钢筋混凝土结构电场阻盐防护计算与验证 - 水利水运工程学报.pdf

第3期 水 利 水 运 工 程 学 报 No.3 摇 2011年9月 HYDRO鄄SCIENCE AND ENGINEERING Sep. 2011 钢钢筋混凝土结构电场阻盐防护计算与验证 朱雅仙, 蔡伟成, 游摇 日, 吴摇 烨, 李森林, 胡少伟 (南京水利科学研究院, 水利部水工新材料工程技术研究中心, 江苏 南京摇 210029) 摘要:根据氯盐环境中钢筋混凝土腐蚀破坏的机理,利用氯离子在电场作用下向外迁移的原理,从而阻滞其向 混凝土内侵入,提出了钢筋混凝土结构物电场阻盐(ERC)防护新技术.对水灰比为0.45 的混凝土试件进行了 ERC试验,在0.75和1.00 V 的电压下阻盐处理240 d时,氯离子侵入量分别下降39%和52%,结果证实了该技 术阻止环境中氯离子侵入的有效性;采用有限元方法计算了ERC条件下混凝土中氯离子质量分数分布,计算结 果与实测值基本吻合,相关系数达到0.98 以上,表明理论计算结果较为可靠.计算分析了混凝土结构在0.75 和 1.00 V 电压下,服役100 a时氯离子在混凝土中的分布,结果表明:在100 a 的服役后混凝土保护层内氯离子含 量明显低于钢筋腐蚀的临界浓度,因而可保持混凝土结构在100 a使用寿命内不因钢筋的腐蚀而破坏. 关摇 键摇 词:钢筋腐蚀;电场阻盐;防护技术 中图分类号:TU503摇 摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 摇 文章编号:1009-640X(2011)03-0083-04 目前,世界上新建和拟建的跨海大桥、隧道和高速公路大型桥涵等重大基础设施工程,均要求 100 a 以 上的使用寿命.大量调研和工程实践证明,在氯盐等严酷环境中,要达到100 a 以上的设计使用寿命,必须采 取有效的腐蚀防护措施. 对于处于氯盐环境中的钢筋混凝土结构而言,氯盐的侵 [1] 入是导致其腐蚀破坏的主要原因 .本文针对钢筋腐蚀机 理,提出了氯盐环境中钢筋混凝土结构外加电场阻盐(ERC) 防护技术,其原理是在钢筋保护层之间施加一个阴极电场, - 使带有负电荷的Cl 向外迁移,以阻滞因浓度梯度造成的向 内扩散作用.同时在钢筋上进行的微弱阴极反应产生了少量 - - 图1摇 电场阻盐(ERC)防护技术原理 的OH ,从而保证钢筋周围的化学环境持久保持在无 Cl 含 量、高pH值的钝化条件,其原理见图1. Fig.1摇 The principle of prevention technology of ERC [2] 20世纪80 年代末首先由挪威学者 根据氯离子在电场作用下的电迁移原理提出了电化学脱盐技 [3] 术,目前该技术已用于修复受氯盐污染腐蚀破坏的钢筋混凝土结构 ;L.Tang等利用该原理,测量氯离子 [4-5] [6] 在混凝土中的扩散系数 ;胡少伟等 对外加电场作用下钢筋混凝土结构中氯离子含量分布进行了数值 计算,表明在钢筋混凝土保护层之间施加一个微小电场,就能有效阻滞氯离子的侵入,为电场阻盐防护技术 提供了依据.本文进行混凝土试件的电场阻盐试验,以验证数值计算的可靠性,并通过计算分析了阻盐的长 期效果. 摇 摇 收稿日期:2010-09-11 摇 摇 基金项目:南京水利科学研究院基金资助项目 摇 摇 作者简介:朱雅仙(1962 -),女,江苏武进人,教授级高级工程师,主要从事钢结构、钢筋混凝土结构腐蚀和保护. E鄄mail:zhuyx@nhri.cn 84 水 利 水 运 工 程 学 报 2011年9月 1摇 电场阻盐(ERC)防护技术的数学模型