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1、滨海盐雾雾环境下下硅烷浸浸渍对混混凝土结结构保护护探讨谢志明（泉州市市思康新新材料发发展有限限公司，福福建厦门门，36610008）摘要：论论述了海海洋盐雾雾的特殊殊环境特特性，盐盐雾含量量、氯离离子沉降降及氯离离子在混混凝土中中扩散，造造成钢筋筋混凝土土结构发发生混凝凝土劣化化及钢筋筋锈蚀等等。从防水水、抗氯氯离子侵侵蚀、防防止钢筋筋锈蚀以以及裂缝缝对硅烷烷浸渍处处理效果果影响方方面，介介绍硅烷烷对混凝凝土耐久久性保护护。关键词：盐雾、混混凝土、腐蚀、硅硅烷浸渍渍0 引言言我国地域域辽阔，海海岸线长长，许多多混凝土土结构处处于沿海海于海洋洋环境中中，长期期承受盐盐雾作用用。滨海海盐雾环环境下
2、，高温、高湿的特点，有助于氯离子在混凝土表面的沉积，通过干湿交替作用渗透到混凝土内部，氯离子沉积引起的耐久性问题值得关注。盐雾中含有多种侵蚀介质，其中氯离子侵蚀是钢筋混凝土结构耐久性退化的主要原因。氯离子侵蚀会引起混凝土中的钢筋锈蚀，降低混凝土结构的承载能力和使用性能，影响结构的耐久性。我国华东、华南、北方沿海地区海工建筑结构破坏的主要原因是氯盐侵蚀导致的钢筋锈蚀。由于盐雾作用下的预应力筋的腐蚀，印度孟买塔内瑟尔河上的第一座后张预应力混凝土桥使用不到10年，不得不推倒重建1。钟丽娟等2对沿海地区混凝土结构耐久性病害调查时发现，天津与大连等地，由于大气区盐雾侵蚀造成的桥梁上部结构侵蚀屡见不鲜。在
3、深圳，核电站大亚湾核电站混凝土结构目前已经大面积出现钢筋混凝土结构破损，不得不进行脱盐处理并进行进一步防腐保护工作。因此，对于处于滨海盐雾环境下的实际工程，盐雾作用成为影响工程结构服务寿命的重要因素，在结构的设计及施工过程中，目前在胶州湾海底隧道等工程项目耐久性设计是都对盐雾环境中氯离子的影响予以了充分的重视。1海洋大大气环境境环境盐盐雾极盐盐雾区划划分1.1 盐雾环环境的形形成。大气云雾雾物理角角度看，盐盐雾是存存在于大大气中的的盐核，呈呈润湿颗颗粒状。盐盐雾是含含有盐分分的微小小液滴分分散于大大气之中中所构成成的一个个弥散系系统，是是气候环环境因素素中的一一个主要要因素2。海洋洋环境中中盐
4、雾的的形成一一般以海海水扰动动理论解解释3。海水扰扰动论是是解释海海洋环境境下的盐盐雾形成成的理论论，如图图1所示示。海洋洋中海水水日夜不不停地激激烈扰动动，引起起海浪相相互撞击击及海浪浪对海岸岸礁石的的拍击，产产生大量量泡沫。气气泡向海海面升腾腾、破裂裂，泡沫沫又被气气流撕成成细小液液滴，随随气流升升入空中中经过裂裂解、蒸蒸发、混混拼等复复杂的演演变过程程而成为为弥散系系统，形形成大气气盐核。这这些盐核核随着上上升的气气流可以以达到220000多米的的高空，也也可随风风飘至距距海岸许许多公里里以外的的陆地，从从而形成成海洋周周围的盐盐雾环境境区域2。1.2 盐雾成成分。盐雾的组组成成分分与海
5、水水相似，但但经蒸发发后的盐盐雾盐核核中硫酸酸根离粒粒子比例例较大。世世界各地地海水的的成分基基本一致致，含量量最多的的是氯化化物，占占总盐分分的900%左右右，但海海水表层层的盐分分有所区区别4。曾菊尧尧等5通过对沿沿海城市市的定点点观测发发现，海海水的含含盐浓度度越高，盐盐雾的盐盐分也会会越高。国外研究究表明，颗颗粒直径径大于440m的盐盐核很少少，直径径少于22m的盐盐核要比比直径在在2440m间的的多1005倍4。广州州电气科科学研究究所200世纪660年代代中期的的盐雾颗颗粒浓度度测试结结果表明明，不论论在海边边，还是是在距海海岸500km以以上的地地方，990%以以上的盐盐雾盐核核
6、颗粒直直径均小小于5m5。由于于盐核的的水分蒸蒸发与重重力作用用，距离离海岸越越远，小小直径的的盐核颗颗粒所占占比重越越大。1.3 盐雾区的划分分 根据据CCEES011-20004混混凝土结结构耐久久性设计计与施工工指南，环环境作用用按其对对配筋混混凝土结结构的侵侵蚀程度度分为66级6。近海海或海洋洋环境大大气区环环境作用用等级见见下表11、表2：如图2对对于盐雾雾区的划划分，对对重度盐盐雾区和和轻度盐盐雾区的的分界点点为500m学术术界没有有异议。但但有学者者认为轻轻度盐雾雾区与无无冻融一一般大气气区的分分界点为为2000m偏于于不安全全，CCCES001-220044混凝凝土结构构耐久性
7、性设计与与施工指指南(20005年修修订版)将分界界点扩大大到3000m，DDL/TT50557-119966水工工混凝土土结构设设计规范范定的的分界点点为5000m；若是冻冻融环境境，其与与轻度盐盐雾区的的分界点点则要小小于无冻冻融一般般大气区区与轻度度盐雾区区的分界界点。有有学者建建议轻度度盐雾区区与大气气区的分分界点为为2000m(冻冻融环境境)或3300mm（无冻冻融大气气区）。同时，由于风向、地形、风速及建筑物前方有无遮挡等对大气区氯离子浓度均有影响，在确定具体建筑物的环境盐雾分区时，还应该根据实际情况来界定环境盐雾分区7。2海洋大大气盐雾雾环境下下氯离子子侵蚀盐雾是一一种极其其微小
8、的的液滴。根根据气溶溶胶理论论，细颗颗粒极易易溶解在在气体中中而发生生扩散成成雾，气气溶胶体体状盐雾雾易附着着在物体体表面。悬悬浮着的的盐雾颗颗粒并不不对混凝凝土中氯氯离子扩扩散产生生影响，只只有沉降降至混凝凝土表面面附着量量通过影影响混凝凝土内外外氯离子子浓度差差来改变变氯离子子的传输输速度。因因此盐雾雾环境中中氯离子子对混凝凝土的侵侵蚀分为为两步：一是大大气环境境中盐雾雾在混凝凝土表面面的沉降降；二是是氯离子子在混凝凝土中的的扩散。2.1盐盐雾含量量海洋大气气环境中中，盐雾雾含量与与盐雾沉沉降量为为盐雾环环境的重重要环境境参数，影影响混凝凝土中氯氯离子的的侵蚀，其其受到离离海岸距距离、风风
9、速、湿湿度等各各方面影影响。盐盐雾含量量指单位位体积空空气中氯氯离子的的质量。2.1.1离岸岸距离对盐盐雾含量量的影响响。盐雾雾在海面面产生后后，随着着上升气气流向内内陆传播播。因此此，越向向内陆延延伸，空空气中盐盐雾含量量越低。2.1.2 风风对盐雾雾含量的的影响。海面风力力越大，海海浪越高高，泡沫沫越多，大大气中乐乐舞含量量越高。国国外研究究者发现现，盐雾雾含量随随着风速速的增大大逐渐增增大8,9。图3根据GGusttafsssonn等在瑞瑞典海岸岸进行的的观测结结果，给给出了风风速对雨雨水中盐盐含量的的影响9。2.1.3 湿湿度对盐盐雾含量量的影响响。 盐盐雾是一一种极其其微小的的液滴，
10、它它具有与与水滴盐盐分浓度度相对应应的平衡衡水汽压压。当周周围水汽汽压低于于海水滴滴平衡气气压时，水水滴就要要蒸发并并变小，盐盐分浓度度增大；反之，则则发生凝凝结，直直接变大大，盐水水浓度减减少。空空气中的的盐分含含量随湿湿度的增增加而减减少。2.1.4盐雾雾沉降量量。盐雾雾沉降量量指采样样器上每每天每平平方米的的NaCCl附着着量。盐盐雾沉降降量与大大气中的的盐雾含含量直接接相关。国国内外盐盐雾沉降降量观测测结果均均表明，盐盐雾沉降降量随着着离海岸岸距离增增大而极极具减少少，与盐盐雾含量量类似。根据文献10-12，图4可以看出，不同的地区盐雾沉降量数值差异较大，但规律相似。离岸距离超过200
11、m时，盐雾沉降量普遍下降了90%左右，且趋于稳定。2.2盐盐雾环境境下氯离离子在混混凝土中中的扩散散盐雾环境境，氯离离子通过过扩散、毛毛细管、渗渗透作用用等不同同的作用用形式侵侵入混凝凝土。扩扩散作用用是混凝凝土中的的氯离子子在浓度度差作用用下自高高浓度向向低浓度度方向的的迁移。毛毛细吸收收作用是是指由毛毛细孔隙隙的表面面张力引引起的液液体传输输。渗透透作用是是氯离子子在压力力差的驱驱动下发发生的材材料内部部的流动动。氯离离子在混混凝土中中的侵入入通常是是几种方方式共存存。当混混凝土空空隙不饱饱和时，毛毛细吸收收是主要要传输方方式；当当混凝土土空隙吸吸水饱和和后，常常压下扩扩散为主主要传输输方
12、式。由由此可知知，在海海洋环境境下，扩扩散被认认为是最最主要的的传输方方式。国内外学学者对氯氯离子扩扩散问题题的研究究提出了了不少模模型。氯氯离子在在混凝土土中的扩扩散行为为可用FFickk第二扩扩散定律律来描述述： 其中，DD为氯离离子的扩扩散系数数，在实实际的混混凝土结结构中，氯氯离子有有效扩散散系数不不是恒定定的，而而是随时时间变化化遵循一一定规律律。对于于滨海盐盐雾区，混混凝土表表面接触触氯离子子的机会会明显少少于浪溅溅区和全全浸泡区区域，同同时氯离离子在混混凝土结结构中的的渗透作作用将弱弱于海水水浪溅区区和全浸浸泡区域域，针对对滨海盐盐雾区的的特征，引引入环境境系数概概念，盐盐雾环境
13、境氯离子子的扩散散随盐雾雾沉降量量受环境境温湿度度、离岸岸距离、高高度、风风力和风风向等因因素的影影响。盐盐雾区混混凝土表表面氯离离子浓度度随离海海边距离离及离海海面高度度的增加加而降低低；随时时间的增增长而逐逐步累积积到定值值。此外外还跟环环境温湿湿度、风风向和地地形等因因素有关关。2.2.1 距离离及高度度的影响响。在20002年年出版的的日本土土木工学学会混凝凝土标准准中，提提出了近近海大气气区混凝凝土表面面氯离子子浓度的的取值见见表36。挪威曾对对该国沿沿海366个工程程进行调调查，得得到结构构表面最最大氯离离子Cmmax含含量与结结构高度度（高于于海平面面）的关关系13，见表表4。2
14、.2.2 时间间的影响响。东南南大学孙孙伟院士士14等认为为氯离子子渗透混混凝土是是一个缓缓慢的过过程，但但是相对对于钢筋筋混凝土土结构5501150年年的设计计使用寿寿命而言言，其侵侵入速率率又显得得非常快快。美国国一个标标准设计计程序给给出盐雾雾区混凝凝土表面面氯离子子随时间间的累积积速度6，见表表5。根据据表 中中的累计计速度和和最终定定值可知知，海上上盐雾区区混凝土土表面氯氯离子浓浓度达到到定值的的时间tt0为100年。2.2.3温度及及湿度的的影响。环境温度升高，混凝土中氯离子的活动加剧，从而使氯离子在混凝土中的扩散速度提高。当温度从20升至40时，扩散系数增加1.52倍。相对湿度越
15、高，非饱和混凝土中氯离子传输越快。根据Pigeon等15研究表明，混凝土在干燥收缩条件下的氯离子扩散性能可提高125倍，混凝土受高温作用后的氯离子扩散性能提高了29%256%。2.2.4 氯离离子临界界浓度CC氯离子对对钢筋有有很强的的侵蚀作作用。在在一定的的条件下下，当结结构中钢钢筋附近近混凝土土内氯离离子的浓浓度达到到或者超超过一定定临界值值，钢筋筋就会以以较快速速度开始始锈蚀，该该值称为为临界氯氯离子浓浓度。目目前还没没有临界界氯离子子浓度的的统一值值，工程程应用中中应考虑虑具体的的工作环环境和结结构形式式，通过过实际检检测和模模拟实验验得到相相应临界界浓度。119800年，RR.Brr
16、ownne提出出了氯离离子含量量与其引引起的钢钢筋锈蚀蚀危险性性的关系系16，见表表6。 挪挪威曾对对Gimms yystaaumeen大桥桥和其它它35座座海边桥桥梁，结结果与表表 的的关系吻吻合117。有文文献建议议，将盐盐雾区混混凝土结结构中钢钢筋处混混凝土的的氯离子子浓度取取为0.07%166。20077年，刘刘军18等对深圳圳大鹏湾湾海边南南澳某电电厂（服服役期11992220007,15年年）及深深圳小梅梅沙海洋洋馆（服服役期11998820007年年，9年年）进行行调查，对对结构受受滨海盐盐雾影响响的部位位取芯，见表表7、表表8。两处钢钢筋混凝凝土结构构25mmm氯离离子沉积积量为00.09
