摘要：从近年来我国建筑结构的使用状况来看，有很大一部分结构没有达到预期的使用寿命，氯离子引起的钢筋锈蚀是混凝土劣化的主要原因之一。在氯离子侵蚀作用下，钢筋钝化膜遭到破坏，腐蚀产物体积大约为钢筋自身体积的四到六倍，由此增加了混凝土保护层内的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土保护层由开裂到脱落，最终导致结构破坏。本文主要研究氯离子在混凝土中传输的影响因素及预防措施。
关键词：混凝土；裂缝；影响因素；预防措施
0 引言
氯离子入侵是引起混凝土中钢筋锈蚀的重要原因，往往决定了混凝土结构的使用寿命，是混凝土耐久性的重要问题，在开展耐久性研究的初期，学者们将氯离子在混凝土中的传输系数认定为某一定值，到20世纪90年代初期，随着研究的深入，人们发现氯离子的传输系数不仅与混凝土自身固有因素（如材料组成、孔结构、水化程度等）相关，也会受到外界因素，如温度、湿度、时间、养护条件等因素的干扰[1]。
1 影响因素
1.1 水灰比
水灰比（高性能混凝土称为水胶比）是衡量氯离子侵入的一个最直接的指标。大量试验结果显示，水灰比较高使得氯离子侵入混凝土的过程得到了促进。从微观机理上的解释是，当水灰比较大时，水泥颗粒外围的水层厚度会相应增加，水泥石内部的一部分拌合水相互贯通，形成毛细孔系统，增加了混凝土内部的孔隙率，相同条件下水灰比大的混凝土孔隙率越高。
1.2 水泥及掺合料
材料的传输特性决定混凝土抵抗侵蚀性介质传输的能力。水泥类型不同,其水化后内部孔结构不同，水化生成物对氯离子的吸附量不同，这对氯离子的渗透和混凝土的性能及钢筋锈蚀开始时间都有一定影响。不同类型水泥制成的水泥砂浆的抗氯离子侵蚀性能不同[2]。
掺和料能提高混凝土抗氯离子侵蚀能力，硅粉、偏高岭土、稻壳灰和适当掺量的矿渣等均能大幅度提高混凝土的抗氯离子渗透扩散能力。有试验表明水胶比0.6的混凝土抗渗性也略强于普通的水灰比0.45的混凝土原因是渗入的氯离子同混凝土中水化生成物会发生作用，而掺和料恰好有助于这种水化生成物的增加，从而减少了自由氯离子的数量。再者，掺和料优化了混凝土组分的级配，增强了混凝土的密实性，从而增强了抗渗能力。
1.3 龄期的影响
混凝土是一种水硬性材料，其水化作用需要很长时间才能完成。在浸入氯离子溶液前,试件养护的时间越长，水化作用就越充分，抗氯离子侵蚀性越好，故混凝土的龄期对氯离子的传输有重要影响。研究发现，水灰比较高的混凝土(0.60～0.66)随着时间的增长趋于达到一个稳定的扩散值，而水灰比较低的(0.48～0.52)则随着时间的增长而降低。
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1.4 环境温度
温度对于混凝土中氯离子的渗透有着双重作用：一方面，温度升高造成水分过快蒸发，使混凝土孔隙率增大致其渗透性增加；另一方面，温度升高使混凝土内部的水化速度加快，增加了混凝土密实性而减缓了氯离子的渗透。试验表明：当温度的变化范围为18℃-35℃时，对于混凝土耐久性的各项指标影响最大，如：混凝土的传输性、吸附性和渗透性。经过一段时间的养护，胶凝材料的水化趋于稳定，温度的升高会造成内部离子活动的加剧，传输能力得到提升，环境介质温度升高，离子运动速度加快，有利于离子的传输过程，对于扩散过程环境介质温度对氯离子传输过程的影响可按照指数函数形式进行修正。
1.5 裂缝
在实际工程中，混凝土结构在复杂的环境中承受着不同的荷载，这些外界作用会对混凝土内部的孔隙结构产生一定影响，而这种影响最主要的表现形式便是开裂。在存在水压力作用下，水会随着压力梯度渗入混凝土中，氯离子也会随水的渗透而进入混凝土中，这样会加速氯离子进入混凝土的速率，裂缝的曲折度越大氯离子的扩散路径越长，裂缝壁对氯离子的阻碍作用也相应增大，会减缓氯离子在裂缝内的扩散速度。然而，氯离子在裂缝内的扩散速度远大于在混凝土内的扩散速度，裂缝曲折性对氯离子造成的阻碍作用不是很大[3]。
2 预防措施
2.1 材料及配比要求
控制原材料带人混凝土中的氯离子量，包括骨料(主要是海砂)、拌和水和外加剂带入的氯离子。掺加硅灰、粉煤灰、磨细矿渣等矿物功能材料，改善和优化混凝土的微观结构，提高混凝土对氯离子的侵人阻碍能力；矿物功能材料对氯离子的初始固化(物理吸附)和二次水化产物的化学固化与物理化学吸附，使混凝土对氯离子有较大的固化能力，提高混凝土的抗氯离子渗透能力。降低水灰比，混凝土的水灰比越低，混凝土的密实性越高，氯离子在混凝土中的浓度越低，降低水灰比对于降低氯离子在混凝土中的渗透速度是很有效的。
2.2 其他措施
增加混凝土保护层厚度，保护层越厚，混凝土结构的耐久性就越好，氯盐环境中的工程，混凝土的保护层厚度最好不小于50mm。但是过厚的保护层在硬化过程中的收缩应力和温度应力得不到钢筋的控制很容易产生裂缝，弱化混凝土抗氯离子侵蚀的能力，一般设计保护层厚度为60-80mm。
添加钢筋阻锈剂，阻止或延缓氯离子对钢筋钝化膜的破坏；钢筋表面涂层，将防锈剂掺人聚合物水泥浆中作为钢筋表面涂层，可取得防腐蚀效果。在严酷的腐蚀环境中，可采用环氧树脂涂层钢筋、粉体型环氧树脂涂料、静电喷涂等；混凝土表面涂层，采用聚合物水泥砂浆涂层，可以降低氯离子渗透速率。还可以采用高耐碱性与混凝土粘结性好的底层涂层，中层采用能屏蔽氯离子而且变形性能好、不易开裂的涂料，面层采用耐候性好的涂层，抑制从外部侵人的氯离子。
3 结语
氯离子侵入混凝土构件中存在的一种普遍现象，降低了结构的耐久性能。明确氯离子在混凝土中传输的影响因素，应对氯离子的侵入采取有效预防措施。
参考文献：
[1] 吴中伟，廉慧珍．高性能混凝土[M]．中国铁道出版社，1999
[2] 叶海隆．混凝土裂缝对氯离子传输及水分影响深度的研究[D]．浙江大学，2013
[3] 张邵峰，陆春华，陈妤，等．裂缝对混凝土内氯离子扩散和钢筋锈蚀的影响[J]．工程力学，2012，S1：97-100
论文作者:余建福,邱松楠,赵世超,黄睿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/11
标签：混凝土论文; 氯离子论文; 水灰比论文; 水化论文; 钢筋论文; 离子论文; 裂缝论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;