（材料学专业论文）青岛海湾大桥混凝土防护用新型聚脲材料性能研究.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ：! 至1 2 垦垒 u d c ：一 d i s s e r t a t i o nf o rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g i n e e r i n g s t u d i e so nt h en o v e lp o l y u r e a m a t e r i a lf o r q i n g d a o b a y b r i d g e c o n c r e t ep r o t e c t i o n c a n d i d a t e ： s u p e r 、，i s o r ： l iz h i g a o p r o f l vp i n g a c a d e m i cd e g 心ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l t y ： m a t e r i a ls c i e n c e d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： j u n e2 01o u n i v e r s i t y ：q i n g d a ot e c h n o l o g i c a lu n i v e r s i t y 硕士学位论文 青岛海湾大桥混凝土防护用新型聚脲材料 性能研究 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 选 错 青岛理工大学工学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 。i 第1 章绪论1 1 1 课题研究的重要性1 1 2国内外海工混凝土腐蚀现状。2 1 3黄海海域混凝土结构腐蚀机理分析3 1 3 1 黄海海水的化学成分分析4 1 3 2 海洋腐蚀环境4 1 3 3 海工混凝土腐蚀机理分析5 1 4 混凝土涂层防护技术7 1 4 1 海工混凝土涂层防护的必要性7 1 4 2 国内外海工混凝土涂层防护研究现状8 1 4 3 海工混凝土涂层防护最新进展：l o 1 5本文研究目的及主要内容1 1 1 5 1 研究目的11 1 5 2 本文主要研究内容1 1 第2 章试验方法13 2 1喷涂聚脲弹性体耐海洋腐蚀试验1 3 2 拉伸试验1 3 2 1 2 海水全浸泡试验1 4 2 1 3 盐雾腐蚀试验1 4 2 1 4 干湿循环试验15 2 1 5 冻融循环试验1 6 2 1 6 酸、碱腐蚀试验l6 2 1 7 低温弯折性试验1 6 2 1 g 耐温度交变性试验17 2 1 9 扫描电镜试验1 7 2 2 涂层混凝土的吸水性试验18 2 2 1 试验原料1 8 2 2 2 试件制备l8 2 2 3 试验方法19 2 2 4 试验结果计算1 9 2 3冻融循环试验( 快冻法) 1 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 3 1 试验原料及设备1 9 2 3 2 试件制备2 0 2 3 3 冻融循环试验过程及方法2 0 2 3 4 超声波无损检测2 1 2 3 5 检测准则2 1 2 4 氯离子渗透性试验2 2 2 4 1快速氯离子渗透测试法电量法( r c p ) 一2 2 2 4 2自然浸泡法测定混凝土氯离子渗透性试验2 3 2 4 3 海水干湿循环法测定混凝土氯离子渗透性试验2 4 2 4 4 氯离子含量的测定2 5 2 5 附着力测试试验2 6 2 5 1试件制备2 6 2 5 2 试验方法2 6 2 6 模板内衬预制聚脲涂层新技术探索2 7 2 6 1 试验原料及设备。：2 7 2 6 2 试样准备2 7 2 6 3 试验方法2 7 第3 章涂层耐海洋腐蚀性能研究2 9 3 1 概j 莶2 9 3 2 无处理拉伸性能2 9 3 3 耐海水腐蚀性能3 0 3 4 耐盐雾老化性能3 1 3 5 耐干湿循环和冻融循环性能3 2 3 6 耐低温弯折性能3 3 3 7 耐温度交变性能3 4 3 8 耐酸碱腐蚀性能一3 4 3 9 老化机理研究3 6 3 9 1 表面形貌分析3 6 3 9 2 结构分析3 7 3 1 0 本章小结一3 8 第4 章涂层混凝土吸水性与附着性研究3 9 4 1 概j 丕3 9 4 1 1 海洋环境中涂层混凝土吸水性3 9 4 1 2 海洋环境中涂层混凝土的附着性3 9 4 2 涂层混凝土的吸水性试验结果与分析3 9 4 2 1 海水介质下试件吸水率研究3 9 4 2 2 酸碱介质下试件吸水率研究4 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 4 2 3 涂层混凝土耐水性机理分析4 2 4 3 涂层混凝土的附着性试验结果与分析4 3 4 4 本章小结4 4 第5 章涂层混凝土的抗冻性研究：4 6 5 1概述_ 4 6 5 2 无缺陷涂层混凝土冻融循环试验结果与分析4 6 5 2 1 相对动弹性模量及质量损失变化4 6 5 2 2 超声波损失。4 9 5 3 有缺陷涂层混凝土冻融循环试验结果与分析5 1 5 4 养护龄期对聚脲涂层混凝土抗冻融性能的影响5 3 5 5 本章小结5 5 第6 章涂层混凝土抗氯离子渗透性能研究5 6 6 1概述：5 6 6 2 试验结果及分析5 6 6 2 1电通量加速扩散法( r c p 法) 。5 6 6 2 2自然浸泡法测定混凝土氯离子扩散性试验5 8 6 2 3 干湿循环法测定混凝土氯离子扩散性试验。6 2 6 2 4自然浸泡法与干湿循环法比较。6 6 6 3 涂层作用机理分析6 8 6 4 本章小结6 9 第7 章喷涂聚脲弹性体技术在海湾大桥上的旌工工艺及新工艺探索一7 1 7 1 概j 苤7l 7 2 聚脲涂层施工工艺一7 l 7 2 1 混凝土基材处理71 7 2 2 底漆施工7 2 7 2 3 现场遮护和收边处理7 3 7 2 4 聚脲施工。7 3 7 2 5安全防护7 5 7 2 6 检测与修补。7 5 7 3喷涂聚脲弹性体技术在海湾大桥上的新工艺探索7 6 7 3 1模板内衬预制防护涂层新工艺简介7 7 7 3 2 试验结果分析7 8 7 3 3 不足与改进7 9 结论及有待于进一步研究的问题8 0 参考文献8 3 攻读硕士学位期间发表的学术论文8 7 弱【谢。8 8 i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 在建中的青岛海湾大桥( 以下简称大桥) 是我国北方盐冻海域首座特大型海 上桥梁集群工程，为了避免海水浸泡、盐雾腐蚀、冻融破坏等海洋环境因素的影 响，采用聚脲涂层防护技术提高大桥的耐久性和安全性。本文根据大桥环境特点， 采用宏观与微观相结合的方法，研究青岛海湾大桥防护用新型喷涂聚脲弹性体 ( s p r a yp o l y u r c ae l a s t o m e r ，简称s p u a ) 材料的耐海洋腐蚀性能、s p u a 涂层混 凝土吸水性、附着性、抗冻性、抗氯离子渗透性能，主要内容如下： 首先，探讨新型s p u a 材料强度随养护龄期的发展规律，并根据大桥所处的 腐蚀环境，考察海水浸泡、干湿交替、冻融循环和盐雾腐蚀因素对s p u a 涂层宏 观性能的影响，并采用扫描电镜( s e m ) 对腐蚀后s p u a 涂层进行微观分析。研 究表明，该s p u a 体系强度发展很快，属于快速固化型，适于海洋环境施工，在 上述环境老化1 8 0 d 后，s p u a 的拉伸强度分别下降了4 0 、6 4 、9 o 和2 5 7 ， 宏观试验与微观分析结果均表明，s p u a 具有优异的耐海洋腐蚀性能。 第二，研究了不同腐蚀介质下s p u a 涂层混凝土的吸水性和附着性，并与大 桥采用的环氧涂层进行对比分析。吸水性测试结果表明，与无涂层混凝土相比， 环氧涂层混凝土和s p u a 涂层混凝土浸泡4 8 h 后吸水率分别下降了9 4 4 和 9 6 3 。吸水率还可以有效评价混凝土保护涂层抗酸、碱侵蚀能力，在酸、碱作用 下，混凝土吸水性增大，但s p u a 涂层混凝土吸水性变化很小，说明s p u a 涂层 具有优异的耐酸碱腐蚀性能。附着力测试结果表明，在海洋腐蚀环境下，冻融破 坏对涂层混凝土附着力影响最大，经6 0 0 次冻融循环后，环氧涂层完全脱落失去 防护效果，而s p u a 涂层混凝土的附着力为4 0 2 m p a ，仅下降了3 6 。 第三，研究了s p u a 涂层混凝土在质量分数为3 5 盐溶液中的抗冻性，并与 环氧涂层混凝土进行对比。研究表明，s p u a 涂层混凝土在盐溶液中的抗冻融能力 优于环氧涂层混凝土，当混凝土保护涂层存在缺陷时会大大降低其抗冻融性能。 同时还研究了养护龄期对s p u a 涂层抗冻性影响，养护龄期为l d 的s p u a 涂层混 凝土经6 0 0 次冻融循环后，s p u a 涂层表面完好无损，质量和相对动弹性模量损失 均不变。 第四，采用电量法( r c p ) 、自然浸泡法和干湿循环法三种试验方法，研究了 环氧、聚脲两种混凝土保护涂层抵抗氯离子渗透的能力。研究表明，r c p 法和自 青岛理工大学工学硕士学位论文 然浸泡法均能有效评价上述混凝土保护涂层抗氯离子渗透能力。在r c p 法试验条 件下，混凝土保护涂层能显著提高混凝土的抗氯离子渗透能力，并随涂层厚度的 增加而增大；自然浸泡法条件下，s p u a 涂层混凝土试件浸泡1 2 0d 后的氯离子扩 散系数o 7 2 4 1 0 。1 2 m 2 s ，与无涂层混凝土试件相比，降低了6 7 9 ，说明s p u a 涂 层大大提高了混凝土氯离子的抗渗性。干湿循环法条件下，无涂层混凝土试件干 湿循环1 2 0 d 后的氯离子扩散系数与自然浸泡相比，增加了4 0 6 ，而s p u a 涂层 混凝土试件干湿循环1 2 0d 后氯离子扩散系数保持不变，说明干湿循环对s p u a 涂 层混凝土的抗氯离子渗透性能无影响。 最后简单介绍了s p u a 技术在青岛海湾大桥的施工工艺，并探讨了模板内衬 预制防护涂层新技术在青岛海湾大桥的应用研究。 通过上述试验研究和理论分析，为在建青岛海湾大桥的建设提供了科学合理 的试验数据，为s p u a 新技术在海工混凝土防护领域的应用奠定了基础，也为同 类海工混凝土构筑物的建设起到借鉴作用。 关键词：喷涂聚脲弹性体；青岛海湾大桥；海工混凝土：防护涂层 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t q i n g d a ob a yb r i d g eu n d e rc o n s n l j c t i o n ( h e i i e i n a r e ri e f 色r i e d t oa st h eb r i d g e ) i n t h en o r t hc o l ds a l ts e ai st h ef i r s tl a 唱eb r i d g ec l u s t e rs u b l j e c to fo u rc o u n t r y i no r d e rt o a v o i dt h ei n n u e n c eo fs e aw a t e r s a l tf o gc o r r o s i o n ，f e e z e t h a wd a m a g e 锄do t h e r m 撕n ee n v i r o n m e n tf a c t o r s ，p o l y u r e ac o a t i n gp r o t e c t i o nt i e c h n o l o g yw a sa p p l i e dt o i m p r o v et h ed u r a b i l i t y 锄ds a f e t y o ft h eb r i d g e a c c o r d i n gt ot h ee n v i r o n m e n t c h a r a c t e r i s t i c so ft h eb r i d g e ，t h em a r i n ec o r r o s i o nr c s i s t a i l c eo fan o v e ls p r a yp o l y u r e a e l a s t o m e r ( s p r a yp o l y u r e ae l a s t o m e r r e f 打r e dt oa ss p u a ) s u c h 懿w a t e ra b s o 叩t i o n ， a d h e s i o nr e s i s t a n i c e ，f 如s tr e s i s t a n c e ，r e s i s t a n c et oc h l o r i d ei o np e n e t r a t i o nw e r et e s t e d b ym a c r o s c o p i c 锄di i l i c r o s c o p i cm e t h o d s ，t h em 2 l i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y t h es t r e n 班hd e v e l o p m e n to ft h en o v e ls p u a m a t e r i 出w i t hc u r i n ga g ew a s e x p l o r e d a c c o r d i n gt oe n v i r o n m e n to f t h eb r i d g e ，t h em a c r op e 怕m 锄c eo fs p u aw a u s t e s t e db yt h em e t h o d ss u c h 硒s e m e di m m e r s i o n 、d f ) ，- w e tc i r c u l a t i o n 、f e e z e - t h a wc y c l e 锄ds a l tf o g ，卸dt h e 嘶c r o t o p o g r a p h yo fs p u aw 嬲锄a l y z e db ys c a i l n i n ge l e c 昀n i i l i c r o s c o p e ( s e m ) r i e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a t ，t h en o v e ls p u as y s t e m c u r e dv e 巧f 弧t ， a i l ds u i t a b l ef o rc o n s t n j c t i n gi nm 撕n ee n v i r o n m e n t a f t e r18 0d a ye x p o s u r eu n d e r c o r r o s i o ne n v i m n m e n ta b o v e ，t h et e n s i l es t r e n g mo fs p u aw a sr e s p e c t i v e l yd e c r e a s e d b y4 o ，6 4 ，9 o a n d2 5 7 m a c r o 锄dm i c r ot e s t r e s u l t ss h o wt h a ts p u ah a s g o o dm a r i n ec o r r o s i o nr e s i s t a l l c e s e c o n d l y w a t e ra b s o 印t i o n 柚da d h e s i o no fs p u ac o a t e dc o n c r e t ei nd i 能r e n t c o r r o s i o nm e d i u mw e r es t l l d i e d t h er e s u l t s0 fw a c e ra _ b s 0 印t i o nt e s ts h o wt h a tc o n c r e t e p r o t e c t i v ec o a t i n g sc o u l dm a r k e d l yd e c r e a s e w a t e ra b s o 印t i o n0 fc o n c r e t e a f t e r c o n c r e t ew a sd e a j e dw i t he p o x ya n ds p u ap r o t e c t i v ec o a t i n g s ，t h ew a t e ra b s o 叩t i o n w e r ed e c r e a s e db y9 4 4 a n d9 6 3 t h e ya l s os h o wt h a tw a t e ra b s o 印t i o nc o u l d a v a i l a b l ye v a l u a t et h ew a t e 印r o o fa b i l i t y 卸dr e s i s t a u l c et oa c i d 锄d a l k a j ic o n o s i o no f c o n c r e t ep r o t e c t i v ec o a t i n g s t h er e s u l t so fa d h e s i o nt e s ts h o wt h a t f k e z e t h a wc y c l e a f 艳c t st h ea d h e s i o no fe p o x yc o a t e dc o n c r e t es e r i o u s l y e p o x yc o a t i n gf 色l lo f fa f t e r6 0 0 t i m e s ，w h i l et h ea d h e s i o n0 fs p u ac o a t e dc o n c r e t ew a s4 0 2 m p a ，0 n l yd r o p p e db y 3 6 i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 t h i r d ly t h ef 而s tr e s i s t a n c eo fe p o x ya n ds p u ac o a t e dc o n c r e t ei n3 5 s a j t s o l u t i o nw a ss t u d i e d r e s e a r c h 玎e s u l t ss h o w e dt h a ts p u ac o a t e dc o n c r e t eh a sb e t t e r f i o s tr e s i s t a n c ec o m p a r e dt 0e p o x yc o a t e dc o n c r e t e ，t h ef b s tr e s i s t a l l c ew o u l dd r o p p e d g r e a n yi ft h e r ew e r ed e f e c t so nc o n c r e t ep r o t e c t i v ec o a t i n g s c u r i n ga g eo fs p u a c o a t e dc o n c r e t eh a sl i t t l ei n f l u e n c eo nf o s tr e s i s t a n c e a f t e r6 0 0t i n l e sf k e z e t h a w c y c l i n g ，t h es u r f j a c eo f1d c u r e ds p u a c o a t e dc o n c r e t ew a si n t a c t ，a n dt h eq u a l i t ya n d r e l a t i v ed y n 枷ce l a s t i cm o d u l u sr e m a i n e du n c h a n g e d f o u n h ly t h er e s i s t a n c et o c m o r i d ep e n e t r a t i o no fc o n c r e t ep r o t e c t i v ec o a t i n go f p o l y u r e aa u l de p o x yb yr a p i dc l l l o r i d ep e n e t r a t i o nt e s t ( r c p ) ，n a t u r es o a ka n dd r y w e t c i r c u l a t i o nw a ss t u d i e d r e s e 挪_ c hr e s u l t ss h o wt h a t r c pm e t h o dh a sc o r r e l a t i o nt o n a t u r es o a km e t h o d b o t hm e t h o d sc o u l de v a j u a t er e s i s t a n c et oc h l o r i d ed i f f u s i o no ft h e a b o v ec o a t e dc o n c r e t ee f 艳c t i v e ly i i lt h ec o n d i t i o no fr c pr n e t h o d ，c o n c r e t ep r o t e c t i v e c o a t i n g s c o u l di m p r o v et h er e s i s t a n c et oc h l o r i d ep e n e t r a t i o no fc o n c r e t e a n dt h e i i e s i s t a n c ev a l u ei n c r e a s e dw i t ht h et h i c k n e s s i i lt h ec o n d i t i o no fn a t u i es o a km e t h o d c o m p a i e dw i t hc o n c r e t e ，t h ec h l o r i d ed i f m s i o nc o e m c i e n to fs p u a c o a t e dc o n c r e t e a f t e ri m m e r s i o ni s0 7 2 4 l o 一1 2 m 2 s ，r e d u c e db y6 7 9 i i lt h ec o n d i t i o no fd 巧w e t c i r c u l a t i o nm e t h o d ，t h ec h l o r i d ed i f f u s i o nc o e m c i e n to fc o n c r e t ew i t hn oc o a t i n g i n c r e a s e db y4 0 6 c o m p a r e dw i t hn a t u r es o a k ，b u ts p u ac o a t e dc o n c r e t er e m a i n e d u n c h a n g e d f i n a l l y t h ec o n s t r u c t i o np r o c e s so fs p u at e c h n o l o g yi nq i n g d a ob a yb r i d g ew a s i n t r o d u c e d ， m s od i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o no ft h en e wc o n s t m c t i o n p r 0 c e s st h a t p r e f 曲r i c a t i n gp r o t e c t i v ec o a t i n gi nt e m p l a t el i n i n gb e f 6 r ep o u 订n gc o n c r e t e t h r o u 曲t h ea b o v ee x p e r i m e n t sa n da c a d e r n j ca n a j y s i s ，t m sp a p e rp r o v i d e sa s c i e n t m ca i l dr e a s o n a b l et e s td a 像f o rq i n g d a ob a yb r i d g e ，e s t a b l i s h e sf o u n d a t i o nf o rt h e 印p l i c a t i o no fs p u at e c l l i l o l o g yi nm ep r o t e c t i o no fm 撕n ec o n c r e t es t l l l c t u r e ，a j s o s u p p l i e sr e f e r e n c ef o r t h ec o n g e n e rm a r i n ee n g i n e e n gc o n s t m c t i o n k e yw o r d s ：s p r a yp o l y u r e ae l a s t o m e r ；q i n g d a ob a yb r i d g e ：m a r i n ec o n c r e t e ；c o n c r e t e p r o t e c t l v ec o a t l n g 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 我国正处于经济飞速发展时期，大量的海洋混凝土结构如跨海大桥、海底隧 道、穿江隧道、海洋钻井平台即将或已经兴建，这些结构处于恶劣的海洋环境下， 其长期安全地正常使用成为工程界关注的重点f l 】。混凝土保护涂层技术作为一种能 有效提高混凝土结构耐久性的方法逐渐受到人们的关注【2 】。基于青岛海湾大桥百年 工程，本文开展了青岛海湾大桥混凝土防护用新型聚脲材料性能研究。 1 1 课题研究的重要性 青岛海湾大桥位于我国黄海中部、胶州半岛南部的胶州湾，地处我国著名的 对外贸易良港青岛市，工程东接青岛主城区，西接黄岛经济技术开发区，北通红 岛，南临黄海，其地理位置和气候环境得天独厚，是青岛市道路交通网络布局中 胶州湾东西岸跨海通道的重要组成部分，同时符合国家高速公路路网规划的w 青 兰高速 的总体走向，也是山东省“五纵四横一环”公路网主框架的重要组成部 分。同时还是该市道路交通规划网络布局中胶州湾东西岸跨海通道中“一路、一 桥、一隧”的重要组成部分，建成后必将成为一条繁忙的海上黄金通道。 青岛海湾大桥是我国北方盐冻海域修建的首座特大型海上桥梁集群工程，该 大桥将受到载荷和海水、盐雾、冻融、台风、暴雨、工业排放物等多重腐蚀环境 的综合作用，要想达到预计寿命l o o 年，混凝土耐久性是工程长期维持其安全性 和适用性能力的重要前提。日前，混凝土涂层防护技术被认为是提高海洋构筑物 防腐蚀及耐久性最经济最有效的措施。所以，针对实际工程，开展混凝土防护涂 层性能研究具有重要意义。 目前，海洋混凝土结构防腐涂料还沿用了金属防护材料，如环氧、聚氨酯、 氯化橡胶等涂料，最常用的防护体系为环氧渗透底漆+ 厚浆型环氧中间层+ 聚氨酯 面漆，就实际使用情况来看，其综合性能还不能满足严酷的海洋环境的要求，主 要存在以下几方面的不足：一是弹性低、机械强度差，难以抵抗四季温度交变及 外力撞击对涂层的破坏作用；二是涂层薄、封闭性差，不能阻止外界腐蚀介质的 侵入和渗透；三是涂料固化慢，施工受外界条件的影响严重，如室外温度、湿度 等条件；四是所用涂料大多数含有挥发性溶剂，给环境造成了严重的污染。 青岛理工大学工学硕士学位论文 喷涂聚脲弹性体技术( s p r a yp o l y u r e ae l a s t o i n e r ，简称s p u a 技术) 是一种在 物体表面快速成型的无溶剂、无污染的厚涂层施工技术。它全面突破了传统环保 型涂装技术的局限性，被誉为“二十世纪末期涂料、涂装技术领域最伟大的发 现”、“传统涂装技术的革命性飞跃”。所以，该技术一问世，便得到了迅猛的 发展。s p u a 材料以其施工快速便捷、固化后强度高、伸长率好、无接缝、不透水、 耐磨损、抗冲击、抗老化等众多优异性能，成为海洋腐蚀防护的首选材料，广泛 应用于国内外重点工程，如美国圣马特跨海大桥、台湾f o m o s a 码头等。 作为发展中国家，我国正在大力兴建基础设施，为了有效延长使用寿命，所 以，针对实际工程，开展涂层防护技术尤其是提高海工混凝土耐久性的试验研究 具有重要意义。 1 2 国内外海工混凝土腐蚀现状 据资料统计【3 l ，我国每年因腐蚀造成直接经济损失为6 0 0 0 亿元，与钢筋混凝 土腐蚀有关约占4 0 ，而沿海地区每年因钢筋混凝土腐蚀造成的经济损失超过1 0 0 亿元；这一损失主要是氯盐环境中c l 一侵蚀作用的结果，而海洋环境是c l - 的主要 来源。海水具有很强的腐蚀性，如果没有防护措施，海洋钢筋混凝土结构通常会 遭到腐蚀并破坏，而且一旦破坏，维修很难甚至有时无法维修。 在国外：3 0 年代建造的美国俄勒冈州舢s e a 海湾上的多拱大桥，由于水灰比太 大，导致钢筋腐蚀，从而引起混凝土结构破坏；采用传统的局部修补方式修补破 坏处，不久就发现修补处附近钢筋又加速腐蚀，不得不拆除、更换。6 0 年代建造 的美国旧金山海湾的第二座s a i lm a t o h a v w 砌大桥几处浪溅区的预制横梁，虽然采 用了高性能混凝土，但由于在混凝土浇注养护时梁底部产生了微裂缝，给腐蚀介 质的侵入创造了必要的条件，因此钢筋发生严重锈蚀，1 9 8 0 年不得不花巨资给予 修补：日本检查1 0 3 座混凝土海港码头状况，发现使用2 0 年历史以上的码头，都发 生很大的顺筋锈裂；印度孟买某河上的第一座桥是预应力混凝土大桥，由于预应 力筋过早地发生严重腐蚀，不得不重修第二座桥。但是第二座桥预应力筋在安装 前就被大气中的盐分所污染，灌注的水泥浆又用了海水，因而不到l o 年，所有的 钢筋、预应力筋及其套管都发生了严重腐蚀破坏，导致桥梁早早被拆；澳大利亚 的s h 唧对6 2 座海岸混凝土结构进行调查，发现冻融破坏和钢筋严重腐蚀是影响海 岸混凝土结构的耐久性最主要的原因f 4 】。1 9 6 2 年1 9 6 4 年挪威检查了海岸7 1 6 座混凝 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 土结构物【5 】，大约6 0 的结构物为长桩型钢筋混凝土码头，检查时大约有2 3 的结构 物已经使用了2 0 年。5 0 年。检查结果发现，在水下区和大气区，混凝土桩一般处于 良好状态，在浪溅区，被检查的桩中大约有5 0 处于良好状态，1 4 桩的断面减少 了3 0 以上，2 4 桩的断面减少了1 0 一3 0 ，码头面板一般出于良好状态，但有2 0 的板梁由于钢筋锈蚀损坏需要修复，潮差区部位的桩由于混凝土质量问题受到冻 融破坏。 在国内【6 1 ：6 0 年代，吴绍章等调查华南、华东地区2 7 座海港钢筋混凝土结构， 其中7 4 因钢筋腐蚀导致结构破坏。童保全等1 9 8 4 年调查浙江沿海使用仅7 年到 1 0 年的2 2 座钢筋混凝土水闸，钢筋腐蚀使混凝土顺筋胀裂、剥落甚至钢筋锈断的 构件占5 6 。浙江省水利科研所在宁波、舟山、温州三市，对3 5 座挡潮闸也进行 了钢筋混凝土耐久性调查。从1 2 2 个混凝土样品分析结果看，混凝土中氯离子含 量平均达o 3 8 ( 对砂浆质量) ，尤其是施工质量较差的，运行才1 2 年，就发生 顺筋胀裂。许冠绍等对6 1 座挡潮闸进行的耐久性调查表明，钢筋腐蚀导致上部结 构破坏的占8 7 ，其中破坏严重的占5 4 ，主筋周围砂浆的氯离子浓度达0 5 3 ， 断面损失率达4 0 。湛江港于1 9 5 6 年建成的一座码头，于1 9 6 3 年对其调查时发 现梁底部分有顺筋锈裂，虽然次年进行了一次修补，但使用2 0 年后发现钢筋锈蚀 更为严重，底板混凝土因钢筋锈蚀而大面积脱落，露筋面积占底板的2 1 ，鉴于 码头耐久性的严重不足不得不将上部结构拆除7 1 。另外在我国其它沿海地区，如广 东省、天津市等均发现大量的海工混凝土结构受到严重腐蚀的情况。由于混凝土 结构工程大多数为永久性建筑，各种海工大型或超大型钢筋混凝土结构物正在不 断建造之中，这些结构物的初始投资巨大，施工难度也大，一旦出现因钢筋混凝 土腐蚀而产生的开裂和耐久性事故，后果不堪设想。海工混凝土的腐蚀问题长期 困扰着建设工程界，至今没有很好解决，弓起了有关方面的高度重视。 由此可见，沿海地区特别是直接处于海洋腐蚀环境下的混凝土构筑物腐蚀劣化 问题十分严重。 1 3 黄海海域混凝土结构腐蚀机理分析 海洋腐蚀环境是导致海洋混凝土结构腐蚀破坏很重要的一个因素，因此深刻 认识海洋环境对海洋混凝土构筑物的腐蚀机理，是防止海洋混凝土构筑物过早腐 蚀破坏的前提。 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 3 1 黄海海水的化学成分分析 在分析海洋环境中钢筋混凝土的破坏机理及选择如何提高钢筋混凝土耐腐蚀 性能的措施时，必须把所处海域海水成分可能发生的化学变化和海水特性等因素 考虑进去。取青岛海域海水样品分析可知，样品中c l 浓度分别为1 5 3 ( 小麦岛) 、 1 4 2 ( 青岛港) 、1 4 5 ( 黄岛) 。实测表层混凝土中c l 。含量分别为o 4 7 ( 小麦 岛岸堤混凝土) 、o 3 8 ( 青岛港防波堤) 。海水样品中各成分分析结果如表1 1 所 示。海水中c l 含量最高，引起钢筋锈蚀起主导作用的离子是c l 。，并且c l 在侵入 混凝土后不被消耗掉，相当于引起钢筋锈蚀的催化剂，周而复始的加速腐蚀反应 进行：环境中m g “、s 0 4 2 。盐等侵入混凝土的毛细孔中，会致使混凝土发生膨胀破 坏或分解破坏。 表1 1 海水成分分析表( m g ，1 ) 1 3 2 海洋腐蚀环境 影响混凝土结构的耐久性除了与混凝土、钢筋材料本身特性有关外，还取决 于所处使用环境的侵蚀性。通常将海洋腐蚀环境分为5 个区带：海洋大气区、浪 花飞溅区、潮差区、海水全浸区以及海底泥土区，各个区的环境特点都不同，见 表1 2 【8 1 。 表1 2 海洋腐蚀环境分类 海洋腐蚀环境 环境特点 由风带米的细小海盐颗粒。影响腐蚀性的冈素是距离海面的 大气区 高度、风速、风向、温度、太阳照射、季节和污染等。 浪花飞溅区潮湿供氧充分的表面，无海生物 潮差区随潮水涨落而干湿交替，通常有充足的氧气 在浅海区，海水通常为氧所饱和；在深海区，含氧量会随着 海水全浸区 深度的增加逐渐减少 海底泥十区存在硫酸盐还原菌等细菌 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 3 3 海工混凝土腐蚀机理分析 混凝土结构在海洋环境下受到的破坏作用主要包括物理作用、化学作用和海 洋微生物作用等。物理作用包括冰冻、海浪、潮汐的冲击和船只的撞击等；化学 作用包括海水对混凝土中钢筋的腐蚀、海水所含盐类结晶对混凝土的膨胀腐蚀和 混凝土碳化等；海洋微生物作用是某些微生物菌( 如硫酸盐还原菌、硫杆菌) 通过生 物化学反应造成对混凝土的腐蚀。研究表明，钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性破坏 的主要原因。 1 、钢筋锈蚀 调查发现，引起钢筋锈蚀作用的离子中起主导作用的是c l 。，c l 在侵入混凝土 后并不被消耗掉，而是周而复始的加速腐蚀反应，海洋环境又富含c l 。c l 通过混 凝土保护层渗透到钢筋表面，破坏钝化膜，使钢筋由钝化态转为活化态。在氧气 和水分存在的条件下，活化态的钢筋表面会发生铁电离的阳极反应和溶解态氧还 原的阴极反应，相互以等速度进行，反应式如下： 2 凡+ d 2 + 2 h 2 d 一2 n 2 + + 4 叫一_ 2 凡( 伽) 2 在富氧条件下，f e ( o h ) 2 又进一步被氧化成f e ( o h ) 3 ： r ( 伽) 2 + q + 日2 d 一凡( 伽) 3 f e ( o h ) 3 脱水后变成疏松、多孔、非共格结构的f e 2 0 3 ( 红锈) ，体积会膨胀4 倍： 2 凡( 叫) 3 3 h 2 d 一心d 3 在缺氧的条件下，f e ( o h ) 2 的氧化不完全，生成f e 3 0 4 ( 黑锈) ，体积约膨胀2 倍。 由于铁锈是疏松、多孔、非共格结构，