混凝土氯离子渗透和碳化性能检测方法及劣化指标的研究

摘要

氯离子侵蚀和碳化是引起钢筋锈蚀从而导致结构混凝土耐久性下降的重要原因。因此，有必要建立统一、有效的检测方法及劣化指标来研究混凝土的氯离子渗透和碳化性能，从而指导混凝土耐久性设计与施工、评价混凝土质量以及预测混凝土结构使用寿命。
　　 在氯离子渗透性试验的诸多方法中，Permit法（Permeation migration test）是目前唯一一种能够现场测定混凝土保护层氯离子渗透性能且近似无损的方法，因而具有广泛的应用前景，但至今研究较少。本课题采用RCPT法（Rapid Chloride Permeability Test）和RCM法（RapidChloride Migration test）两种典型的试验方法与Permit法进行比较研究，测试了一系列不同龄期的普通混凝土及粉煤灰、矿粉单双掺混凝土的渗透性，分析了三种试验方法之间的相关性。研究结果表明，Permit法能较好地反映混凝土的氯离子渗透规律，值得推广应用。该法测得28d养护龄期的混凝土氯离子扩散系数与相同龄期下RCM试验结果之间相关性最好，并结合GB/T50476-2008建立了基于Permit法的混凝土氯离子侵入指标。
　　 与自然环境中CO2的实际体积浓度（一般0.03％）相比，我国标准加速碳化试验中的CO2体积浓度（20％）明显偏高。为此，本文在国外研究的基础上，探索采用低浓度加速碳化法研究混凝土碳化性能的可行性。通过低浓度碳化法与我国标准碳化法的对比研究发现，低浓度碳化法90d时的碳化深度与标准碳化法28d的结果之间相关性较好，与28d抗压强度之间也有良好的相关性，从而提出了低浓度（3％）下90d碳化龄期的混凝土碳化性能指标。
　　 材料的微观结构决定了其宏观的行为机制。本文采用MIP（Mercury IntrusionPorosimetry）、可蒸发水含量法（Evaporative Water Method）及XRD等常用手段比较全面地考查了混凝土的微观特性，讨论了结构混凝土宏观性能与其内部微观结构之间的相互关系，试图通过混凝土材料的组成、结构来反映其宏观性能。结果表明，氯离子渗透性能与孔隙率之间有良好的相关性，即可认为孔隙率是影响混凝土氯离子渗透性的主要因素。混凝土的碳化性能与孔隙率之间也存在着一定的关系，但相关性较差。结合XRD试验结果分析得知，孔隙率不是影响混凝土碳化速率的最主要因素，混凝土的碳化速率与其内部可碳化物质氢氧化钙（CH）含量密切相关，CH含量越低，可吸收的CO2的量越少，碳化速率就越快。矿物掺合料能与水泥熟料水化时产生的CH结合，降低了混凝土孔隙中的液相碱度，加快了碳化速率。
　　 由于施工技术等原因，实际结构中混凝土保护层与实验室内测定的混凝土材料的耐久性之间存在着一定的差异。因此，有必要开展实际环境因素作用下结构混凝土耐久性现场检测与评估，为海工结构混凝土的寿命预测提供数据支撑，同时也为合理养护制度与方法的制定提供技术指导。本文选取宁波某已建海工码头东侧便桥的关键结构部位，对结构混凝土外观、力学性能、碳化深度、钢筋保护层厚度、混凝土氯离子含量和混凝土碱含量进行现场检测。检测结果表明，由于长期受海水的冲刷或浸泡，部分构件混凝土存在着破损、开裂等结构过早劣化现象，不同部位影响程度不同。即使是相同的结构部位，不同测区的测试结果也可能相差较大。其中，同一水平面的混凝土碳化深度从上部到下部逐渐减少；不同海洋暴露区域碱含量大小次序是：水下区>潮汐区>大气区；同一取样深度的不同结构部位，氯离子浓度大小次序是：水下区>潮汐区>大气区。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 混凝土中钢筋锈蚀的机理

1.2.1 氯离子侵入引起的钢筋锈蚀

1.2.2 碳化引起的钢筋锈蚀

1.3 国内外混凝土氯离子渗透和碳化性能检测方法研究概况

1.3.1 氯离子渗透性试验方法研究动态

1.3.2 碳化试验方法研究动态

1.4 混凝土耐久性指标及寿命预测

1.4.1 环境类别与作用等级

1.4.2 氯离子作用下混凝土的耐久性指标及寿命预测

1.4.3 碳化作用下混凝土的耐久性指标及寿命预测

1.5 本文主要研究内容

1.6 创新点

第二章 试验原材料、配合比及试验方法

2.1 原材料

2.1.1 水泥

2.1.2 矿物掺合料

2.1.3 集料

2.1.4 外加剂

2.1.5 水

2.2 配合比

2.3 试验方法

2.3.1 抗压强度试验

2.3.2 氯离子渗透性能试验

2.3.3 碳化性能试验

2.3.4 微观试验

第三章 氯离子渗透与碳化试验结果分析及劣化指标

3.1 抗压强度试验结果与分析

3.2 氯离子渗透性能试验结果与分析

3.3 碳化性能试验结果与分析

3.4 不同方法测试结果之间的相关性

3.4.1 氯离子渗透性能试验结果之间的相关性

3.4.2 碳化性能试验结果之间的相关性

3.4.3 碳化性能与抗压强度试验结果之间的相关性

3.5 混凝土的耐久性指标的建立

3.5.1 氯离子作用下混凝土的耐久性指标

3.5.2 碳化作用下混凝土的耐久性指标

3.6 本章小结

第四章 孔隙率及CH含量与宏观性能的相关性

4.1 孔隙率试验

4.2 XRD结果与分析

4.3 混凝土内部孔特性与其宏观耐久性之间的相关性

4.3.1 孔隙率试验与氯离子渗透性能试验结果之间的相关性

4.3.2 孔隙率试验与碳化性能试验结果之间的相关性

4.4 本章小结

第五章 某海港码头结构混凝土耐久性质量检测与评估

5.1 工程概况

5.1.1 码头简介

5.1.2 环境及气候特征

5.2 检测对象、内容及方法

5.2.1 检测对象

5.2.2 检测内容及方法

5.3 检测结果及评定

5.3.1 混凝土强度

5.3.2 钢筋保护层厚度

5.3.3 碳化深度

5.3.4 碱含量

5.3.5 不同深度氯离子含量

5.3.6 混凝土表层氯离子渗透性

5.4 耐久性寿命预测

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 问题与建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文