环境因素与弯曲荷载对混凝土抗腐蚀性能影响的试验研究

摘要

耐久性是混凝土结构设计时的主要问题之一，而氯离子侵蚀和碳化是影响混凝土结构耐久性不足的重要因素。碳化及氯离子侵入，致使混凝土中钢筋表面的保护膜破坏，引起钢筋锈蚀，从而降低混凝土构件的承载能力，缩短其使用寿命。
　　 本文以某强感潮河口下游区的水工混凝土工程为背景，在已有的研究基础上，实现了混凝土及构件在不同环境因素与弯曲荷载条件下的腐蚀试验；分析了人工气候环境条件下受载混凝土的自由氯离子浓度的分布规律和扩散性能、混凝土碳化深度、二氧化碳对混凝土中自由氯离子浓度分布的影响；对比研究了人工气候环境、人工气候环境与碳化共同作用及标准养护条件等三种条件下混凝土的扩散性能。
　　 根据混凝土及构件的腐蚀试验和结论分析，本文研究得到的主要结论如下：
　　 (1)弯曲荷载对构件受拉区混凝土的氯离子浓度分布和扩散系数的影响明显；腐蚀混凝土中均出现了与自然环境下相似的侵蚀特性，即存在明显的氯离子对流区，对流区厚度均为4～8 mm。
　　 (2)水灰比、腐蚀和养护时间也是影响混凝土中自由氯离子浓度分布的重要因素。但养护时间的影响不及水灰比和腐蚀时间明显。
　　 (3)弯曲荷载水平较低时，混凝土氯离子扩散性能受荷载水平的影响不是很明显；弯曲荷载水平增大到一定程度时，影响就比较明显。当弯曲荷载水平为30％Fmax～45％Fmax时，受拉区混凝土氯离子扩散系数为无荷载作用时的2～3倍。
　　 (4)在人工气候环境与碳化共同作用下，弯曲荷载水平和水灰比是影响混凝土构件碳化深度的主要因素。无论是受拉区还是受压区，水灰比越大，碳化深度就越深；受压区碳化深度随荷载水平提高而增大，受压区则相反。弯曲荷载作用下，混凝土的碳化深度可表示为荷载水平η(％)和无荷载时碳化深度Do的函数。
　　 (5)NEL法的试验结论验证了氯离子扩散系数随标准养护时间的延长而逐渐减小的规律。标准养护环境下，250 d后，混凝土氯离子扩散系数减小的趋势变缓；氯离子扩散系数与时间关系的模型中，经验常数m与水灰比之间存在较好的线性关系；推定的30 a时的混凝土的扩散系数分别为参考期的16％～35％。
　　 (6)根据试验结论，推定30 a时，标准养护环境下NEL法的混凝土扩散系数是人工气候环境下、氯盐与碳化共同作用条件下的50％左右；在人工气候环境条件下，CO2对混凝土扩散性能的影响不明显。