在滨海盐雾环境中,氯离子渗透是导致混凝土结构钢筋锈蚀、耐久性劣化的关键因素。装配式混凝土结构中普遍存在的施工接缝因界面区孔隙多、结构不连续,往往成为氯离子侵入的薄弱环节。目前,针对海水浸泡或干湿交替环境下接缝混凝土耐久性的研究较多,但对盐雾环境中带接缝混凝土的氯离子侵蚀行为及抑制措施尚缺乏系统研究。《硅酸盐通报》2026年第1期发表了来自江苏大学的研究论文《盐雾环境下带接缝混凝土抗氯离子侵蚀性能研究》(第一作者延永东),本文聚焦盐雾环境下带接缝混凝土的抗氯离子侵蚀性能,系统考察了接缝类型、侵蚀时间及自愈合材料类型对氯离子传输行为的影响。研究旨在揭示盐雾环境中接缝区氯离子的侵蚀规律,评估自愈合材料的防护效果,为提升沿海装配式混凝土结构的耐久性提供实验依据与理论支持。 原材料主要包括P·O 42.5水泥、天然河砂、碎石、一级粉煤灰,聚羧酸减水剂(SP)。此外,为得出不同类型自愈合材料对带接缝混凝土抗氯离子侵蚀的效果,在混凝土中掺加不同类型的自愈合材料:结晶外加剂(CA)、UEA膨胀剂(CSA)和高分子吸水树脂(SAP)。 考虑接缝类型、侵蚀时间、自愈合材料类型三种因素的影响,试件的强度等级设计为C60。其中接缝类型包括凿毛湿接缝(Z)和直接湿接缝(J)两种,同时设计非接缝(F)试件用于对比分析;自愈合材料包括单掺CA、单掺SAP、单掺CSA、复掺CA和SAP(记为CS)、复掺CA和CSA(记为CC)5种类型;侵蚀时间分别为90、120、180、240和300 d,其中接缝类型和侵蚀时间只针对单掺CA的试件。SP用量均为胶凝材料质量的0.3%,CA、CSA和SAP掺量分别为胶凝材料质量的2.0%、10%和0.5%。盐雾由质量分数为5%的NaCl溶液生成,盐雾箱内温度为(30±2) ℃,盐雾沉降率为0.125~0.025 mL/(h·cm2),采用间歇式喷雾方式,即喷雾12 h、间歇12 h,每24 h为一个循环,直至设定时间。 表1 自愈合材料的技术参数 表2 试件编号及配合比 图1 混凝土拌和流程 图2 带接缝混凝土试件制作流程 接缝类型对混凝土内氯离子质量分数的影响 相同深度处,三种接缝类型试件内氯离子质量分数由大到小依次为直接湿接缝试件、凿毛湿接缝试件、非接缝试件。在距表面4 mm深度处,三种接缝类型试件都出现了氯离子质量分数峰值,其中直接湿接缝混凝土内的氯离子质量分数相比凿毛湿接缝混凝土增大了51.1%,且直接湿接缝处的氯离子质量分数远大于非接缝处,而凿毛湿接缝处的氯离子质量分数与非接缝处相差较小,表明凿毛处理是改善混凝土接缝处耐久性的有效措施。 图3 不同接缝类型混凝土内的氯离子质量分数分布 侵蚀时间对混凝土内氯离子质量分数的影响 随着侵蚀时间的增加,接缝对混凝土抗氯离子侵蚀性能的劣化效果愈发明显。试件经盐雾侵蚀90、120、180、240和300 d后,直接湿接缝处的最大氯离子质量分数相比非接缝处分别增加了31.9%、40.1%、53.1%、60.2%和82.1%。随着侵蚀时间的延长,氯离子在混凝土内的影响深度逐渐增大。经过盐雾侵蚀90、120、180、240和300 d后,接缝处混凝土氯离子质量分数分别在距表面12、12、14、16和16 mm深度处趋于稳定,非接缝处混凝土氯离子质量分数分别在距表面10、10、12、14和14 mm深度处趋于稳定,相同侵蚀时间下接缝处的氯离子侵入深度要大于非接缝处。非接缝混凝土和带接缝混凝土均在距表面4 mm深度处出现氯离子质量分数峰值。 图4 不同侵蚀龄期下直接湿接缝与非接缝混凝土的氯离子质量分数分布 自愈合材料类型对混凝土内氯离子质量分数的影响 在同一深度时,非接缝处混凝土的氯离子质量分数由大到小依次为掺加CS试件、掺加SAP试件、掺加CSA试件、无掺加试件、掺加CA试件、掺加CC试件,接缝处混凝土的氯离子质量分数由大到小依次为掺加SAP试件、掺加CS试件、无掺加试件、掺加CSA试件、掺加CA试件、掺加CC试件。掺加CA和CC试件在接缝处和非接缝处的氯离子质量分数均低于对照组,且试件在距表面4 mm深度处出现了氯离子质量分数峰值。在非接缝处,掺加CA和CC试件的氯离子质量分数峰值相比对照组分别降低了18.1%和30.4%;在接缝处,掺加CA和CC试件的氯离子质量分数峰值相比对照组分别降低了26.9%和50.6%。说明单掺CA和复掺CA、CSA均可减弱接缝对混凝土抗氯离子侵蚀性能的不利影响。 图5 掺加不同自愈合材料的混凝土在接缝与非接缝处的氯离子质量分数分布 带接缝混凝土表观氯离子扩散系数分析 以掺加CA的混凝土试件为例,随着侵蚀时间的延长,混凝土在接缝处和非接缝处的表观氯离子扩散系数逐渐减小,且在相同时间段内,混凝土在接缝处的表观氯离子扩散系数均大于非接缝处。随着侵蚀时间的增加,相同间隔周期内的混凝土表观氯离子扩散系数差值不断减小。在侵蚀120~180 d、180~240 d和240~300 d三个周期内,混凝土在非接缝处的表观氯离子扩散系数分别降低了3.92×10-7、2.22×10-7和1.30×10-7 mm2/s。 以掺加不同类型自愈合材料的混凝土试件为例,混凝土在接缝处的表观氯离子扩散系数均大于非接缝处。掺加不同自愈合材料的混凝土接缝处的表观氯离子扩散系数由大到小依次为掺加SAP试件、掺加CS试件、无掺加试件、掺加CSA试件、掺加CA试件、掺加CC试件,非接缝处的表观氯离子扩散系数由大到小依次为掺加CS试件、掺加SAP试件、掺加CA试件、掺加CSA试件、无掺加试件、掺加CC试件。单掺CA与CSA的混凝土在接缝处和非接缝处的表观氯离子扩散系数均与基准混凝土相似;单掺SAP的混凝土在接缝处和非接缝处的表观氯离子扩散系数相差最大,且接缝处的表观氯离子扩散系数比基准混凝土提高了22.41%;复掺CA和CSA的混凝土在非接缝处和接缝处的表观氯离子扩散系数均低于基准混凝土,分别降低了30.27%、15.09%;复掺CA和SAP的混凝土在非接缝处的表观氯离子扩散系数比基准混凝土提高了85.24%。说明,SAP掺入混凝土会减弱接缝处和非接缝处的抗氯离子侵蚀性能。 对混凝土接缝处和非接缝处的表观氯离子扩散系数进行拟合,接缝处的表观氯离子扩散系数随时间的衰减规律与非接缝处较为一致,但其值约为非接缝处的1.3倍。直接湿接缝混凝土表观氯离子扩散系数试验值与计算值的最大误差在15%以内。 图6 不同侵蚀时间下掺加CA混凝土的表观氯离子扩散系数 图7 掺不同自愈合材料的混凝土非接缝处(F)与直接湿接缝处(J)的表观氯离子扩散系数 图8 混凝土非接缝处与直接湿接缝处的表观氯离子扩散系数随侵蚀时间的变化 图9 直接湿接缝混凝土表观氯离子扩散系数预测值与试验值比较 1)接缝显著增大了氯离子在混凝土内的传输速度。接缝处不连续的水化反应导致混凝土在接缝处存在较多微裂纹和连通孔隙,降低了混凝土的密实度,为氯离子在混凝土内的传输提供了侵蚀通道。 2)盐雾侵蚀下,相同深度接缝处的氯离子质量分数明显大于非接缝处,盐雾侵蚀90、120、180、240和300 d后,接缝处的最大氯离子质量分数相比非接缝处分别增加了31.9%、40.1%、53.1%、60.2%和82.1%,说明盐雾侵蚀时间越长,接缝的不利影响越大;三种接缝类型试件内的氯离子质量分数从大到小为直接湿接缝试件、凿毛湿接缝试件、非接缝试件;盐雾侵蚀环境下,在距混凝土暴露表面4 mm深度处,三种接缝类型试件都出现了氯离子质量分数峰值。 3)单掺CA、复掺CA和CSA可提升盐雾环境下混凝土的抗氯离子侵蚀性能,单掺CA、复掺CA和CSA试件在非接缝处的氯离子质量分数峰值较对照组分别降低了18.1%和30.4%,接缝处则分别降低了26.9%和50.6%。单掺CS和SAP则会减弱盐雾环境下混凝土的抗氯离子侵蚀性能。 4)接缝处和非接缝处混凝土的表观氯离子扩散系数呈良好的线性相关性,非接缝处与接缝处的表观氯离子扩散系数均随盐雾侵蚀时间增加而减小,两者的衰减规律较为一致,但接缝处混凝土的表观氯离子扩散系数约为非接缝处的1.3倍。
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