海洋混凝土耐久性的影响因素及保护措施

北方海洋混凝土结构耐久性的影响因素及保护措施
姓名：吴楷
学号：14231152
班级：土木1405班
学校：北京交通大学
指导教师：安明哲
摘要：海洋环境的复杂性产生了多种影响海洋混凝土结构耐久性的因素。

要想维护并提高海洋混凝土结构耐久性，需要从分析各种因素的作用过程和机理出发，分别从改变混凝土表面材料、到内部材料成分来提高混凝土结构耐久性。

在此基础上，本文总结了海洋环境下混凝土结构耐久性的影响因素及保护措施。

关键词：海洋环境，混凝土，耐久性，影响因素，保护措施0.前言
随着科学技术的不断进步与发展，越来越多的海洋工程施工建造起来。

钢筋混凝土结构作为土木工程结构设计的首选型式，也被广泛应用于海洋工程中。

随之，被人们普遍认为具有良好耐久性的混凝土结构在海洋环境下出现了各种各样的破坏问题，其使用寿命也减短了许多。

对海洋混凝土建筑物使用寿命的调查显示，多数使用期为30~40年，最短的甚至不到10年，这与陆地建筑物相差巨大，也离跨海通道100年的设计使用寿命十分遥远。

如何保证并提高海洋混凝土结构耐久性，成为当前急需研究的工程问题。

1.海洋混凝土结构耐久性的影响因素及作用机理
（1）物理因素
①干湿交替作用：
处于因海水涨潮、落潮而引起水位周期性变动区域的混凝土容易出现周期性的湿差变化，导致海水中的盐类在混凝土内析晶，产生的晶体颗粒会引起混凝土内部的张应力，使混凝土产生新的裂纹或使原有裂纹扩大，降低了混凝土的抗渗性及抗腐蚀能力，同时也破坏了混凝土本身结构，降低了它的抗压强度。

此外，周期性的湿差问题还会加重混凝土内虹吸、毛细现象。

②冻融循环作用：
海水的比热容较大，所以海水的温度比较稳定，而大气的昼夜温度变化较大。

这样在涨潮时，混凝土处于海水中，水以液体的形式沿着混凝土表面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透；在落潮时混凝土暴露在大气中，若此时大气温度处于0°以下，位于混凝土结构内部的水滴结成冰晶，产生膨胀，若膨胀应力较大，则结构会出现裂缝或将原有裂缝扩大。

③冲刷作用：
当建筑物处于浪潮较大的海水区时，容易遭受海水的冲刷作用。

这种冲刷作用主要体现在海浪的撞击。

海浪扑打在混凝土表面时，不仅容易将海水冲击到混凝土内部，长时间的撞击还会对钢筋混凝土表面保护层的破坏，加快了海水对混凝土的侵蚀。

（2）化学因素
①氯离子对混凝土内部钢筋的侵蚀：
1>.表面钝化膜的破坏。

混凝土孔隙的孔溶液通常含有较大量的OH_，即Ph值较大。

在这样的碱性环境下，钢筋表面产生一种致密的氧化膜薄膜。

这种薄膜主要由铁的氧化物构成，可以阻碍外部氧气等分子与铁单质的反应，从而对钢筋起到一种保护作用。

氯离子的侵入，会造成碱性的减弱，导致钝化膜的分解。

资料显示，当氯离子浓度在0.3~0.6kg/m3范围内，即会引起钝化膜的破坏。

2>.形成腐蚀性原电池。

在钝化膜的破坏之后，露出的铁基体与尚未被破坏的钝化膜区域构成电位差。

在氧、水分存在的条件下，钢筋表面发生电化学腐蚀，铁单质作为阳极不断被反应掉，钝化膜区域成为原电池的阴极。

在反应过程中，Cl—与阳极产物Fe2+结合形成FeCl，将其及时搬运到阴极，使得电化学反应顺利地进行下去。

且氯离子的不断侵入，强化了原电池的离子通道，提高了反应的效率，加速了电化学反应的进程。

这种原电池反应造成了混凝土表面蚀坑的快速发展。

②碱-骨料反应:
水泥石中的碱和集料中的活性氧化硅发生化学反应，在骨料与水泥胶体的界面上生成复杂的碱-硅酸凝胶。

由于这种凝胶是无限膨胀的，遇水时体积可以不断膨胀，从而导致混凝土产生膨胀开裂。

在海水的潮湿环境下很容易引起并加速碱骨料反应的发生，且这种反应速度很慢，需要几年甚至几十年，对混凝土的耐
久性十分不利。

③海水中的硫酸盐侵蚀：
6CaO+Al2O3+3SO3+32H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
硫酸盐溶液和水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学
反应生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀。

当硫酸盐浓度较高时，该反应不就会有钙矾石的生成，还会析出石膏结晶。

石膏结晶的析出不仅会进一步引起混凝土膨胀性破裂，还会导致CH的减少，降低了混凝土强度。

在低温海水的环境下，硫酸盐侵蚀反应生成碳硫硅钙石，使水泥混凝土浆体变成糊状、无粘结力的物体，降低了混凝土强度，导致混凝土表面剥离。

④碳化反应：
在海洋潮湿环境下，极易发生混凝土碳化反应，即CO2与水泥石中的水化产物在有水的条件下生成CaCO3和H2O的反应。

混凝土的碳化会使混凝土的碱度降低，引起混凝土表面微细裂纹的产生，破坏了混凝土的抗拉与抗折能力。

（3）生物因素
海洋微生物作用：某些微生物菌(如硫酸盐还原菌、硫杆菌)通过生物化学反应造成对混凝土的腐蚀。

2.混凝土结构耐久性的保护措施
（1）提高钢筋混凝土表面保护层的厚度。

这是提高混凝土耐久性最为直接、简单且有效的方法。

保护层越厚，氯离子扩散到钢筋表面的路径就越长，钢筋表面氯离子达到破钝临界范围浓度所消耗的时间也越久。

但是保护层过厚，容易引起混凝土裂缝的产生。

所以根据力学性能的分析，需在混凝土不同部位布置合适的保护层厚度。

（2）混凝土结构表面涂层
利用成膜涂料在混凝土表面涂层，可以有效地阻碍海水中各种腐蚀物质的侵入。

试验数据表明，这种技术措施十分适用于水位变动区和浪溅区混凝土结构的表面防腐。

同时表面涂层还能有效延迟混凝土接触海水时间，确保了混凝土致密性和高抗海水氯离子侵蚀性能的形成，为海上现浇混凝土提供了技术支持。

（3）添加钢筋阻锈剂
钢筋阻锈剂是一种高效钢筋阻锈剂，掺入混凝土中可以阻止或延缓钢筋锈蚀。

它适用于普硅和矿渣水泥配制的混凝土，对粉煤灰、矿渣粉、硅灰和常用的减水剂有较好的相容性。

它在钢筋表面形成致密的保护层，当有害离子（如cl-）侵入混凝土结构中，它能有效地抑制、阻止和延缓钢筋锈蚀的电化学反应过程，从而延长钢筋混凝土结构的使用寿命。

（4）阴极保护法
阴极保护法可为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

通常采用外加电流的阴极保护法来保护混凝土结构耐久性。

这种方法通过将钢筋与电源负极相连，吸引阳
离子不断覆盖在钢筋表面，而阴离子覆盖在钝化膜附近，使得阳极极化到稳定的钝化区，阻止电化学反应的进行，达到保护混凝土结构的目的。

（5）优化混凝土本身材料组成：
①选用良好级配和粒形的粗骨料。

②添加优质的矿物掺和料。

如矿粉取代水泥能够很好改善混凝土抗氯离子渗透能力，我们就可以在混凝土掺加矿粉。

但是过量掺加矿粉会引起混凝土强度的急剧下降。

实验数据表明，矿粉当掺量达到60%左右时，混凝土就能达到最佳综合性能。

③合理选择水泥品种。

选用低水化热和含碱量偏低的水泥，避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥。

一般水泥应注意C3A 含量要小于5%，C3S含量小于50%，并限制C3A和C4AF总量要小于22%。

为了满足北方海洋环境下混凝土的抗冻性要求，应该采用强度不低于42.5级的水泥。

④掺用引气剂，使混凝土拌合物在拌和过程中引入空气而形成大量微小、封闭而稳定的微小气泡。

这些微小气泡降低毛细间隙中水膨胀时的压力，缓解部分内部应力，抑制裂纹生成和扩展，从而有效提高混凝土的抗渗性、抗透性以及抗化学侵蚀能力。

3.结语
北方海洋环境是十分复杂而又恶劣的。

它对混凝土结构耐久性的影响因素有物理方面、化学方面和生物方面。

随着沿海经济的发展、沿海及海洋建筑物数量的增多，在海洋环境下混凝土耐久性问题成为人们急需解决的问题。

本文通过分析研究海洋环境下对混凝土结构耐久性的影响因素及其作用机理，归纳总结了提高钢筋混凝土表面保护层的厚度、添加钢筋阻锈剂、阴极保护法、优化混凝土本身材料组成等保护海洋混凝土结构耐久性的方法。

随着社会科技的发展和新型材料技术的诞生，这些理论必将成为现实，并且得到进一步优化，北方海洋环境下混凝土的耐久性问题必将得到解决。

4.参考文献
【1】霍洪媛, 陈爱玖, 姚武,等. 海洋工程混凝土耐久性研究[J]. 混凝土, 2008(1):7-10.
【2】洪伟鲜, 周霄明. 海洋混凝土结构耐久性[J]. 科技与企业, 2013(23):246-246.
【3】张勇, 张虎. 海洋混凝土结构的劣化防止措施及混凝土的高性能化[C]// 沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法科技论坛暨全国混凝土耐久性学术交流会. 2004.
【4】吴瑾, 程吉昕. 海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性评估[J]. 水力发电学报, 2005, 24(1):69-73.
【5】周礼, 吴楠, 蒋蕾. 海洋环境下桥梁混凝土结构耐久性的防腐措施[J]. 山西建筑, 2012, 38(28):184-186.
【6】覃丽坤, 宋玉普, 赵东拂. 处于海洋环境的钢筋混凝土耐久性研究[J]. 混凝土, 2002(12):3-5.
【7】杨林. 海洋环境下混凝土结构的涂层防护研究[D]. 青岛理工大学, 2008. 【8】王继光, 金建昌, 汪冬冬. 海洋环境下混凝土结构的耐久性研究综述[J].
河南建材, 2013(4):38-39.。