氯离子侵蚀环境下混凝土裂缝与钢筋锈蚀关系探讨

氯离子侵蚀环境下混凝土裂缝与钢筋锈蚀关系探讨

作者：杨益

来源：《装饰装修天地》2017年第20期

摘 要：针对氯离子侵蚀环境下混凝土裂缝与钢筋锈蚀关系，结合理论实践，通过相应的实验，深入分析了氯离子环境下混凝土结构裂缝控制模糊可靠度，希望对相关单位有一定帮助。

关键词：氯离子侵蚀环境；混凝土裂缝；钢筋锈蚀；实验分析 1 引言

截止目前为止，对钢筋混凝土耐久性的研究大多数是基于完好的混凝土，但是对真实工程的混凝土构件的研究还有待进一步深入，在具体应用时，钢筋混凝土容易受到环境、温度、材料、配比等因素的影响，难免会产生宏观或者微观的裂缝。在这样的基础上，开展氯离子侵蚀环境下混凝土裂缝与钢筋锈蚀关系的探讨就显得尤为重要。 2 氯离子对混凝土的侵蚀作用 2.1 扩散机制

氯离子侵蚀介质在混凝土内的传输，其本质上指的是混凝土孔隙溶液中带电分子或者离子的迁徙过程。而扩散机制指的是在氯离子浓度梯度的作用下，钢筋混凝土中氯离子在传输，从浓度高的位置向浓度向浓度低的位置移动。当混凝土处于饱水状态下时，整体迁移并不会在孔隙水中发生，氯离子迁徙的动力主要来自于混凝土内外氯离子的浓度梯度，也就是扩散的过程。相同专家通过大量研究表明，虽然氯离子在混凝土中传输的过程非常复杂，而且容易受到外界温度、湿度、水化反应等因素的影响。也是氯离子侵入混凝土内部的主要途径，就物理学理论知识而言，扩散过程可分两大类，一类是非稳态扩散过程，另一类是稳态扩散过程。通常情况下，氯离子的扩散机制主要通过Fick扩散定律来进行描述【1】。 2.2 渗透机制

氯离子随着孔隙水发生整体迁徙的现象称之为渗透作用，在混凝土内部，如果孔隙中饱水程度不同，就会发生渗透现象，主要体现在饱和度高的孔隙水部位向空隙水低的部位进行渗透，同时伴随着氯离子的迁徙。

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2.2.1 毛细孔虹吸机制

毛细孔虹吸主要的作用是为了平衡混凝土毛细孔内壁对液面两侧的压力而出现的液位发生整体流动的现象。也就说即是混凝土表层处于非饱水状态，氯离子也会向混凝土中相对比较干燥的方向移动。

3 氯离子侵蚀环境下混凝土裂缝与钢筋锈蚀试验 3.1 試验材料和参数

采用C30商品混凝土进行试验，坍落度控制在150～170mm之间。水泥选择广西南宁华润水泥厂生产的P.O42.5级硅酸盐水泥，砂选擇防城港市茅岭河生产的砂，其细度模数大约为2.5，砂率为40%，粗骨料为防城港市防城区滩营碎石，级配5-31.5mm。 3.2 试验方法及过程

此次试验主要研究的是氯离子在混凝土表面的侵蚀，为切实提高氯离子在混凝土当中实现充分运输，就必须把试块涂抹上环氧树脂胶然后平铺放置在质量分数为10%的氯化钠溶液当中，确保样品的侵蚀面全面侵入氯化钠溶液当中，浸泡45天以上，在此阶段每隔2～3天补充一次氯化钠溶液，为实现氯离子的干湿循环试验，干湿循环每24小时一个循环周期，总共设置45周期，具体步骤为：

第一步，取粉。沿着侵蚀裂缝的方向取粉，取粉深度分别为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm共10个试样组，以混凝土侵蚀裂缝和钢筋的位置交叉处为取粉的起始点，分别沿着裂缝两侧获取混凝土试样粉末，距离裂缝的位置分别为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm把获取的粉末放入自封袋当中保存待用。

第二步，筛粉、烘粉。把获取的混凝土粉末通过0.5mm筛进行筛选，然后放置到温度为100℃（±5℃）的烘干箱中烘干8～10小时，然后取出冷却到室温。

第三步，配制试样溶液。从选择的试样组当中各取1.5g粉末，用50mL的去离子水进行配置，并盖上胶皮塞，防止水分散失，并充分振荡配制30分钟【2】。

第四步，氯离子含量检测。把振捣好的溶液放置到小烧杯中，并用小吸管选取一滴离子稳定剂放入到待测溶液当中，并充分搅拌均匀，然后利用NCL-AL型氯离子快速检测仪来测定氯离子的含量，以确定混凝土质量的百分比。

第五步，钢筋锈蚀长度的测量。利用电液伺服试验机来获取完整的试块，凿开试件取出钢筋，然后用游标卡尺来测量钢筋锈蚀的长度。

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3.3 氯离子在开裂混凝土内运输规律分析

通过离子选择电极法检测混凝土裂缝周围区域氯离子含量，完好混凝土当中的氯离子浓度明显高于裂缝区域浓度，裂缝的宽度越大，氯离子的浓度越大，相同位置当中氯离子浓度普遍呈现上升趋势，对完好的混凝土而言，氯离子的迁移主要以扩散和渗透为主，通过浓度差异特性逐步侵入混凝土内部。也就是说氯离子的浓度并不会随着间距的变化而改变，而且趋势也比较平缓。但对于开裂的混凝土而言，由于有裂缝的产生，加速了氯离子浸入混凝土试块的侵蚀速度，氯离子从原始渗透侵蚀逐渐转变为扩散侵蚀，主要变现为二维扩散满足，因此，裂缝的横向宽度越大侵蚀效果越明显【3】。 3.4 裂缝处钢筋锈蚀长度结果分析

由于该试件主要放置在质量分数我10%的氯化钠溶液当中，并经历了45次干湿循环，并利用电液伺服材料试验机把试块压酥，然后取出钢筋，通过游标卡尺测量钢筋的锈蚀长度如表1所示：

从表1中可以看出，混凝土裂缝位置钢筋的锈蚀程度随着裂缝宽度的增大而增加，由于此次试验裂缝宽度的测量值为实测值，因此，上述试验难以证明保护层厚度以及钢筋直径对混凝土裂缝位置钢筋锈蚀的长度影响规律。此时就需要引进MATLAB软件来进行多元线性回归分析，结果表明，钢筋直径对钢筋锈蚀长度的影响非常小，甚至可以忽略不计，只要通过控制混凝土裂缝宽度和保护层厚度就可以有效预测出钢筋的锈蚀长度【4】。 4 结束语

综上所述，本文结合理论实践，深入分析了氯离子侵蚀环境下混凝土裂缝与钢筋锈蚀关系，得出以下几点结论：

（1）氯离子在干湿循环作用下，完好混凝土氯离子的浓度明显低于开裂混凝土中氯离子的浓度，其扩散深度大约为30～50mm。

（2）根据裂缝不同深度区域当中氯离子浓度的具体分布情况可可以看出，在距离裂缝表面35mm时，氯离子浓度基本趋于稳定。

（3）通过对比混凝土裂缝处和距离裂缝20mm处不同深度范围当中氯离子浓度分布的具体情况可以看出，裂缝宽度对混凝土中氯离子传输的影响在裂缝位置最大，随着距离的增加氯离子浓度逐步降低。 参考文献：

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[1] 左国望，苏骏，李扬.氯盐侵蚀环境下裂缝对混凝土内氯离子含量的影响分析[J].武汉大学学报（工学版），2016（2）：269～273.

[2] 李云峰，李瀛涛，高新丽.海工混凝土在化学与力学耦合作用下抗氯离子渗透性能研究[J].混凝土，2013（11）：43～45.

[3] 刘鹏，余志武.人工模拟与自然的氯盐环境中混凝土氯盐侵蚀相似性研究[J].中国铁道科学，2014（4）：136～138.

[4] 张建清.腐蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律[J].重庆建筑，2014（10）：

56～59.