海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型及耐久性的探析.pdf

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1、海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型及耐久性的探析●曹鹏飞朱炯薛琦马吉【摘要]文章从氯离子侵蚀机理入手，对海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型的构建进行了分析，最后探讨了提高混凝土耐久性相关建议，旨在为海工工程建设持续发展提供更多的支持。【关键词】海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型耐久性近年来，我国路桥工程获得长足发展，东南沿海地区兴建了大量桥梁工程，在促进地区经济发展、方便人们出行等方面发挥着积极作用。但由于近海的原因，桥梁长期处于冻融循环与氯离子侵蚀影响下，混凝土保护层开裂、钢筋锈蚀等现象较内陆桥梁更为严重，直接影响整个工程稳固性。现如今，我国学者对于混凝土结构

2、耐久性研究开始于20世纪60年代，时至今日，进入全新阶段，且由理论朝着实践方向转变，混凝土结构的耐久性评定与设计等将成为下一研究重点。因此本文将以氯离子对结构侵蚀模型与耐久性作为主题进行深入探讨，以进一步完善和补充现有理论成果。一、氯离子侵蚀机理分析一般来说，混凝土结构中的钢筋表面都存在一层钝化膜，能够保护钢筋不受到腐蚀，该保护膜即时水泥水化后形成的，能够紧密地附着在钢筋表面上。当该层氧化膜存在时，能够隔绝氯离子的侵入，但如果与氯离子发生反应，水与氧气将会在钢筋表层上发生化学反应，钢筋表面形成阳极，铁物质发生溶解，铁离子生成。此时，钝化膜处为阴极，当

3、阳极传来电子后，最后生成氢氧离子。针对预应力混凝土结构而言，受到腐蚀因素的影响，钢材断面小且长时间处于高应力状态下，直接削弱钢筋预应力，引发应力腐蚀现象。长此以往，钢筋不断腐蚀，混凝土结构裂缝也会持续加剧，最后出现脆性断裂，产生极大的危害。因此一旦氯离子达到钢筋表面开始侵蚀，将难以补救。为了避免这一现象的产生，我们要提前做好防范。二、海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型构建要想保障预应力混凝土结构稳定性，延长工程使用寿命，我们需要了解和掌握影响侵蚀的因素。受到混凝土自身密实性等因素的影响，其过程不稳定，且较为复杂。故假定混凝土是半无限均匀介质，空隙分布均匀

4、，氯离子在混凝土上扩散趋势为一维形态，对于其侵蚀模型的构建具体如下：1．表面浓度、使用年限的解析根据Fick第二定律来看，氯离子对于钢筋的侵蚀符合该定律，即ig!：生一ni：竺虹2ot1-一dOx2其中，Dd、c分别代表的是氯离子扩散系数、氯离子质量浓度。此时需要说明的是该模型仅考虑了扩散影响因素，并不涉及原材料、渗透性及氯离子结合能力等其他因素。2．时间及深度因素根据现有研究成果来看，在构建氯离子侵蚀模型过程中，需要充分考虑时间与扩散深度，即：署=De，可02c一警+鲁等其中，c为氯离子质量浓度；s为质量浓度临界值；成为混凝土密度。根据上述模型计算

5、，我们能够掌握氯离子在特定时间范围内对钢筋的侵蚀速度。除此之外，当确定氯离子扩散系数后，针对预测预应力混凝土结构的耐久性会有较大的推动作用。混凝土自身具有较高的应力，因此在模型构建中，可以根据应力水平描述结构应力状态对侵蚀的影响。3．耐久性分析当钢筋表面处存在的自由氯离子浓度逐渐增加，突破临界点后，钢筋便会受到腐蚀。因此预应力混凝土结构从主筋受到侵蚀至整个结构瓦解的时表1氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性预测问极短，故在海洋环境下预应力结构耐久性极限状态方程如下：z【f)=c：。，一Co—aec，【d，f)=0其中，d为保护层厚度，而c。表示的是氯离子

6、l临界浓度。当处于侵蚀环境时，结构可靠度与氯离子浓度、扩散系数等要素之间存在密切的关系，其中可靠度与质量浓度关系如图1。图l预应力混凝土结构可靠度与氯离子质量浓度关系图4．实例分析与其他环境工程不同，跨海桥梁常年处于氯离子来源较为稳定的海洋侵蚀环境当中，对其耐久性分析，可以根据上述侵蚀模型进行计算，以此来了解工程耐久性，为后续工作提供更多支持。为了提高文章研究针对性与实用性，将选取国内与国外桥梁工程作为研究对象，对工程耐久性进行评价。在实践评价中，我们对于工程耐久性评价方法的选择很多。如混凝土抗冻融性能，可以根据相关规程，对其抗冻融性能进行试验，将结

7、果作为评价依据。或者采用电通量等系数，上述指标能够反映出混凝土抵抗能力，且能够体现出钢筋的寿命，对于耐久性评价来说非常重要。另外，还可以对混凝土的碱含量等进行测试。经过测试后，氯离子侵蚀环境下，混凝土结构使用耐久性情况表1。编号混凝土保护层工程名称厚度(x／cm)(m2／s)(cm2／a)K、R取值耐久性预测／aK=91国内跨海工程5．015．0×10130．472115．7R=4．6K=102丹麦斯多贝尔特大海峡隧道366．0×10130．187116．5R=4．6根据表l数据来看，在海洋环境下，工程使用寿命均在110年以上，能够满足设计基准期限1

8、00年的设计要求。可见，在氯离子环境下，采用考虑多因素作用的侵蚀模型符合实际，有利于工程施工设计与控制。三、