1、2015年第2期【總第304期)Number2in2015(TotalNo304)混凝土Concrete理論研究THEETICALRESEARCHdoi：103969／jissn1002—3550201502008荷載與環(huán)境共同作用對(duì)混凝土氯離子滲透性的研究進(jìn)展楊濤，關(guān)博文，楊曉凱，李選文。陳華鑫(長(zhǎng)安大學(xué)a公路學(xué)院Ib材料科學(xué)與：【程學(xué)院，陜西西安710064)摘要：鋼筋混凝土常作為負(fù)荷結(jié)構(gòu)用于道路、橋梁、隧道等工程中，然而由于氯離子

2、的侵蝕，導(dǎo)致混凝土過(guò)早劣化。在實(shí)際環(huán)境中，混凝土構(gòu)件在遭受氯離子侵蝕時(shí)，常要受到荷載和環(huán)境因素的影響。基于此，總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外荷載(持續(xù)荷載、疲勞荷載)和環(huán)境因素(干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、碳化、其他腐蝕介質(zhì))共同作用下混凝土氯離子滲透性的研究進(jìn)展，并評(píng)述了他們研究中存在的問(wèn)題及不足，為今后的進(jìn)一步研究提出一些建議。關(guān)鍵詞：荷載；干濕循環(huán)；凍融循環(huán)；碳化中圖分類(lèi)號(hào)：TU52801文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002；一3550(2015)02—

3、0029—04ResearchprogressonthechlideionpermeabilityofstressedconcretecouplingwithenvironmentsYANGTao，GUANBowen，YANGXiaokai，LIXuauwen，CHENHuaxin(aHighwayCollege；bSchoolofMaterialsScienceandEngineering，Changanuniversity，Xihn

4、710064，China)Abstract：Reinforcedconcreteisoftenusedasaloadstructureofroads，bridges，tunnelsandotherprojects，however，duetotheerosionofchlorideions，resultinginprematuredeteriorationofconcreteConcretestructureswhensubjectedt

5、ochlorideionpenetration，oftenhavetobeaffectedbyloadandenvironmentalfactorsBasedonit，thispapersummarizesthecouplingofload(continuousloads，fatigueloads)andenvironmentalfactors(freeze—thawcycles，wetanddrycycle，carbon~ion，ot

6、hercorrosivemedia)onchlorideionpermeabil—ityofconcretedomesticandaboardinrecentyears，reviewedtheproblemsanddeficienciesintheirstudies，andprovidesomesuggestionsforfurtherresearchinthefutureKeywords：loading；wetanddrycycle；

7、freeze—thawcycles；carbonation0引言鋼筋混凝土不僅具有混凝土抗壓強(qiáng)度高、施工簡(jiǎn)便、可塑性好等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了混凝土抗折強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，常作為負(fù)荷結(jié)構(gòu)用于道路、橋梁、隧道、海港等工程中。然而在鹽堿地帶、近海地區(qū)、灑除冰鹽地區(qū)，混凝土經(jīng)常遭受氯離子的侵蝕，致使鋼筋混凝土發(fā)生鋼筋銹蝕，過(guò)早劣化，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大損失。前幾十年，研究荷載對(duì)混凝土氯離子滲透性的影響已較多，趙尚傳等、金偉良等、方永浩等對(duì)荷載作用下混凝土

8、中氯離子的滲透性進(jìn)行了總結(jié)。而在服役使用期內(nèi)的鋼筋混凝土構(gòu)件，不僅需要承受荷載，還要承受環(huán)境因素的影響，如干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、碳化、化學(xué)介質(zhì)等。因此，研究荷載與干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、碳化、化學(xué)介質(zhì)等環(huán)境因素對(duì)混凝土中氯離子滲透性的影響顯得非常重要，也更加符合工程實(shí)際。近年來(lái)，各國(guó)研究者陸續(xù)開(kāi)展了一些荷載與環(huán)境因素共同作用對(duì)氯離子滲透性的影響的研究。本研究主要介紹持續(xù)荷載、疲勞荷載與干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、碳化等環(huán)境共同作用對(duì)氯離子滲透性的影響

9、。1持續(xù)荷載與環(huán)境因素對(duì)氯離子滲透的影響11持續(xù)荷載與干濕循環(huán)共同作用Yoon等對(duì)100mlTlX150mmx1170mm鋼筋混凝土混凝土用四點(diǎn)加載法施加不同應(yīng)力水平的持續(xù)荷載，同時(shí)置于3％NaC1鹽池中進(jìn)行干濕循環(huán)(浸泡4d，干燥3d)，用半電池電位法和電動(dòng)電流法測(cè)試混凝土內(nèi)鋼筋的起始銹蝕時(shí)間。發(fā)現(xiàn)施加應(yīng)力的混凝土梁比未施加應(yīng)力的梁起銹時(shí)間短，且應(yīng)力水平越高，鋼筋的起始銹蝕時(shí)間越短。即在干濕循環(huán)制度下，彎曲荷載越大，氯離子的侵蝕速度越

10、快。Castel等先對(duì)承受彎曲荷載的混凝土試件用鹽霧噴6年，然后置于干濕循環(huán)環(huán)境之中，14年后測(cè)試混凝士受拉區(qū)的氯離子含量。與不施加荷載的混凝土試件相比，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變最大區(qū)的氯離子滲透系數(shù)比無(wú)應(yīng)變區(qū)增加40％。Wang等對(duì)比了人工潮汐環(huán)境和鹽霧噴灑環(huán)境中施加不同應(yīng)力水平彎曲荷載的混凝土梁的氯離子擴(kuò)散系收稿日期：2014—07—23基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51308062)；中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2013M540726)；“十二五”

11、國(guó)家科技支撐項(xiàng)目(2011BAE27B04)29學(xué)兔兔www.xuetutu.com海水中混凝土鋼筋的腐蝕更嚴(yán)重。由此可見(jiàn)，疲勞荷載和干濕循環(huán)都促進(jìn)了鋼筋的腐蝕，促進(jìn)了氯離子的侵蝕。蔣金洋等在氯鹽的干濕循環(huán)中，發(fā)現(xiàn)在抗壓疲勞荷載和抗彎曲疲勞荷載下，循環(huán)次數(shù)存在一臨界值，當(dāng)循環(huán)次數(shù)超過(guò)這一值時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。孫偉、蔣金洋等先對(duì)高性能混凝土(HPC)和高性能纖維混凝土(HPFRCC)試件施加疲勞彎曲荷載，使混凝土試件產(chǎn)生不同程度的

12、殘余應(yīng)變，然后在35％NaC1溶液中對(duì)混凝土干濕循環(huán)，20次于濕循環(huán)(60d)之后測(cè)試受拉區(qū)不同深度處氯離子的含量。發(fā)現(xiàn)隨著殘余應(yīng)變的增大，混凝土內(nèi)部的氯離子含量增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大。殘余應(yīng)變存在6010～、12010兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，當(dāng)殘余應(yīng)變小于6010～，氯離子擴(kuò)散系數(shù)變化很??；當(dāng)殘余應(yīng)變大于120lO～，氯離子擴(kuò)散系數(shù)急劇增大，HPC和HPFRC的氯離子的擴(kuò)散系數(shù)都達(dá)到未疲勞損傷昆凝土的2倍以上。并擬合得出HPC和HPFRC氯離子

13、擴(kuò)散系數(shù)與殘余應(yīng)變存在指數(shù)關(guān)系。Pack等調(diào)查了11座潮汐區(qū)橋齡為0654865年的橋墩的氯離子擴(kuò)散情況，發(fā)現(xiàn)相同深度處氯離子的含量隨時(shí)問(wèn)增長(zhǎng)而增加，氯離子的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間的增長(zhǎng)缺逐漸減小，并且建立潮汐區(qū)長(zhǎng)期氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間的關(guān)系：Dm((睪)㈩式中：D(t)——時(shí)刻的擴(kuò)散系數(shù)；D——f時(shí)刻的擴(kuò)散系數(shù)(通常指28d)；m——時(shí)間因子。Pack等建立的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間的關(guān)系模型基于實(shí)際工程環(huán)境，橋梁橋墩不僅承受由橋梁自重引起壓

14、荷載、車(chē)輛引起的疲勞荷載，而且遭受海水漲潮、退潮引起的干濕循環(huán)和氯鹽侵蝕，真實(shí)的反映了氯離子的擴(kuò)散情況。然而，筆者沒(méi)有考慮交通條件、海水干濕循環(huán)條件等因素對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響，當(dāng)此模型用于其他交通、侵蝕條件時(shí)，誤差會(huì)較大，適用性不高。22疲勞荷載與凍融循環(huán)共同作用Trottier、Forgeron等研究了疲勞荷載與凍融循環(huán)交互作用對(duì)混凝土性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩者共同作用與單一因素作用相比，混凝土性能劣化不太明顯。李文婷等認(rèn)為只有當(dāng)疲勞荷載

15、或凍融循環(huán)使混凝土產(chǎn)生足夠多的裂縫，使局部軟化或裂縫連通，兩者共同作用才會(huì)使混凝土性能急劇下降。蔣金洋等副認(rèn)為只有當(dāng)混凝土的殘余應(yīng)變大于6010時(shí)，疲勞荷載與凍融循環(huán)耦合作用下氯離子的擴(kuò)散系數(shù)才會(huì)急劇增大。目前，研究疲勞荷載與凍融循環(huán)共同作用對(duì)混凝土性能的影響主要集中于結(jié)構(gòu)層面，研究對(duì)氯離子擴(kuò)散性能的影響鮮有報(bào)道。蔣金洋等是根據(jù)疲勞荷載下載混凝土氯離子擴(kuò)散性能和疲勞荷載下的抗凍性能，推斷出當(dāng)混凝土的殘余應(yīng)變大于6010時(shí)，疲勞荷載與凍融

16、循環(huán)耦合作用下氯離子的擴(kuò)散系數(shù)才會(huì)急劇增大，并不是通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)得出的結(jié)論。在寒區(qū)灑除冰鹽的橋梁、路面，交通荷載、凍融、氯離子侵蝕同時(shí)作用，而現(xiàn)有文獻(xiàn)中，試驗(yàn)條件都是對(duì)混凝土試件先施加疲勞荷載然后凍融循環(huán)或者先凍融循環(huán)然后施加疲勞荷載，并不是疲勞荷載與凍融循環(huán)的耦合作用對(duì)氯離子侵蝕的影響，不符合實(shí)際工程環(huán)境。23疲勞荷載與碳化共同作用的影響與持續(xù)荷載與碳化共同作用對(duì)混凝土氯離子侵蝕的影響一樣，研究疲勞荷載與碳化共同作用對(duì)混凝土氯離子侵蝕影

17、響的報(bào)道也很少。目前的研究主要集中于疲勞荷載對(duì)氯離子滲透性、疲勞荷載對(duì)碳化、碳化對(duì)氯離子滲透性的影響。從這些研究成果，可以做此推論：疲勞荷載與碳化共同作用下氯離子的擴(kuò)散性能可以分為三個(gè)階段：第一階段，當(dāng)疲勞荷載產(chǎn)生的殘余應(yīng)變較小，主要表現(xiàn)為碳化對(duì)氯離子滲透性的影響；第二階段，當(dāng)疲勞荷載產(chǎn)生的殘余應(yīng)變達(dá)到某一值時(shí)，由于疲勞荷載使氯離子擴(kuò)散系數(shù)顯著增大，表現(xiàn)為兩者共同作用對(duì)氯離子滲透性的影響；第三階段，當(dāng)疲勞荷載產(chǎn)生的殘余應(yīng)變較大時(shí)，氯離子

18、的擴(kuò)散系數(shù)急劇增大，主要表現(xiàn)為疲勞荷載對(duì)氯離子滲透性的影響。3荷栽與其他環(huán)境因素共同作用的影響金祖權(quán)研究了持續(xù)彎曲荷載、硫酸鹽、氯鹽共同作用下混凝土氯離子的擴(kuò)散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)與荷載、氯鹽溶液環(huán)境條件相比，在腐蝕初期，硫酸鹽的存在提高了混凝土的密買(mǎi)度，提高了混凝土抗氯離子擴(kuò)散能力；在腐蝕后期，硫酸鹽使昆凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，顯著增加了氯離子的擴(kuò)散系數(shù)。陳拴發(fā)等研究了交變荷載與硫酸鹽的腐蝕疲勞對(duì)高性能昆凝土滲透性的影響，發(fā)現(xiàn)氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨試驗(yàn)條件

19、的變化而變化，腐蝕疲勞條件下氯離子擴(kuò)散系數(shù)最大，腐蝕條件下次之，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小，腐蝕疲勞和腐蝕都會(huì)降低混凝土的抗氯離子擴(kuò)散能力。應(yīng)力、硫酸鹽腐蝕介質(zhì)的耦合作用改變了水泥石的組成及結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生更多的裂縫，氯離子抗擴(kuò)散能力損失最大。WangCaihui等研究了疲勞荷載和溫度耦合作用對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散性的影響。試驗(yàn)中，用025、035、O4、045、05、055、06七個(gè)應(yīng)力比的極限彎曲強(qiáng)度循環(huán)300萬(wàn)次產(chǎn)生疲勞，

20、采用20、30、45、60℃四個(gè)溫度環(huán)境。發(fā)現(xiàn)由外至內(nèi)30mm厚度內(nèi)，在恒定溫度下，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨疲勞應(yīng)力比增大而增大；06的應(yīng)力比的疲勞應(yīng)力下，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高而增大。但是筆者沒(méi)有研究在其他恒定溫度或應(yīng)力比下，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨應(yīng)力比或溫度的變化關(guān)系。4問(wèn)題及思考綜上所述，國(guó)內(nèi)外對(duì)荷載與環(huán)境因素共同作用對(duì)混凝上氯離子擴(kuò)散性能已作了一些研究，取得了不少成果，但也存在一些問(wèn)題。(1)許多學(xué)者建立的氯離子擴(kuò)散數(shù)值模型僅限于有