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影響混凝土耐久性的主要因素
日期：2025-05-03 06:11
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摘要：
影響混凝土耐久性的主要因素
當(dāng)今世界混凝土破壞原因，影響混凝土耐久性的主要因素按重要性遞減順序排列是：鋼筋銹蝕、凍害、物理化學(xué)作用。”而來(lái)自海洋環(huán)境和使用防冰鹽中的氯離子，又是造成鋼筋銹蝕的主要原因。我國(guó)大型海洋工程的耐久性逐漸成為迫在眉睫的問(wèn)題。
混凝土中鋼筋銹蝕可由兩種因素誘發(fā)，一是海水中Cl-侵蝕，二是大氣中的CO2使混凝土中性化。國(guó)內(nèi)外大量工程調(diào)查和科學(xué)研究結(jié)果表明，海洋環(huán)境下導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕破壞的主要因素是Cl-進(jìn)入混凝土中，并在鋼筋表面集聚，促使鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。在跨海大橋周邊沿海碼頭調(diào)查中亦證實(shí)，海洋環(huán)境中混凝土的碳化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Cl-滲透速度，中等質(zhì)量的混凝土自然碳化速度平均為3mm/10年。因此，影響跨海大橋結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的*要因素是混凝土的Cl-滲透速度
混凝土大橋結(jié)構(gòu)布置和耐久性設(shè)計(jì)背景
1、大橋混凝土結(jié)構(gòu)布置
跨海大橋跨海段通航孔部分預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁、橋塔、墩柱和承臺(tái)均采用現(xiàn)澆混凝土；非通航孔部分以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主，其中50～70m的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁是重量超過(guò)1000噸的巨型構(gòu)件；陸上段梁、柱和承臺(tái)亦采用現(xiàn)澆混凝土?；炷恋脑O(shè)計(jì)強(qiáng)度根據(jù)不同部位在C30～C60之間。
2、跨海大橋附近海域氣象環(huán)境
我國(guó)跨海大橋多地處北亞熱帶南緣、東北季風(fēng)盛行區(qū)，受季風(fēng)影響冬冷夏熱，四季分明，降水充沛，氣候變化復(fù)雜，多年平均氣溫為偏低，海區(qū)全年鹽度一般在10.00～32.00‰之間變化，屬?gòu)?qiáng)混合型海區(qū)，海洋環(huán)境特征明顯。
3、跨海大橋面臨的耐久性問(wèn)題
在海洋環(huán)境下結(jié)構(gòu)混凝土的腐蝕荷載主要由氣候和環(huán)境介質(zhì)侵蝕引起。主要表現(xiàn)形式有鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、鹽類侵蝕、溶蝕、堿-集料反應(yīng)和沖擊磨損等。
我國(guó)跨海大橋多位于典型的亞熱帶地區(qū)，嚴(yán)重的凍融破環(huán)和浮冰的沖擊磨損可不予考慮；鎂鹽、硫酸鹽等鹽類侵蝕和堿骨料反應(yīng)破壞則可以通過(guò)控制混凝土組分來(lái)避免；這樣鋼筋銹蝕破環(huán)就成為*主要的腐蝕荷載。
跨海大橋跨海段通航孔部分預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁、橋塔、墩柱和承臺(tái)均采用現(xiàn)澆混凝土；非通航孔部分以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主，其中50～70m的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁是重量超過(guò)1000噸的巨型構(gòu)件；陸上段梁、柱和承臺(tái)亦采用現(xiàn)澆混凝土?；炷恋脑O(shè)計(jì)強(qiáng)度根據(jù)不同部位在C30～C60之間。
2、跨海大橋附近海域氣象環(huán)境
我國(guó)跨海大橋多地處北亞熱帶南緣、東北季風(fēng)盛行區(qū)，受季風(fēng)影響冬冷夏熱，四季分明，降水充沛，氣候變化復(fù)雜，多年平均氣溫為偏低，海區(qū)全年鹽度一般在10.00～32.00‰之間變化，屬?gòu)?qiáng)混合型海區(qū)，海洋環(huán)境特征明顯。
3、跨海大橋面臨的耐久性問(wèn)題
在海洋環(huán)境下結(jié)構(gòu)混凝土的腐蝕荷載主要由氣候和環(huán)境介質(zhì)侵蝕引起。主要表現(xiàn)形式有鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、鹽類侵蝕、溶蝕、堿-集料反應(yīng)和沖擊磨損等。
我國(guó)跨海大橋多位于典型的亞熱帶地區(qū)，嚴(yán)重的凍融破環(huán)和浮冰的沖擊磨損可不予考慮；鎂鹽、硫酸鹽等鹽類侵蝕和堿骨料反應(yīng)破壞則可以通過(guò)控制混凝土組分來(lái)避免；這樣鋼筋銹蝕破環(huán)就成為*主要的腐蝕荷載。
氯離子對(duì)鋼筋的銹蝕
氯離子侵入混凝土的途徑：Cl進(jìn)入混凝土中通常有兩種途徑：其一是“混入”，如摻用含氯離子外加劑、使用海砂、施工用水含氯離子、在含鹽環(huán)境中拌制澆注混凝土等；其二是“滲入”，環(huán)境中的氯離子通過(guò)混凝土的宏觀、微觀缺陷滲入到混凝土中，并到達(dá)鋼筋表面?！盎烊搿爆F(xiàn)象大都是施工管理的問(wèn)題；而“滲入”現(xiàn)象則是綜合技術(shù)的問(wèn)題，與混凝土材料多孔性、密實(shí)性、工程質(zhì)量，鋼筋表面混凝土層厚度等多種因素有關(guān)。
氯離子對(duì)鋼筋銹蝕機(jī)理：
1、破壞鈍化膜
水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致蜜的鈍化膜。鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的，當(dāng)pH＜11.5時(shí)，就開始不穩(wěn)定，當(dāng)pH＜9.88時(shí)該鈍化膜生成困難或已經(jīng)生存的鈍化膜逐漸破壞。Cl是極強(qiáng)的去鈍化劑，Cl進(jìn)入混凝土到達(dá)鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時(shí)，可使該處的pH值迅速降低，可使鋼筋表面pH值降低到4以下，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜。
2、形成腐蝕電池
如果在大面積的鋼筋表面上具有高濃度氯化物，則氯化物所引起的腐蝕可能是均勻腐蝕，但是在不均質(zhì)的混凝土中，常見的是局部腐蝕。腐蝕電池作用的結(jié)果是，在鋼筋表面產(chǎn)生蝕坑，由于大陰極對(duì)應(yīng)于小陰極，蝕坑發(fā)展十分迅速。
3、去極化作用
Cl不*促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用。通常把使陽(yáng)極過(guò)程受阻稱作陽(yáng)極極化作用，而把加速陽(yáng)極極化作用稱作去極化作用，Cl正是發(fā)揮了陽(yáng)極去極化作用。］、導(dǎo)電作用
混凝土中Cl的存在強(qiáng)化了離子道路，降低了陰陽(yáng)極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過(guò)程。
氯離子對(duì)鋼筋銹蝕機(jī)理：
1、破壞鈍化膜
水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致蜜的鈍化膜。鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的，當(dāng)pH＜11.5時(shí)，就開始不穩(wěn)定，當(dāng)pH＜9.88時(shí)該鈍化膜生成困難或已經(jīng)生存的鈍化膜逐漸破壞。Cl是極強(qiáng)的去鈍化劑，Cl進(jìn)入混凝土到達(dá)鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時(shí)，可使該處的pH值迅速降低，可使鋼筋表面pH值降低到4以下，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜。
2、形成腐蝕電池
如果在大面積的鋼筋表面上具有高濃度氯化物，則氯化物所引起的腐蝕可能是均勻腐蝕，但是在不均質(zhì)的混凝土中，常見的是局部腐蝕。腐蝕電池作用的結(jié)果是，在鋼筋表面產(chǎn)生蝕坑，由于大陰極對(duì)應(yīng)于小陰極，蝕坑發(fā)展十分迅速。
3、去極化作用
Cl不*促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用。通常把使陽(yáng)極過(guò)程受阻稱作陽(yáng)極極化作用，而把加速陽(yáng)極極化作用稱作去極化作用，Cl正是發(fā)揮了陽(yáng)極去極化作用。］、導(dǎo)電作用
混凝土中Cl的存在強(qiáng)化了離子道路，降低了陰陽(yáng)極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過(guò)程。