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钢筋混凝土结构常常因为耐久性不足而达不到设计使用寿命,碳化与氯离子渗透是影响混凝土结构耐久性的两大主要因素。目前,大量海岸工程的建设,使沿海地区混凝土结构的数量迅速增长,而混凝土材料性能也面临着严酷海洋环境的挑战。海水中的氯离子侵入混凝土内引发钢筋锈蚀,大大缩短结构工作寿命,并可能在短期内危害结构的使用安全。
本课题依托国家自然科学基金项目“沿海混凝土建筑的破坏机理与修复技术”,主要针对青岛沿海混凝土的耐久性机理进行了相应的试验研究。通过从青岛海边暴露多年的混凝土结构中钻芯取得了大量的试件,试验测定了混凝土的CaCO3含量、碳化深度、氯离子含量及孔隙率,分析了海洋环境中混凝土的碳化及氯离子渗透规律,并进一步研究了海工混凝土的耐久性及寿命预测方法.
试验结果表明:青岛海工混凝土的完全碳化深度接近0mm,所测定的试件的最大部分碳化区长度也不到18mm,碳化对混凝土结构的耐久性影响很小,氯离子渗透引起钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要原因。氯离子的分布曲线可分为对流区与扩散区;在对流区氯离子主要通过毛细管吸收作用进入混凝土;而在扩散区,氯离子主要通过浓度梯度下的扩散作用进入到混凝土内部。而在混凝土质量很好,表面涂有防水涂料时,其分布曲线只有扩散区,与Fick第二定律吻合较好。海工混凝土经过长达20多年的暴露后,其扩散系数的数量级为10-13m2/s,在所有暴露26年的混凝土试件中,理论表面氯离子浓度最大的为1%(与混凝土质量比)。最后根据本课题的相关分析结果,对青岛地区海工混凝土结构的寿命预测提出了建议,可取浪溅区混凝土表面氯离子浓度为1%,运用Fick第二定律对青岛地区海工混凝土结构的耐久寿命进行预测。