论文氯离子对混凝土结构的侵蚀论文综述.docx

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论文氯离子对混凝土结构的侵蚀论文综述

山东大学网络教育学院

毕业论文

论文（设计）题目：

钢筋混凝土结构氯离子腐蚀机理与对策

姓名：

章敏华学号132********003

年级：

2013秋

专业：

土木工程

学习中心：

台州科技职业学院

指导老师:

职称：

钢筋混凝土结构氯离子腐蚀机理与对策

摘要:

目前，我国的氯盐环境十分恶劣。

我国所处的氯盐环境包括：

海洋环境、氯盐类除冰盐的使用、盐湖和盐碱地和工业环境。

而氯盐对于混凝土结构的侵蚀十分严重，本文就混凝土氯盐防治的研究现状、氯盐对混凝土的侵蚀机理、氯盐侵蚀混凝土的防治措施等一系列方面，进行了深入分析与探讨。

关键词：

氯离子侵蚀混凝土钢筋机理对策

一、研究的目的及意义

我国海岸辽阔，海岸线很长，大规模的基本建设集中于沿海地区，而海边的混凝土工程由于长期受氯离子侵蚀混凝土中的钢筋锈蚀现象非常严重，已建的海港码头等工程多数都达不到设计寿命的要求。

我国北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠和氯化钙，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀破坏。

我国还有广泛的盐碱地，其腐蚀条件更为苛刻。

引起混凝土钢筋锈蚀的主要原因一般认为有三种：

混凝土碳化、氯离子引起的钢筋钝化和酸性介质引起的钢筋腐蚀。

通常认为氯离子钝化引起的钢筋腐蚀是最直接、最严重、和最普遍的。

20世纪30年代建造的美国俄勒冈州Alsea海湾上的多拱大桥，施工质量很好，但因混凝土的水灰比太大，较短时间内大量氯离子侵入混凝土，导致钢筋严重锈蚀，引起结构损坏。

用传统的方法局部修补破坏处，不久就发现修补处的钢筋又加剧腐蚀，不得不拆除、更换。

20世纪60年代建造的美国旧金山海湾的第二座SanMateo-Hayward大桥，处于浪溅区的预制横梁虽采用优质混凝土拌合物，但由于在混凝土浇筑养护时梁底部产生了微裂缝，给氯离子侵入创造了条件，因此钢筋发生严重锈蚀，1980年不得不花巨资修补。

日本运输省曾检查过103座混凝土海港码头，发现使用20年以上的码头都有相当大的钢筋锈裂。

澳大利亚的Sharp对62座海岸混凝土结构进行调查，发现海岸混凝土结构的耐久性问题都是与浪溅区的钢筋异常严重的服饰有关。

在美国，因撒除冰盐引起钢筋锈蚀破坏而限载通车的公路桥站占1/4，其中已经不能通车的占1%（约5000座），仅这些桥的维修费，就高达900亿元。

如果再加上车库、公路和房屋等因车辆带来的除冰盐导致钢筋锈蚀而需要的修补费，则估计高达2580亿美元。

英国的许多现代公路、公用与商业用钢筋混凝土结构是20世纪60年代到80年代建造的，因为除冰盐透过沥青防水层和2~3厘米厚的混凝土保护层到达钢筋一般要10~20年，所以其钢筋腐蚀引起混凝土结构的问题发现的比美国晚，但是这个问题正日益突出。

在英格兰岛中环线快车道上有11座高架桥由于冬天撒除冰盐，两年后就发现钢筋腐蚀使混凝土胀裂，使用到1989年的15年间，修补费已为造价的1.6倍，预计以后15年还将消耗接近造价6倍的费用。

不仅在国外由氯离子引起的钢筋锈蚀情况严重，国内情况同样不容乐观。

20世纪80年代中期，童保全等对浙东镇海沿海地区部分水闸工程破坏情况的调查，发现了混凝土结构由于受氯离子腐蚀而导致耐久性严重不足的问题。

调查按建成年限和环境条件等特点选取21座水闸和一个翻水站。

在这22座建筑物中，损坏严重弃用的3座，占8.7%；构件损坏严重要大修的有8座，占42.3%；局部损坏的8座，占42.3%；基本完好的，占8.7%。

单国良等对连云港第一和第二码头混凝土上部结构耐久性调查也表明，具有不同程度的钢筋锈胀破坏和纵裂的分别占58%和84%，主筋截面积损失率的最大值是24%。

1986年建成该海港的煤码头，使用不到4年即已出现钢筋锈胀裂缝。

20世纪90年代，黑龙江省开始修建混凝土高等级公路。

黑龙江是我国最严寒的地方，路面积雪和冰冻情况严重，混凝土路面必须要经受最严酷的使用环境考验。

哈绥公路自1994年下半年开始摊铺混凝土路面，到1995年8月完工。

1996年为满足在黑龙江省在亚布力召开的亚洲冬运会的交通量需求，公路管理部门根据交通部颁布的有关使用除冰盐的技术规程撒除冰盐。

1997年2月，撒除冰盐的路面和路肩表面出现大面积的混凝土剥蚀破坏，破损路段长19.5KM，这是由于除冰盐引起破坏的典型事例。

哈尔滨到大庆的哈大公路，在建成5年后混凝土就出现异常严重的顺筋胀裂和剥落，这也是由于撒除冰盐而人为造成的氯离子环境腐蚀混凝土结构破坏。

北京市市政工程设计研究总院对北京城区混凝土立交桥梁耐久性方面存在问题的现状进行普查，对原西直门立交桥、三元桥、东直门立交桥、大北窑桥和月坛桥等进行了氯化物侵入和钢筋锈蚀检测，调查结果表示，氯化物的侵入可以严重破坏钢筋的保护层。

早期建设的北京城市立交桥，混凝土标号低，抗渗性差，由于氯化物的侵入已经造成钢筋的严重锈蚀以及混凝土的剥落胀裂；近年来由于混凝土标号有所提高，在一定程度上缓解了氯化物的侵入速度，但是并不能完全阻止。

因此可以认为，对于城市立交桥梁而言，除冰盐造成混凝土内钢筋锈蚀是影响桥梁耐久性的主要原因。

总之，来自海洋环境和除冰盐的氯化物污染引起的钢筋锈蚀，是严重威胁混凝土结构耐久性最主要和最普遍的病害，造成了巨大的直接和间接的损失。

混凝土耐久性已是当今世界的重大问题，著名专家梅塔教授总结世界50年混凝土耐久性状况时，把钢筋腐蚀确认是影响耐久性的第一因素。

而世界范围内大量实践证明，氯盐正是在世界范围内造成结构物破坏和带来巨大经济损失的“罪魁祸首”。

因此“盐害”已经是一个世界性问题。

我国是氯盐环境的大国，更应该引起特别的重视。

二、国内外研究现状

目前，国内外对于氯盐对混凝土的侵蚀研究主要集中在以下几个方面：

（一）混凝土中氯离子侵蚀模型的研究

当前在混凝土中氯离子侵蚀模型中，科学家们把Boltzmarm变量转换、有限差分法和有限单元法等数学方法应用于Fick第二定律中，建立计算模型，并且引入了表面浓度随时间变化的函数、扩散系数随时间变化的函数，同时考虑了氯离子的结合作用、温度和自然条件的裂化效应等因素的影响，使氯离子侵蚀模型正在逐步趋于完善。

（二）表面氯离子浓度模型的研究

科学家根据当前混凝土中的氯离子浓度，应用差分方法绘出了未来的氯离子浓度分布；并基于半无限介质中氯离子浓度表达为Boltzmann变量指数衰减函数的假定，提出了确定氯离子浓度分布的数学模型。

（三）混凝土中氯离子传输机理的研究

在混凝土氯离子传输机理研究中，不同学者持不同观点。

ErvinPoilsen认为外界氯离子侵入混凝土的传输方式有三种：

毛细管吸附作用、渗透、扩散。

Collepardi认为扩散是氯离子侵蚀的主要方式，并以Fick第二定律描述氯离子在混凝土中的扩散行为。

除此之外，挪威、瑞典、丹麦等一些北欧国家学者做出了许多开创性的工作，对于明确氯离子在混凝土材料中的传输性能具有重要意义

（四）氯离子结合作用的研究

目前氯离子结合理论主要有线性结合理论、Langmul结合理论和Freundlich结合理论三种。

每种结合理论都有其合理性和适用范围。

当前研究中，科学家基于Fick第二扩散定律，已推导出综合考虑混凝土的氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和混凝土结构微缺陷影响的新扩散方程。

尽管如此，目前，科学家对于氯离子对混凝土侵蚀的研究还存在如下问题，需要更进一步的实验和探讨。

首先，影响氯离子扩散性的因素和机理仍然需进一步研究。

其次，目前对于氯离子和碳化相互间的化学作用对渗透的影响试验只考虑了单一因素的作用，而二者的耦合作用影响如何并没有十分明确的结论，这应是今后一个值得研究的课题。

第三，在现有的耐久性评估模型中，氯离子界限浓度值的作用是至关重要的，它直接关系到预测的准确性。

因此，未来的研究应该更加注重对氯离子界限浓度值的测量与计算。

第四，当前对开裂混凝土的物质传输研究还比较少，并且且多数理论和试验仅针对饱和水情况下的开裂混凝土。

第五，关于混凝土中氯离子传输的研究还带有很大的经验性，各个参数尚需大量实验进行进一步的确定。

三、氯离子进入混凝土途径及存在形式及侵蚀性研究

氯离子进入混凝土途径及存在形式

（一）我国的氯盐环境

目前，我国的氯盐环境十分恶劣。

我国所处的氯盐环境包括：

海洋环境、氯盐类除冰盐的使用、盐湖和盐碱地和工业环境。

1.海洋环境

通过对海水进行化学成分分析我们可以知道，海水中钠离子含量为1.06%，即每100g海水中就含有1g钠离子。

如此高的钠离子含量对于混凝土会产生极为严重的破坏，使混凝土发生严重的钢筋锈蚀和混凝土的剥落胀裂。

2.氯盐类除冰盐的使用

目前我国使用的除冰盐，其主要成分为氯盐。

每当到冬天，我国北方就会出现大面积降雪天气。

此时，为了保证交通顺畅与人们的正常通行，有关部门就会在马路上使用盐水，增加比热容，以加快冰雪的溶解。

但此举也会给路面及周边建筑混凝土造成很大的破坏，溶化后的雪水中的氯离子由于渗透作用渗透进混凝土之后就会对混凝土产生侵蚀，除此之外，氯离子不断扩散，还会对道路周边房屋地基等混凝土设施产生极大的腐蚀，不利于混凝土的长久使用。

3.盐碱和盐碱地

我国存在广泛的盐渍土地区。

沿海一带的盐碱地多以含氯离子为主；西部内陆地区的盐碱地有的以含氯离子为主，有的则以含硫酸盐为主，多数情况是混合盐。

同样会对混凝土造成很大危害。

4.工业环境

在我国，由于没有十分明确有效的规定，有可能会出现氯盐人为掺入混凝土的情况。

如为了节省点经费而滥用海砂或使用含氯盐超标的水拌制混凝土；或为了增加混凝土的早强性能，在混凝土中加入含氯盐的外加剂。

这些行为都会导致混凝土中氯离子浓度超标，对混凝土及钢筋造成巨大危害。

（二）氯盐进入混凝土的途径

氯离子进入混凝土通常有两种途径。

其一是“掺入”，如掺用含氯离子外加剂、使用海砂、施工用水含氯离子、在含盐环境中拌制浇筑混凝土等；其二是“渗入”，环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷渗入到混凝土中，并到达钢筋表面。

“掺入”现象大都是施工管理的问题；而“渗入”现象则是综合技术的问题，与混凝土材料多孔性、密实性、工程质量、钢筋表面混凝土层厚度等多种因素有关。

（三）氯盐在混凝土中的存在形式

氯盐进入混凝土中后，主要会以胶结物形式和溶液形式两种形式存在。

其中，胶结物形式主要包括结晶形式（溶液由于过饱和而在表面析出，在骨料表面形成盐的结晶体）和与土、砂胶合的形式（盐在经过溶解与再结晶过程之后，与土、砂结合在一起，形成骨料的一部分）。

溶液形式是指氯盐在溶解状态下渗入混凝土，会以溶液的形式存在于混凝土内部。

氯盐水解可生成金属根离子和酸根离子，与混凝土中Ca（OH）2发生多种化学反应。

当溶液中存在NH4Cl和MgCl2时，将发生如下化学反应：

2NH4Cl+Ca（OH）2——2NH3（气态）+CaCl2+2H20

MgCl2+Ca（OH）2——Mg（OH）2（沉淀）+CaCl2（易溶）

（四）氯盐侵蚀的危害

氯离子侵入混凝土后会，由于渗透作用到达钢筋表面，破坏钢筋表面致密的钝化膜，使露出的铁基体和尚完好的钝化膜区域形成电位差，从而形成腐蚀电池。

同时，由于氯离子的去极化作用，氯离子可以将阳极的产物及时“搬运”走，使阳极过程顺利甚至加速进行，加快了钢筋的腐蚀。

除此之外，混凝土中氯离子的存在强化了离子通路，降低了阴阳极间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，也极大程度上加速了电化学腐蚀过程。

除了对钢筋造成严重腐蚀，氯离子也会对混凝土本身造成一定程度腐蚀。

氯盐会对混凝土造成分解性腐蚀，生成一种不溶性的“复盐”，极大程度上降低了混凝土强度、硬度等各项力学指标。

氯离子侵蚀性研究

（一）荷载作用下混凝土侵蚀性研究

混凝土内部细微观结构边界条件影响混凝土中氯离子传输方式。

混凝土材料应用于钢筋混凝土结构，一