严寒腐蚀环境下混凝土结构耐久性检测分析
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作者:薛素艳
摘 要：我国沿海地区混凝土结构耐久性问题突出，对混凝土码头耐久性进行调查研究，分析码头耐久性病害主要特点，研究混凝土中氯离子相对扩散系数的变化规律，提出混凝土结构使用寿命预测模型，为混凝土加固设计提供科学依据。混凝土结构应用于沿海地区特殊结构中，混凝土码头为我国外贸经济发展提供了重要保障，我国沿海地区混凝土结构工作环境条件复杂，氯盐腐蚀是影响混凝土结构耐久性的首要因素。
关键词：混凝土耐久性 检测技术 腐蚀环境
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0015-02
已建的海港混凝土码头工程多数达不到设计寿命要求，需长期进行维修加固，我国由于腐蚀造成的损失为3600亿元，混凝土结构耐久性研究可以揭示建筑结构潜在危险，避免发生重大事故。对新建结构耐久性设计具有指导意义，对混凝土码头进行耐久性调查，分析码头破损主要特点，检测混凝土码头裂缝宽度，混凝土碳化程度，分析混凝土码头损坏程度，提出预测混凝土结构使用寿命的方法。
1 腐蚀环境下混凝土结构耐久性研究
地球海域面积占总体的71%，随着海洋的不断开发，很多问题逐渐暴露。我国交通部对国内混凝土港口进行调研，发现80%以上的港口出现严重的锈蚀破坏。
20世纪70年代，部分西方国家对腐蚀情况进行系统性调查法，发现由腐蚀产生的经济损失占GNP的5%，新建结构钢筋防护节约1美元成本，严重破坏后的维修费达到125美元。我国20世纪50年代建设的海湾桥梁工程使用多年，随着海洋十三五规划启动，港口成为海上丝绸之路重要通道，不断更新防护是海港发展的必然要求。
混凝土孔隙溶液是高碱性环境，（OH）失去电子，生成活性氧原子，吸附于钢筋表面，夺取电子形成O2，反应生成致密氧化膜覆盖于钢筋表明，对钢筋起保护作用，外界环境渗透的腐蚀颗粒与钢筋直接接触，钝化膜破坏主要原因是混凝土碳化，氯离子侵蚀。钝化膜破坏后钢筋与水接触，转化为活化状态，有钝化膜覆盖的部位为阳极区，电子由阳极区流向阴极区。混凝土结构的常用防锈蚀措施主要包括增加混凝土保护层厚度，加入缓蚀剂，电化学保护法。
我国对混凝土耐久性的研究最早始于20世纪60年代，多为碳化方面的研究。21世纪后，海洋学者对混凝土氯离子扩散理论发展进行了深入研究。混凝土中氯离子扩散理论发展迅速，计算模型需要根据构件功能不同做出改动，理论应用到实际工程的例子较少。
2 北部湾港混凝土码头耐久性检测
北部经济湾区是我国西部大开发的重点地区，是北部湾区经济区开发的龙头，初步建成面向东盟的亿吨现代化枢纽港。2012年上海交大与中交四航局联合对混凝土码头进行耐久性调查，分析混凝土码头的破损类型原因，发现北部湾港混凝土码头主要存在混凝土腐蚀，钢筋锈蚀，结构不均匀沉降等问题。混凝土腐蚀问题严重。
氯盐腐蚀环境下混凝土码头，码头力学性能产生退化，通过准确可靠的方法为码头耐久性研究提供技术资料。采用回弹法检测混凝土码头强度，对检测数据进行分析研究，混凝土码头大气区与水位变动区强度检测结果服从正态分布，混凝土强度符合《混凝土结构防腐技術规范》要求。
混凝土码头裂缝采用裂缝综合测试仪检测，根据裂缝分布情况，间距，裂缝产生原因主要是温度变化导致混凝土收缩，混凝土应力集中。氯盐腐蚀环境下混凝土保护层需要良好的密实性，采用钢筋保护层测试仪检测混凝土保护层厚度，混凝土码头保护厚度达到《混凝土结构防腐技术和规范》的要求。通过混凝土保护层保护厚度的检测为钻孔取样试验及钢筋腐蚀行为研究提供依据。
采用钻孔取样法研究混凝土码头的碳化程度，采用冲击钻在大气区，水位变动区沿混凝土深度方向钻孔取样，先测试混凝土的碳化程度，用酚酞试剂喷洒在洞口，洞口四周指示剂未变色，说明混凝土码头未碳化。验证了研究海洋环境下，混凝土碳化对结构的影响小，可不考虑碳化对混凝土结构耐久性的影响。结合钢筋保护层试剂的检测结果，确定氯离子侵蚀深度在80mm内，分层钻孔取样取10个区段，每个区段粉样中游离氯离子浓度用RCT测试仪测出，氯离子含量随混凝土表面深度增加减小，不同分区在同一 深度的氯离子含量水位变动区最大，由于各分区氯离子来源特点决定，钢筋处氯离子浓度小于《港口水工建筑物检测技术规范》中腐蚀临界氯离子浓度。
基于Fick第二扩散定律，建立考虑温度对氯离子结合作用，混凝土应力状态的氯离子扩散方程。在已知结构服役时间等条件下，可计算出不同深度氯离子有效扩散系数，有效氯离子扩散系数随深度增大，相对氯离子扩散系数随深度增大趋于减缓。在氯盐腐蚀环境下，混凝土内钢筋表面氯离子浓度达到钢筋锈蚀临界氯离子浓度，钢筋钝化膜破坏。混凝土结构耐久性失效，根据《港口水工建筑物检测技术规范》，可以求得码头使用寿命。
3 结语
对北部湾混凝土码头进行调查研究，对混凝土码头进行耐久性检测，研究氯离子有效对扩散深度变化规律，提出结构使用寿命预测模型，为维修加固设计提供依据。下一步研究工作是建立锈蚀钢筋保护层膨胀开裂时间预测模型。
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