海工混凝土课件

江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.内容提要1、什么是海工混凝土2、海工混凝土腐蚀情况3、海水环境混凝土部位划分4、海工混凝土破坏特征5、海洋氯化物的环境作用等级6、海工混凝土破坏类型7、海工混凝土破坏原因及现象8、影响海工混凝土耐久性的首要因素9、氯离子侵入混凝土的途径10、氯离子侵入混凝土的机理11、氯离子对钢筋锈蚀机理12、氯离子渗透与扩散氯离子侵入模型——Fick第二定律氯离子扩散系数的时间依赖性氯离子扩散系数临界氯离子浓度表面氯离子浓度混凝土保护层厚度氯离子扩散系数的测试方法13、氯离子腐蚀的防护措施14、高性能海工混凝土的配制15、高性能海工混凝土工程实例江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.海工混凝土是指在海滨、海水中或受海风影响的环境中服役，受海水或海风侵扰的混凝土。海工混凝土包括海岸工程和近海工程以及虽在岸上，但受到海水或海洋大气的物理化学作用的构筑物所用混凝土。如:海港、入海河口整治、挡潮闸、工业引水、跨海桥梁、海岸防护、潮汐发电站、大型深水码头、海洋平台、临近入海口的内河港、桥梁等。海工混凝土由于经常地或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气（含有氯离子），或受波浪、流水的冲击、磨损等作用，而遭受损害，缩短耐用年限。什么是海工混凝土江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.浙东沿海混凝土结构工程调查二次调查：1994年、2000年调查结果：80%以上都发生了严重或较严重钢筋锈蚀破坏，出现锈蚀破坏的时间有的不到10年。海工混凝土腐蚀情况江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.华南海港码头混凝土腐蚀情况的调查与结构耐久性分析我国海港工程混凝土结构耐久性现状及对策(潘德强)海港工程混凝土结构耐久性寿命预测与健康诊断研究技术文件-报告简本江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.海工混凝土破坏特征沿海海工混凝土建筑物处于氯盐、镁盐、硫酸盐等强侵蚀环境，受外部环境破坏情况如下:水位变化区以上结构：受大气腐蚀。水位变化区(包括浪溅区、潮汐区)：环境水以动态存在，存在盐类的结晶膨胀、高碱性物质溶析、海水中Mg2+，Cl-、SO42-对混凝土侵蚀、冻融循环、干湿交替、钢筋锈蚀等，这一区域的腐蚀破坏最为严重。水位线以下区域:受海水化学侵蚀。江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.水下区和土中区：周边永久浸没于海水或埋于土中桥墩，基础III-D大气区(轻度盐雾)：距平均水位15m高度以上的海上大气区；涨潮岸线以外100～300m内的陆上室外环境桥墩，桥梁上部结构构件；靠海的陆上建筑外墙及室外构件III-E大气区(重度盐雾)：距平均水位上方15m高度以内的海上大气区；离涨潮岸线100m以内、低于海平面以上15m的陆上室外环境桥梁上部结构构件；靠海的陆上建筑外墙及室外构件潮汐区和浪溅区，非炎热地区桥墩，码头III-F潮汐区和浪溅区，炎热地区桥墩，码头注：1近海或海洋环境中的水下区、潮汐区、浪溅区和大气区的划分。按国家现行标准《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275的规定确定；近海或海洋环境的土中区指海底以下或近海的陆区地下。其地下水中的盐类成分与海水相近；2海水激流中构件的作用等级宜提高一级；3轻度盐雾区与重度盐雾区界限的划分，宜根据当地的具体环境和既有工程调查确定；靠近海岸的陆上建筑物，盐雾对室外混凝土构件的作用尚应考虑风向、地貌等因素；密集建筑群，除直接面海和迎风的建筑物外，萁他建筑物可适当降低作用等级；4炎热地区指年平均温度高于20℃的地区；5内陆盐湖中氯化物的环境作用等级可比照上表规定确定。海洋氯化物的环境作用等级GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.海工混凝土破坏原因及现象江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.影响海工混凝土耐久性的首要因素海洋是Cl-的主要来源，海水中通常含有3%的盐，其中主要是Cl-。以Cl-计，海水中的含量约为19000mg/L。海风、海雾中也含有Cl-，海砂中更含有不等量的Cl-。我国海岸线长，大规模的基本建设多集中在沿海地区，尤其是海洋工程如码头、护坡和防护堤等由于Cl-引起的钢筋锈蚀破坏十分突出。沿海地区已出现河砂匮乏，不经技术处理就使用海砂的现象亦日趋严重，这也为Cl-引起钢筋锈蚀破坏创造了条件。工程经验教训表明，海水、海风和海雾中的Cl-和不合理的使用海砂，是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一。混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发，一是海水中Cl-侵蚀，二是大气中的CO2使混凝土中性化。大量工程调查和科研结果表明，海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀。调查中亦证实，海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于Cl-渗透速度，中等质量的混凝土自然碳化速度平均为3mm/10年。因此，影响海工混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-渗透速度。江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.氯离子侵入混凝土的途径氯离子侵入混凝土的途径：一是“混入”，如掺用含氯离子外加剂、使用海砂、施工用水含氯离子、在含盐环境中拌制浇注混凝土等；二是“渗入”，环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷渗入到混凝土中，并到达钢筋表面。“混入”现象大都是施工管理问题；“渗入”现象则是综合技术问题，与混凝土材料多孔性、密实性、工程质量，钢筋表面混凝土层厚度等多种因素有关。氯离子源之三：原材料江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.氯离子通过混凝土内部的孔隙和微裂缝体系从周围环境向混凝土内部传递，有以下几种方式：毛细管作用，即盐水向混凝土内部干燥的部分移动；混凝土干燥---遇海水----被海水饱和---再干燥-蒸发纯水，氯盐留在混凝土中……（毛细管作用）渗透作用，即在水压力作用下，盐水向压力较低的方向移动；扩散作用，即由于浓度差的作用，氯离子从浓度高的地方向浓度低的地方移动；电化学迁移，即氯离子向电位较高的方向移动。氯离子侵入混凝土的机理江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.破坏钝化膜水泥水化的高碱性(pH＞12.6)，使钢筋表面产生一层致密的钝化膜。以往的研究认为钝化膜是由铁的氧化物构成,但有研究表明,该钝化膜中含有Si-O键,对钢筋有很强的保护能力.然而该钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。当pH＜11.5时，钝化膜就开始不稳定(临界值)；当pH＜9.88时钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。Cl-进入混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处的pH值迅速降低到4以下，从而破坏该处的钝化膜。江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部（点），使这些部位（点）露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域构成电位差。铁基体作为阳极而受腐蚀，大面积的钝化膜区作为阴极。腐蚀电池作用的结果，钢筋表面产生点蚀（坑蚀），由于大阴极（钝化膜区）对应于小阳极（钝化膜破坏点），坑蚀发展十分迅速。这就是Cl-对钢筋表面产生“坑蚀”为主的原因所在。江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.去极化作用阳极反应生成的Fe2+如果不能及时搬运走而积累于阳极表面，则阳极反应就会因此而受阻；Cl-与Fe2+相遇会生成FeCl2，从而加速阳极过程。Cl-这种加速阳极的过程，称作阳极去极化作用。FeCl2是可溶的，在向混凝土内扩散时遇到OH-，立即生成Fe(OH)2(沉淀)，在水和氧的存在下又继续氧化成Fe(OH)3(铁锈)。OHHClOHFeOHFeCl2222222)(4OHFeClOHClFe2222442可见，Cl-只是起到了“搬运”作用，它不被“消耗”。也就是说，凡是进入混凝土中的Cl-，会周而复始地起破坏作用，这正是氯离子危害的特点之一。江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.导电作用腐蚀电池的要素之一是要有离子通路。混凝土中Cl-的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。氯盐中的阳离子(Na+、Ca2+等)，也降低阴、阳极之间的欧姆电阻，但不参与阴、阳极过程。氯盐对钢筋锈蚀影响的强弱，与其达到钢筋表面的浓度有关。氯盐对混凝土也有一定的直接破坏作用（如结晶膨胀和增加冻融破坏等），但氯离子引起钢筋锈蚀，从而导致混凝土结构的破坏，在通常情况下是起主导作用的。江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.氯离子渗透与扩散氯化物渗透进入混凝土中有三种基本的迁移方式:纯氯化物离子的扩散;氯化物和水结合在一起迁移;毛细管吸附.这三种迁移机制可能同时发生。在混凝土的孔隙中充满水或者充水程度较高情况下,氯离子的迁移主要由扩散作用引起。江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.有关氯离子在混凝土中扩散的研究是由Collepardi于1970年开始的,并于1972年发表了基于Fick第二定律的氯离子扩散系数的计算结果。Fick第二定律很方便地将氯离子的扩散浓度与扩散系数和扩散时间联系起来,可以直观地体现结构的耐久性。由于Fick第二定律的简洁性及与实测结果之间较好的吻合性,现在它已成为预测氯离子在混凝土中扩散的经典方法。选择Fick第二扩散定律基本上也是基于一种经验的假定,因为它的模型参数具有明确的物理意义,并且它的解可以很好地拟合现有结构的实测结果。假定混凝土中的孔隙分布是均匀的,氯离子在混凝土中的扩散是一维扩散行为,浓度梯度仅沿着暴露表面到钢筋表面的方向变化。氯离子扩散的主要影响因素江苏博特新材料有限公司JiangsuBoteNewMaterialsCo.,Ltd.第二定律描述：Fick第二定律的解取决于问题的边界条件。C为氯离子浓度