【浅谈提高码头工程混凝土结构的抗氯离子渗透性的措施】混凝土氯离子
时间：2019-05-27 03:19:32 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：码头工程由于建筑位置的特殊性很容易受到氯离子的侵蚀而影响混凝土结构的耐久性，在降低码头工程使用寿命的同时还会引发一系列的安全问题。因此本文对码头工程混凝土结构的氯离子侵蚀过程和提高混凝土结构抗氯离子渗透性的措施进行分析。
关键词：码头工程；混凝土；抗氯离子渗透；防护措施
Abstract: This article analyzes a pier of concrete by the chlorine ion erosion process and improves the measures of resistance to chloride ion penetration of concrete structures.Key words: terminal project; concrete; resistance to chloride ion penetration; protective measures
中图分类号：TU375文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
1、码头工程混凝土结构的侵蚀过程
码头工程是指江边或者内河专门用来提供船舶停靠，进行装卸货物或者承载旅客的建筑物，主要包括仓库、堆场、道路、铁路以及其他配套设施等。由于码头工程处于恶劣环境和暴露性环境，因此经常因钢筋的锈蚀而导致结构的破坏，直接影响到码头混凝土结构的耐久性。引起钢筋锈蚀的原因中，尤以氯离子的渗透对钢筋混凝土结构的危害性最大，以下就对码头工程混凝土结构的氯离子侵蚀过程进行简要分析：
根据码头工程混凝土结构受氯离子侵蚀影响的程度不同，可以分为初级阶段以及发展阶段两大部分。其中初级阶段是指码头工程在建立之初，水中的氯离子沿着混凝土表面的孔隙慢慢渗入到钢筋周围，然后当氯离子浓度到达临界值时破坏钢筋表面的钝化膜，这一阶段直到钢筋开始发生锈蚀为止；发展阶段是指码头工程混凝土结构内的钢筋由于失去钝化膜，开始与氯离子发生电化学反应一直到钢筋发生锈蚀以至于码头工程混凝土结构出现严重破坏为止。在发展阶段中，水中的氯离子不断渗入到混凝土当中，致使钢筋锈蚀的程度不断加剧，而这一过程又可以分为中期、后期以及晚期三个时间段。中期是指混凝土内的钢筋失去钝化膜与氯离子发生电化学反应开始慢慢锈蚀，一直到码头工程混凝土结构因为钢筋锈蚀肿胀而出现较为明显的破坏，例如钢筋胀裂、层裂甚至剥落；后期是指从码头工程混凝土结构由于钢筋胀裂、层裂甚至剥落一直发展到混凝土结构无法承受为止，此时则需要对码头工程的混凝土结构进行全面大修；晚期是指码头工程混凝土结构中钢筋锈蚀情况十分严重，并且已经扩大到使整个结构区域性破坏，以至于无法继续使用。
2、提高混凝土结构抗氯离子渗透性的措施
氯离子扩散系数是反映混凝土耐久性的重要指标，它主要与与混凝土内部孔隙结构数量和特征等内在因素有关，同时也受温度等环境因素的影响。而码头工程混凝土结构由于环境的特殊性常会受到氯离子的侵蚀，主要原因是由于氯离子与钢筋发生的电化学反应而引起的。氯离子侵入混凝土的途径通常有两种：一是组成混凝土拌合物的原材料本身具有而混入混凝土中，如使用含氯离子的施工用水、使用海砂、掺用含有氯离子的外加剂、在含盐环境中拌制浇注混凝土等；二是混凝土结构周围环境中的氯离子含量过高而渗入结构中，这与混凝土的密实性、多孔性、混凝土施工质量及混凝土保护层的厚度等有关。鉴于此，本文对提高码头混凝土结构抗氯离子渗透性的措施进行如下分析：
2.1 严把混凝土原材料的质量关
混凝土主要是由胶凝材料、颗粒状集料、水以及一些的外加剂、掺合料按照一定比例混合而成，所以混凝土自身的耐久性、抗压强度以及孔隙度与原材料质量及其配合比有很大的关系。因此在施工过程中，应把好原材料质量关。根据《水运工程混凝土施工规范》（JTS 202-2011）中有关混凝土拌合物中的氯离子占胶凝材料质量百分比的最高限量值的规定如下:
在施工过程中，应将混凝土拌合物中的氯离子含量严格控制在规定值范围内。首先从控制原材料质量开始，在原材料进场时应进行检验并符合现行行业标准《水运工程质量检验标准》（JTS 257-2008）的有关规定。根据码头工程的环境特点，混凝土的原材料选择应该满足以下几点要求：在选取水泥时，选择标准稠度较低的水泥，严禁使用烧粘土质的火山灰质硅酸盐水泥；选择粗细骨料时，应选择级配良好并且洁净的中粗砂细骨料，当混凝土拌合用砂选用海砂时，海砂中的氯离子含量应符合《水运工程混凝土施工规范》（JTS 202-2011）中的有关规定；选用拌合用水时适宜选用生活饮用水，且钢筋混凝土拌合用水的pH值、不溶物、可溶物、氯离子、硫化物、硫酸盐等质量指标必须符合规范规定；选择粗骨料时，应选择粒径的范围控制在25㎜以内、用岩石立方体抗压强度或者压碎指标检验其强度，应符合规范的规定，且质地坚硬、级配良好、针片状少、孔隙率低的粗骨料，海水环境严禁采用碱活性骨料；选用外加剂时，掺用的外加剂要符合有关标准，对于钢筋混凝土、预应力混凝土结构，严禁掺用氯盐外加剂，同时外加剂的品质应符合《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）的有关规定；混凝土中掺加掺合料的质量应符合《水运工程混凝土施工规范》（JTS 202-2011）第4.4.1-3条的规定。其次在混凝土配合比设计方面，应严格控制混凝土的水灰比，因水灰比越大,混凝土抗氯离子渗透性越差，混凝土的配合比设计是直接影响混凝土质量的关键因素。为使混凝土配合比设计满足工程设计和施工需要，在施工中，混凝土配合比的设计应严格按《水运工程混凝土施工规范》（JTS 202-2011）的有关规定执行。
2.2 适当增加混凝土保护层的厚度和加强施工质量控制
适当增加混凝土保护层厚度是提高钢筋混凝土使用寿命的最直接、简单而且经济有效的方法。因为适当增加码头工程混凝土结构保护层能够有效地延缓海水中的氯离子渗入到钢筋周围的时间。通常情况下对于保护层的厚度有着非常严格的界定，混凝土的钢筋保护层厚度应符合《水运工程混凝土质量控制标准》（JTS 202-2-2011）的规定。因为如果保护层厚度过小，无法起到有效地保护作用，过大则会因为混凝土收缩，使得表面应力失衡从而出现温度裂缝，同时也增加了施工成本，增加了结构自重荷载。
另外，加强混凝土施工质量控制可有效防止氯离子侵蚀混凝土结构。在混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等均应满足《水运工程混凝土施工规范》（JTS 202-2011）规定。在施工过程中做到施工时不漏浆，振捣到位，每一振点的振捣持续时间应能保证混凝土获得足够的捣实程度。同时加强混凝土质量检查。
2.3 混凝土的钢筋主筋直径的控制
控制好混凝土的钢筋主筋直径也是防止海水侵蚀的一种有效措施，通常在设计阶段要进行考虑。通常情况下混凝土结构保护层的厚度应该是主筋直径2.5倍，因为钢筋混凝土结构的主筋直径与产生的电阻成反比，即直径越大产生的电阻反而越小，这样一来就会使钢筋在电化学反应的过程产生较大的锈蚀电流，而且还会产生更多的锈蚀产物，所以对码头工程混凝土结构的危害性也越大。由此可知，在混凝土保护层厚度相同的情况下，使用的钢筋越粗，钢筋直径对混凝土保护层厚度的比值越大，钢筋发生电化学反应到混凝土结构表面开始发生胀裂的时间也就越短。
2.4 其他防锈蚀措施
目前使用比较广泛的防锈蚀措施包括环氧涂层钢筋、混凝土表面涂层以及混凝土表面涂覆浸入型涂料三种。其中环氧涂层钢筋是指在钢筋表面涂抹一层厚度约为0.15～0.3㎜的环氧树脂薄膜，通过这层环氧树脂薄膜将钢筋与氯离子有效地隔离开防止钢筋发生电化学反应。经过实践证明，使用环氧涂层钢筋能够有效地延缓锈蚀发生的时间，提高钢筋的防腐蚀性能，但环氧涂层钢筋在使用过程中对其质量要求高，使其应用受到了一定的限制；混凝土表面涂层是指在混凝土结构的表面涂抹一层耐碱、抗老化并且能够很好地附着在混凝土表面的覆盖料，同样是以隔离层的形式防止海水中的氯离子、氧气以及水等渗入到混凝土结构的孔隙当中，从而起到延缓钢筋发生电化学反应的作用，这种方式简单、有效，因此被广泛应用在海港以及跨海大桥等工程当中；混凝土表面涂覆浸入型涂料与混凝土表面涂层的方法相同，通过给混凝土结构表面涂抹一层浸入型涂料，但是这种材料并不能形成一层隔离膜，而是一种粘度很低的液体，经过风干后，通过毛细孔表面张力的作用渗入到数毫米的混凝土结构表层当中，然后与孔壁内的氢氧化钙发生化学反应，以非极性基使毛细孔憎水化或者填充部分细孔，从而降低混凝土结构的孔隙率，这种方式的优点在于它不会形成隔离层，所以不会影响混凝土结构的透气性以及透水蒸气性。
3、结束语
由于钢筋混凝土原材料丰富、价格低廉、抗压强度大，因此被广泛应用于各个工程建筑领域，尤其是在码头工程当中钢筋混凝土结构占有相当大的比例。但是由于混凝土表面存在大量的孔隙，海水中的氯离子很容易侵蚀到混凝土内部导致钢筋锈蚀，降低了混凝土结构的耐久性。因此需要采取必要的防护措施，本文从混凝土原材料的选择、混凝土保护层厚度、施工质量和主筋直径的控制以及其他防锈蚀措施的应用等方面对提高码头工程混凝土结构的抗氯离子渗透性措施进行了分析，为日后提高码头工程混凝土结构的耐久性的工程措施提供参考。
参考文献：
[1] 叶雄顺.提高海港码头混凝土结构耐久性的措施 [J].水运工程,2005(10):63-65.
[2] 夏宁,于孝民,任青文.混凝土结构耐久性研究现状[J].水利水电科技进展.2005,25(04):63-66.
[3] 张晓峰.提高码头工程建筑中混凝土结构耐久性措施及策略[J].中国水运,2007,07(04):63-65.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
