胀性的破坏。

2.4海水环境介质对钢筋混凝土结构的破坏剖析

环境介质对钢筋混凝土结构的影响往往是多方面的，既可能是几种化学侵蚀的复合作用，又同时会有几种物理性作用，既有硫酸盐、镁离子、氯离子等多种化学侵蚀的综合，又有干湿交替和冻融循环的物理作用。在低潮线以下的水下部分，主要受到海水的化学侵蚀，海水中的硫酸镁使浆体中的 ca(oh)2转变成石膏和mg(oh)2，并能与水化硅酸钙分解或者转化成硬性极差的水化物，这些次生石膏的结晶膨胀的钙矾石，都会对水泥浆体产生破坏。由于混凝土的毛细管作用，海水在混凝土内上升并不断蒸发，随着氯离子向混凝土内部的不断渗透，在氯离子的电化作用下，使低潮位以上反复干湿的混凝土中的钢筋表面的碱性钝化层破坏，又在水、氧气的作用下造成钢筋锈蚀。混凝土对钢筋防护作用的好坏，主要取决于保护层的抗渗透能力和厚度。

受潮汐侵袭的部分混凝土，承受海浪、冰凌和泥沙的冲击、磨耗。因水位变动所形成的干湿交替，会产生盐类的积累、结晶以及再结晶，结晶的压力足以引起与钙矾石相似的膨胀。混凝土内部孔内充水程度一般很高，当环境温度在冰点下时，混凝土极易产生破坏。另外，在环境介质交替作

用下的混凝土会产生“疲劳”，由于残余变形的逐渐积累导致混凝土开裂。上述各种因素形成的裂缝，又会加剧其它各种侵蚀作用的进行，从而使海水中的c1-加速深入到混凝土内部，促使钢筋锈蚀，导致结构破坏。

3 对策

3.1预防措施

3.1.1 降低混凝土导电量

混凝土的导电量降低，有效地防止ci-的渗透和扩散，有益于阻止钢筋锈蚀。降低混凝土的—扩散系数或导电量，除了降低水灰比外，最重要的是掺入不同的矿物质超细粉。试验证明，对导电量降低最有效地是硅粉，以10%硅粉等量取代混凝土中的水泥，56d龄期后能使混凝土的导电量降至

1000 库仑以下。

3.1.2 提高混凝土抗盐碱腐蚀的性能

降低混凝土的水胶比，掺入矿物质超细粉，提高混凝土密实度，能有效提高混凝土对盐碱腐蚀的劣化破坏。譬如基准混凝土干湿循环可达42次，掺入混凝土15%偏高岭土超细粉mk2，干湿循环可达58次。

3.1.3 抑制asr有害膨胀

试验表明：基准试件膨胀率为0.1256%，说明由于asr 而产生了有害膨胀，而含20%偏高岭土的试件膨胀率仅为

0.0717%。

3.1.4 提高抗冻融循环破坏性能

试验表明：基准试件混凝土冻融循环120次后，动弹损失大于60%；相应含mk试件可达150 次冻融循环，动弹损失仍大于60%；混凝土处于有冻融要求的环境中，应掺入引气剂，即使水灰比为0.3的高性能混凝土，也需要掺入引气剂，使混凝土含气量在4%~5%，才能使冻融循环达到

300次以上。

3.1.5水泥

①矿渣水泥的抗硫酸盐侵蚀性远比普通硅酸盐水泥强，在没有抗硫酸盐水泥的情况下，建议使用 15%＜矿渣量＜40%的矿渣水泥；②水泥中的碱含量（r 2o）必须小于0.6%；③水泥中的铝酸三钙含量（c3a）小于5%；④水泥的细度应较细（0.08mm方孔筛筛余量小于8%）；⑤其余指标均应符合国家现行行业标准。

3.1.6骨料

①禁用蛋白石、玉髓、燧石、流纹石、安山岩、凝石岩作混凝土的骨料；②骨料的含泥量小于1%；③粗骨料应

做压碎值指标检验；④如有条件的话，对骨料做活性氧化钙

的含量测定。

3.1.7混凝土

①该工程的混凝土必须具有抗侵蚀的特性，应由检验机构提供抗侵蚀性混凝土的配合比，浇筑混凝土时，必须震捣密实，精心养护；②混凝土配合比中应掺有防渗外加剂，混凝土抗渗标号s8；③待混凝土硬化后，在其表面涂刷环氧树脂，具体做法如下：对于潮汐以下的混凝土表面涂刷2遍，潮汐区以上的混凝土涂刷1遍；④须设置抗渗试块。

3.1.8掺加钢筋阻锈剂（ri）

加入ri，一方面推迟了钢筋开始锈蚀的时间，另一方面减缓了钢筋腐蚀发展的速度。ri— dci为掺入型，掺加到混凝土中，可主要用于新建工程，也可用于修复工程； ri—mci为渗透型，涂到混凝土表面，渗透到混凝土内并到达钢筋周围，主要用于老工程的修复。

3.1.9工程实例

沿海公路改线段大口河大桥连接黄骅港区跨越宣惠河位于入海口处，上部结构为13*25m预应力钢筋混凝土箱梁；下部结构为桩柱式墩台，钻孔灌注桩基础。为有效地预防海水环境介质对桥梁结构的侵蚀破坏，设计时经专家论证采取了四项措施：①最大水灰比0.45，最小水泥用量