2025年《腐蚀混凝土结构学》浙江大学智慧树章节测试答案

2025年《腐蚀混凝土结构学》浙江大学智慧树章节测试答案一、混凝土腐蚀基础与分类1.单选题：以下哪类腐蚀不属于混凝土化学腐蚀范畴？（）A.硫酸盐侵蚀B.冻融循环破坏C.碳酸化反应D.酸类物质侵蚀答案：B解析：化学腐蚀的本质是混凝土组分与外部介质发生化学反应，导致结构损伤。硫酸盐（A）通过提供膨胀性产物（如钙矾石）破坏结构；碳酸化（C）是CO₂与水泥石中Ca(OH)₂反应降低碱度；酸类（D）直接溶解水泥石中的Ca²⁺等成分。冻融循环（B）属于物理腐蚀，因水结冰体积膨胀产生内应力，与化学反应无关。2.判断题：混凝土孔隙率越高，其抗腐蚀能力一定越弱。（）答案：错误解析：孔隙率是影响抗腐蚀能力的重要因素，但并非唯一。若孔隙以封闭、细小的无害孔为主（如掺加引气剂形成的微小气泡），反而可能通过分散应力提高抗冻性；而连通的大孔（如施工泌水形成的毛细孔）会加速侵蚀介质渗透。因此需结合孔隙结构（孔径分布、连通性）综合判断。3.简答题：简述海洋环境下混凝土结构面临的主要腐蚀类型及其协同作用机制。答案：海洋环境下混凝土腐蚀主要包括：（1）氯离子侵蚀：通过扩散、毛细管吸附进入混凝土，破坏钢筋钝化膜引发锈蚀；（2）碳化：CO₂溶解于孔隙水提供碳酸，中和水泥石碱性物质；（3）硫酸盐侵蚀：海水中SO₄²⁻与水泥石中的C₃A反应提供钙矾石，导致体积膨胀；（4）物理腐蚀：潮差区的干湿循环加剧盐结晶压力，浪溅区的冻融循环（寒冷海域）增加内应力。协同作用表现为：氯离子加速钢筋锈蚀（锈蚀产物体积膨胀）与硫酸盐侵蚀的膨胀效应叠加，加剧混凝土开裂；开裂的混凝土孔隙率增大，又为氯离子、CO₂的渗透提供更畅通的路径，形成“腐蚀-开裂-加速腐蚀”的恶性循环。二、混凝土腐蚀机理与动力学4.单选题：钢筋钝化膜破坏的临界氯离子浓度通常与以下哪项因素无关？（）A.混凝土孔隙液pH值B.水泥品种（普通硅酸盐vs.矿渣硅酸盐）C.钢筋表面氧化膜完整性D.环境温度答案：D解析：临界氯离子浓度（[Cl⁻]cr）是指引发钢筋锈蚀的最小氯离子含量，主要受孔隙液化学环境（pH值，A）、水泥成分（矿渣硅酸盐水泥含更多活性Al₂O₃，可结合氯离子形成Friedel盐，降低自由氯离子浓度，B）、钢筋表面初始状态（氧化膜完整性，C）影响。环境温度主要影响氯离子扩散速率，而非临界浓度阈值（D）。5.计算题：已知某混凝土构件水胶比0.45，水泥用量400kg/m³，28d龄期总孔隙率22%，其中连通孔隙占65%。若环境中氯离子浓度为3.5kg/m³，扩散系数D=1.2×10⁻¹²m²/s，根据Fick第二定律（稳态扩散条件），计算10年后混凝土表面下20mm处的氯离子浓度（假设表面浓度C₀=环境浓度，初始浓度Cᵢ=0）。答案：根据Fick第二定律稳态扩散公式C(x,t)=C₀[1-erf(x/(2√(Dt)))]，代入数据：x=0.02m，t=10×365×24×3600=3.1536×10⁸s，√(Dt)=√(1.2×10⁻¹²×3.1536×10⁸)=√(3.7843×10⁻⁴)=0.01945m，x/(2√(Dt))=0.02/(2×0.01945)=0.514。查误差函数表erf(0.514)≈0.537，故C(x,t)=3.5×(1-0.537)=3.5×0.463≈1.62kg/m³。6.论述题：对比分析碳化腐蚀与氯离子侵蚀对钢筋锈蚀的触发机制及发展过程的差异。答案：触发机制差异：（1）碳化腐蚀：CO₂与水泥石中Ca(OH)₂反应提供CaCO₃，导致孔隙液pH从12.5~13.5降至8.5~9.0（钝化膜稳定pH≥11.5），当碳化层到达钢筋表面时，钝化膜因碱度不足而破坏；（2）氯离子侵蚀：即使混凝土保持高碱度（pH>11.5），氯离子可通过吸附、渗透到达钢筋表面，优先吸附于钝化膜缺陷处，破坏Fe³⁺氧化物的致密结构，形成局部阳极反应区。发展过程差异：（1）碳化引发的锈蚀通常为均匀锈蚀，因碳化层均匀分布，钢筋表面大面积失去钝化保护，阳极与阴极区域界限不明显；（2）氯离子引发的锈蚀多为点蚀，氯离子局部富集导致钢筋表面形成小阳极（锈蚀区）与大阴极（未锈蚀区），电流密度大，锈蚀速率快，且锈蚀产物（Fe(OH)₃等）体积为原金属的2~6倍，易引发混凝土胀裂，进一步加速腐蚀。三、腐蚀检测技术与评估方法7.多选题：以下哪些检测技术可用于非破损评估混凝土内部氯离子含量？（）A.半电池电位法B.X射线荧光光谱（XRF）C.电化学阻抗谱（EIS）D.钻孔粉末化学分析法答案：B、C解析：半电池电位法（A）用于评估钢筋锈蚀活性（电位越负，锈蚀风险越高），无法直接测氯离子含量；钻孔粉末法（D）需取样破坏结构，属于半破损检测；XRF（B）通过激发氯离子特征X射线，可原位非接触检测表层氯离子浓度；EIS（C）通过分析不同频率下的阻抗响应，可反演氯离子扩散系数及浓度分布，属于非破损方法。8.案例分析题：某跨海大桥服役5年后，潮差区混凝土表面出现沿钢筋方向的顺筋裂缝（宽度0.3~0.5mm），局部可见锈迹渗出。请设计检测方案并分析可能的腐蚀原因，提出针对性修复建议。答案：检测方案：（1）表观检测：量测裂缝长度、宽度及分布，记录锈迹位置；（2）混凝土性能检测：钻取粉末测定碳化深度（酚酞试液法）、氯离子含量（硝酸银滴定法），回弹法检测表层强度；（3）钢筋状态检测：半电池电位法绘制锈蚀电位分布图，电磁感应法检测钢筋位置及保护层厚度；（4）微观分析：扫描电镜（SEM）观察裂缝处混凝土微观结构，能谱分析（EDS）确定侵蚀性离子种类。腐蚀原因分析：潮差区干湿交替频繁，海水中氯离子通过毛细管吸附和扩散进入混凝土，当氯离子浓度超过临界值（约0.4%水泥质量），破坏钢筋钝化膜；钢筋锈蚀产物体积膨胀（约2.5倍），在混凝土中产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度（约2~3MPa）时，引发顺筋裂缝；裂缝进一步加速氯离子、氧气和水分的渗透，形成“锈蚀-胀裂-加速锈蚀”的正反馈循环。修复建议：（1）表面处理：清除松散混凝土及锈层，用高压水冲洗后涂刷阻锈剂（如氨基醇类），抑制残余氯离子的锈蚀作用；（2）结构修补：采用聚合物改性砂浆（抗压强度≥40MPa，抗氯离子渗透等级≥Ⅴ级）修补裂缝，确保与原混凝土粘结强度>1.5MPa；（3）长期防护：对修补区域涂刷环氧沥青涂层（厚度≥200μm），或安装外加电流阴极保护系统（保护电位-0.85~-1.2Vvs.Cu/CuSO₄），降低后续腐蚀风险；（4）监测优化：在修复区域埋设氯离子传感器及钢筋锈蚀监测探头，定期采集数据评估防护效果。四、腐蚀防护技术与寿命预测9.单选题：以下哪种防护措施通过改变混凝土孔溶液化学环境抑制腐蚀？（）A.增加保护层厚度B.掺加硅灰C.涂刷环氧树脂涂层D.阴极保护答案：B解析：硅灰（活性SiO₂）与水泥水化产生的Ca(OH)₂发生二次水化反应，提供更致密的C-S-H凝胶，减少大孔数量，同时降低孔隙液中Ca²⁺浓度，提高溶液中OH⁻/Cl⁻比值，抑制氯离子对钢筋的侵蚀（改变孔溶液化学环境）。增加保护层（A）是物理阻隔；涂层（C）是表面屏蔽；阴极保护（D）是电化学抑制，均不直接改变孔溶液成分。10.论述题：结合“全寿命周期成本（LCC）”理论，说明在海洋环境下选择混凝土防护方案时需考虑的关键因素，并举例比较两种方案的经济性。答案：LCC理论要求综合考虑初始成本（材料、施工）、维护成本（检测、修补）及失效成本（结构加固或重建）。关键因素包括：（1）防护效果：如涂层的耐久性（5~10年需重涂）vs.高性能混凝土（HPC，设计寿命50年）的长期抗渗性；（2）环境适应性：潮差区的干湿循环对涂层粘结性的影响，盐雾环境对阻锈剂有效性的干扰；（3）施工可行性：阴极保护系统的安装复杂度（需埋设辅助阳极）vs.掺合料混凝土的施工工艺兼容性；（4）法规要求：是否符合《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTS153-3-2015）中对氯离子扩散系数的限值（≤4×10⁻¹²m²/s）。举例比较：方案一（HPC+硅灰）：初始成本较高（硅灰单价约1500元/吨，每方混凝土增加成本80元），但28d氯离子扩散系数降至2×10⁻¹²m²/s，50年内无需大修，维护成本低（仅定期检测）；方案二（普通混凝土+环氧涂层）：初始成本较低（涂层单价约50元/m²，每方混凝土增加成本30元），但涂层10年需重涂（每次成本40元/m²），且20年后因涂层老化出现局