静水压力下混凝土中氯离子传输机理研究

摘要

氯离子侵蚀是造成钢筋混凝土结构耐久性劣化的主要原因之一。为了减少因氯离子侵蚀而造成的经济损失，国内外众多学者对混凝土中氯离子的传输机理进行了系统性的研究。目前，菲克第二定律被认为是描述混凝土中氯离子传输规律的最佳模型。但是菲克第二定律的应用范围也是有限制的，即只有在扩散是唯一的或者至少是氯离子侵入混凝土的主要方式的情况下，菲克第二定律才是适用的。然而对于承受较大静水压力的地下结构而言，静水压力会对氯离子在混凝土中的传输产生怎样的影响，菲克第二定律是否仍然适用?针对上述问题，本文主要开展了以下几个方面的研究并得到了相应结果：
　　(1)研究了不同静水压力、不同水压作用时间和不同龄期等条件下，氯离子在混凝土中的传输与分布特点。研究发现，对于埋深较浅或地下水位较低的地下结构(静水压力一般不超过0.1MPa)，静水压力对氯离子在混凝土中的传输影响并不大；混凝土中氯离子渗透深度随着水压、水压作用时间的增加而增加，但氯离子渗透深度与水压、水压作用时间之间并不是简单的线性关系。
　　(2)针对目前采用渗透高度法评价混凝土渗透性的实际情况，通过试验研究了静水压力作用下氯离子和水分在混凝土中的传输规律，分析了混凝土中水分渗透同氯离子渗透过程的关系。研究发现，在静水压力作用下，混凝土中氯离子传输同水分传输并不同步，但氯离子渗透深度同渗水深度成一定的线性关系。为今后建立静水压力作用下混凝土中氯离子传输数值模型奠定理论基础。
　　(3)研究了利用现有混凝土抗渗仪等设备评价混凝土中氯离子渗透性的可行性。研究发现采用目前国标规定的渗透高度法，可以较好的评价混凝土抗氯离子渗透性能，为今后评估混凝土结构抗氯离子侵蚀性能方法的标准化提供依据。
　　(4)针对目前氯离子侵蚀作用下结构寿命预测模型多基于菲克第二定律的情况，通过比较扩散法和氯离子渗透法所得混凝土抗氯离子侵蚀性能结果，研究了两种传输方式各自的适用条件。研究发现，在研究静水压力下混凝土中氯离子的传输规律方面，采用非稳态扩散方法更适用于评价不掺矿物掺合料的混凝土。而对于掺有矿物掺合料的混凝土则有可能夸大其抗渗性能；对于埋深较大、抗渗要求高的结构，要保证其在氯离子侵蚀环境下的使用寿命应优先考虑提高其抗渗性。为今后细化氯离子环境下混凝土结构性能评定方法，实现合理评定地下工程抗氯离子侵蚀性能提供理论基础。