海水淡化对钢筋珊瑚混凝土结构服役寿命的影响

海水淡化对钢筋珊瑚混凝土结构服役寿命的影响

1海水淡化方法中国由于缺乏土地自然资源，海洋资源的开发往往是一个重要的战略问题。自党的“十八大”报告提出实施“海洋强国”战略，我国对南沙、西沙诸岛进行了大规模的开发建设，对岛礁工程建设提出了更高的要求。南海岛礁远离大陆，因岛上砂石及淡水资源匮乏，一种采用破碎珊瑚和珊瑚砂作为粗、细骨料的新型轻骨料混凝土-珊瑚混凝土（coralaggregateconcrete,CAC）自上世纪80年代开始被逐步应用于南海岛礁工程建设中从余红发等当今全球淡水资源短缺，海水淡化已被世界各国公认为最经济可行的淡水取用方式。根据淡化过程中物质种类变化，海水淡化方法可分为物理和化学两种方法。其中，常见的物理方法主要包括多效蒸馏法（MED）、反渗透法（RO）、电渗析法（ED）和冷冻法等，常见的化学方法主要有水合物法和离子交换法两种针对岛礁CAC结构钢筋锈蚀概率高、耐久性差的问题，研究海水淡化对钢筋CAC结构服役寿命的影响规律具有重要的工程实用价值。因此，本研究基于文献2混凝土扩散系数海洋环境下混凝土结构的耐久性设计及寿命分析的理论基础是在Fick第二定律的混凝土氯离子扩散理论的基础上，并在不同的边界条件下，考虑温度、时间、水灰比、暴露环境等不同因素的影响，从而建立起适合于某些特定地区的扩散模型。基于Fick第二扩散定律的扩散方程式中，t是扩散时间；x是混凝土的扩散深度；D是氯离子扩散系数；C是混凝土中氯离子浓度。由此可以得到混凝土的简单氯离子扩散理论模型式中，C当今国内外工程结构的寿命设计模型均是以Fick第二扩散定律模型为基准的相关改进模型，较为知名的就是DuraCrete模型式中：k为表面自由氯离子含量C式中，t为扩散时间；x为混凝土的扩散深度；C图1是混凝土表面自由氯离子含量C(1）当t<t初始条件t=0,x>0:边界条件x=0,0<t<t(2）当t初始条件t=t边界条件x=0,t(3）当t≥t初始条件t=t边界条件x=0,t≥t式中：C具体的分段式氯离子扩散理论修正模型公式详见“ChaDuraLifeV1.0寿命分析软件”3基于模型的参数计算3.1经过处理后的海水成分反渗透（RO）海水淡化技术是在外加压力作用下利用反渗透膜对物质选择性投过的特性，对海水中的溶解物质进行分离，以达到获取淡水的目的3.2基本组成：响尾蛇混凝土3.2.1联合比和基本强度选取文献3.2.2联邦石胺的耐久性参数参照JTJ270—1998《水运工程混凝土试验规程》测得CAC试件的耐久性计算参数如表3所示4海水的渗透对珊瑚岩结构的服务寿命效应规律4.1结构伺服寿命通过对不同保护层厚度的普通钢筋CAC结构寿命进行试算可知，当保护层厚度小于9cm时，强度等级为C50的普通钢筋CAC结构服役寿命趋于0从图2可见，随着结构服役时间的增长，钢筋锈蚀概率呈增大趋势，可靠度指标呈下降趋势。且对于分别采用淡化海水和模拟海水拌合、养护的CAC结构服役寿命，相同服役时间的情况下前者的钢筋锈蚀概率较后者下降，前者的可靠度指标较后者上升。当C同时结合表4可知，当C4.23奥氏不锈钢筋混凝土cac结构由表4可知，若在CAC中采用普通钢筋，10%锈蚀概率下保护层厚度为10cm的CAFC(DRO）结构服役寿命也只有46a，即无论是否采用淡化海水来拌合、养护混凝土，同等条件下的CAC结构不能满足结构50a的寿命要求。因此需要计算在CAC中采用不锈钢筋替代普通钢筋时，CAC结构服役寿命能否达到50a。图3为保护层厚度为10cm的304奥氏不锈钢筋CAC结构（C从图3可见，随着服役时间的增长，保护层厚度为10cm的304奥氏不锈钢筋CAC结构的钢筋锈蚀概率呈增大趋势，可靠度指标呈减小趋势。同时由表5可知，当使用304奥氏不锈钢时，强度等级为C50、保护层厚度为10cm的CAFC(DRO）和CAFC(ORO）结构服役寿命为54～60a，较同等条件下的CASC延长了3.5%～5.2%。说明当选用304奥氏不锈钢时，保护层厚度为10cm、混凝土强度等级为C50的CASC和CAFC(R）结构均可以满足50a服役寿命要求，且CAFC(DRO）和CAFC(ORO）结构服役寿命较CASC结构略有延长，但效果并不显著。4.3钢筋pay的寿命分析根据表4和表5绘制保护层厚度为10cm、C运用ChaDuraLifeV1.0寿命分析软件，计算5%钢筋锈蚀概率下，不同C从图5可知：当D综上所述，由于CAC中D5海水淡化对材料应用性能的影响1．海水淡化对选用普通易锈蚀钢筋的CAC结构寿命有显著的影响。其中，保护层厚度为10cm、强度等级为C50、选用普通易锈蚀钢筋的CAC结构（拌和用水为SWORD技术淡化后的海水）服役寿命可以达到25a。2．海水淡化对于选用