海边暴露环境下混凝土抗氯离子渗透性试验研究

文章编号：1007-046X(2013)06-0036-04

生态建材

海边暴露环境下混凝土抗氯离子渗透性试验研究Experimental Study of Resistance of Concrete to Chloride Ion Permeability under Sea Environment

马志鸣1，赵铁军2，王鹏刚2

(1. 青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266100； 2. 青岛理工大学，山东 青岛 266033)

摘 要： 对不同配合比的混凝土试件，在海边大气区、潮汐区、水下区进行暴露试验，同时测定氯离子含量随深度 变化曲线。试验结果表明，实际海边暴露环境下混凝土的损伤程度大小为潮汐区>水下区>大气区，试件内 氯离子含量随着暴露龄期的增加而增加，随时间水胶比的增加而减小。对于水胶比相同的混凝土试件，掺 入粉煤灰等矿物掺合料可以有效提高混凝土抵抗氯离子侵入的性能。

关键词： 暴露试验；氯离子；渗透性；耐久性

中图分类号：TU528.2 文献标志码：A

0 前 言

氯离子是造成钢筋混凝土中钢筋锈蚀的主要原因，导致混凝土结构耐久性不足，提前发生破坏，使结构达不到设计使用年限。以往对于氯离子的研究仅仅是在试验室环境下，通过氯离子毛细吸收试验和氯离子自由扩散试验，综合评定混凝土结构的抗氯离子侵入性能[1-2]。然而实际环境中氯离子的作用机理相当复杂，同时与其他因素耦合作用，加速了混凝土结构的耐久性劣化速率，导致混凝土结构的提前破坏，但对于实际海洋环境中有关氯离子的侵蚀作用机理研究较少[3-4]。

本文从实际环境出发，使混凝土试件直接暴露在海洋环境中，研究混凝土结构在海边暴露环境下的氯离子侵入情况。同时，由于海洋不同区域氯离子侵入混凝土内部的作用机理不同，故本试验测定试件在大气区、潮汐区、水下区等不同位置氯离子侵入试验，从不同角度分析环境对试件混凝土结构氯离子侵入的影响。本试验用配合比为青岛海底隧道所用高性能配合比，模拟实际混凝土结构构件

36COAL ASH 6/2013在实际暴露环境中氯离子侵入的作用机理，为今后实际工程中配合比的研发和结构的防护提供充足的理论依据。

1 原材料与配合比

本试验所采用混凝土原材料均来自青岛本地，试验用配合比为“973 项目”子课题，海洋腐蚀环境下氯离子侵蚀试验研究了项目中的青岛海底隧道所用 4 个混凝土配合比，研究不同水胶比及不同矿物掺合料对混凝土试件抵抗氯离子侵入的影响，具体配合比见表 1。

Abstract：Concrete Elements with different proportion were tested under exposure to sea air zone, tidal zone and underwater environment. Meanwhile, the curves of chloride Ion content with deep change were measured. The result showed that the degree of injury of the concrete sample was tidal zone> underwater> air zone under sea exposure environment. The content of chloride increased with prolongation of sea exposure period, and depressed in pace with increase of water/cement ratio. The concrete mixed with mineral admixtures such as fly ash could effectively heighten concrete performance on anti-chloride for the sample under the condition of same water cement ratio.

Key words：sea exposure test; chloride; permeability; durability

基金项目：基金项目：973项目（2009CB623203）；国家自然科学基金发展项目（50739001）表 1 混凝土配合比 kg/m3

组别水泥矿粉粉煤灰硅灰砂石子水减水剂

A

C30

360

720

1 080

190

2.16

B

C30F20SL30

180

108

72

721

1 082

187

2.52

C

C50F20SL30

230

138

92

690

1 150

161

4.6

D

C80F20SF10

290

116

58

696

1 044

139

14.50

37

6/2013

粉煤灰

图 1 海洋环境现场试验布置图

自由氯离子含量，根据氯离子含量数据，绘制不同深度下氯离子含量曲线。

式中：P — 样品中水溶性氯离子含量（%）； C AgNO 3

— 硝酸银标准溶液浓度（mol/L）；

G — 样品重（g）;

V 3 — 浸样品的水量（mL）；

V 4 — 每次滴定时提取的滤液量（mL）； V 5 — 每次滴定时消耗的硝酸银溶液量（mL）。

3 结果分析与讨论

3.1 海洋大气区氯离子侵入试验

由图 2 所示，为不同配合比混凝土试件在海边暴露12个月后的氯离子含量随深度的变化曲线。海洋大气区氯离子的侵蚀是海洋环境中氯离子侵入最弱的环境，氯离子的主要侵入方式是在盐雾环境下的氯离子侵入，即海边大气环境中存在较高浓度的氯离子及悬浮水分子，当与混凝土试件接触后氯离子随水分子的迁移，侵入到混凝土试件的

内部，对于钢筋混凝土结构，进而导致钢筋锈蚀，混凝土结构耐久性提前破坏[5-6]。

从图 2 中数据可知，同一配合比的氯离子含量随着深度的增加而减小。腐蚀 12 个月的 4 种配合比的混凝土中，

抗氯离子侵蚀能力由强到弱依次为 D>B>A>C。说明抵抗氯离子侵入能力随着混凝土试件水胶比的提高而降低，这是由于较大水胶比混凝土试件，在水泥水化过程中，未发生水化反应的水分子蒸发，导致混凝土内部孔隙裂缝增多，密实度降低，在腐蚀环境下氯离子随介子水侵入混凝土内部孔隙。对比同一水胶比的混凝土试件 A、B 可知，掺入粉煤灰、矿粉的混凝土试件 B 较试件 A 抵抗氯离子侵入

2 试验内容及试验方法

2.1 海边暴露试验

将海边暴露试验用混凝土试块在标准养护条件下养护28 d 后取出，取用两个混凝土侧面为试验用面，其余四面用环氧树脂（环氧树脂：塑化剂体积比为 3 1）密封，保证氯盐侵蚀为一维扩散。按照试验设计将不同组试件分别放入海边环境的大气区、潮汐区、水下区，具体位置见图1。由于潮汐区和水下区的试块会受到水流的冲击，所以都用铁丝网尽量固定住。待达到设计暴露龄期后将试件取出，拉回试验室进行氯离子含量测定。

2.2 氯离子测定试验

将达到试验龄期的混凝土试件从试验场运回试验室后，将试件放在 50℃ 左右的烘箱内将试块烘干至恒重。采用干磨混凝土粉末机，按照标准分层打磨方法，将暴露腐蚀面由表及内分层打磨。收集每层打磨下的粉末标准筛（孔径 0.63 mm）筛选后装密封袋备用。参照了 JTJ 270—1998《水运工程混凝土试验规程》，采用试验室常用的莫尔法（Mohr）测定每层混凝土粉末中氯离子含量。其测定试验步骤如下：从制备的样品粉末中称取 2 g（精确到 0.01 g）混凝土粉末（G）放入塑料瓶中，加入 50 mL 蒸馏水（V3），塞紧瓶盖，固定在振动台上振动不少于 30 min 后，在平台上静置 24 h。将已静置好的浸泡溶液过滤后用移液管抽取20 mL 过滤液（V4）于三角瓶中，加两滴酚酞溶液，溶液变成玫红色，微震后加稀硫酸溶液中和至过滤液变成无色，加入 10 滴铬酸钾指示剂，用硝酸银溶液慢滴至出现砖红色沉淀，标记硝酸银溶液消耗前后的刻度，二者差值即为硝酸银消耗量（V5）。根据式（1）可计算得出不同深度的

混凝土立方体试块

水下区

盐雾区

潮汐区

P =

×100% （1）

C AgNO 3

V 5 × 0.03 545

V 3V 4

G ×

氯离子含量/%

渗透深度/mm

图 2 配合比A~D 大气区腐蚀12个月氯离子含量曲线图