盐雾环境硅烷对混凝土的防护

2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 150  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 盐雾环境下硅烷对混凝土结构的保护探讨 谢志明 （泉州市思康新材料发展有限公司，福建厦门，361008） 摘要：论述了海洋盐雾的特殊环境特性，盐雾含量、氯离子沉降及氯 离子在混凝土中扩散， 造成钢筋混凝土结构发生混凝土劣化及钢筋锈 蚀等。从防水、抗氯离子侵蚀、防止钢筋锈蚀以及裂缝对硅烷浸渍处 理效果影响方面，介绍硅烷对混凝土耐久性保护。 关键词：盐雾、混凝土、腐蚀、硅烷浸渍 0 引言 我国地域辽阔， 海岸线长， 许多混凝土结构处于沿海于海洋环境中， 长期承受盐雾作用。滨海盐雾环境下，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 海洋大气环境环境盐雾极盐雾区划分 1.1 盐雾环境的形成。 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 151  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 大气云雾物理角度看，盐雾是存 在于大气中的盐核，呈润湿颗粒 状。盐雾是含有盐分的微小液滴分 散于大气之中所构成的一个弥散 系统，是气候环境因素中的一个主 要因素 [2] 。海洋环境中盐雾的形成 一般以海水扰动理论解释 [3] 。海水 扰动论是解释海洋环境下的盐雾形成的理论，如图 1 所示。海洋中海 水日夜不停地激烈扰动，引起海浪相互撞击及海浪对海岸礁石的拍 击，产生大量泡沫。气泡向海面升腾、破裂，泡沫又被气流撕成细小 液滴，随气流升入空中经过裂解、蒸发、混拼等复杂的演变过程而成 为弥散系统， 形成大气盐核。 这些盐核随着上升的气流可以达到 2000 多米的高空，也可随风飘至距海岸许多公里以外的陆地，从而形成海 洋周围的盐雾环境区域 [2] 。 1.2 盐雾成分。 盐雾的组成成分与海水相似，但经蒸发后的盐雾盐核中硫酸根离 粒子比例较大。 世界各地海水的成分基本一致， 含量最多的是氯化物， 占总盐分的 90%左右，但海水表层的盐分有所区别 [4] 。曾菊尧等 [5] 通 过对沿海城市的定点观测发现，海水的含盐浓度越高，盐雾的盐分也 会越高。 国外研究表明，颗粒直径大于 40μm 的盐核很少，直径少于 2μm 的盐核要比直径在 2～40μm 间的多 10 5 倍 [4] 。 广州电气科学研究所 20 世纪 60 年代中期的盐雾颗粒浓度测试结果表明，不论在海边，还是 在距海岸 50km 以上的地方，90%以上的盐雾盐核颗粒直径均小于 5μ m [5] 。由于盐核的水分蒸发与重力作用，距离海岸越远，小直径的盐 核颗粒所占比重越大。 1.3 盐雾区的划分 根据 CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，环境作 用按其对配筋混凝土结构的侵蚀程度分为 6 级 [6] 。近海或海洋环境大 气区环境作用等级见下表 1、表 2： 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 152  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 如图 2 对于盐雾 区的划分，对重度盐雾区和轻度盐雾区 的分界点为 50m 学术界没有异议。但有 学者认为轻度盐雾区与无冻融一般大气 区的分界点为 200m 偏于不安全， CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与 施工指南》(2005 年修订版)将分界点扩大到 300m，DL/T5057-1996 《水工混凝土结构 设计规范 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 》定的分界点为 500m；若是冻融环境， 其与轻度盐雾区的分界点则要小于无冻融一般大气区与轻度盐雾区 的分界点。有学者建议轻度盐雾区与大气区的分界点为 200m(冻融环 境)或 300m（无冻融大气区）。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 海洋大气盐雾环境下氯离子侵蚀 盐雾是一种极其微小的液滴。根据气溶胶理论，细颗粒极易溶解在 气体中而发生扩散成雾，气溶胶体状盐雾易附着在物体表面。悬浮着 的盐雾颗粒并不对混凝土中氯离子扩散产生影响， 只有沉降至混凝土 表面附着量通过影响混凝土内外氯离子浓度差来改变氯离子的传输 速度。因此盐雾环境中氯离子对混凝土的侵蚀分为两步：一是大气环 境中盐雾在混凝土表面的沉降；二是氯离子在混凝土中的扩散。 2.1 盐雾含量 海洋大气环境中， 盐雾含量与盐雾沉降量为盐雾环境的重要环境参 数，影响混凝土中氯离子的侵蚀，其受到离海岸距离、风速、湿度等 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 153  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 各方面影响。盐雾含量指单位体积空气中氯离子的质量。 2.1.1 离岸距离对盐雾含量的影响。盐雾在海面产生后，随着上升 气流向内陆传播。因此，越向内陆延伸，空气中盐雾含量越低。 2.1.2 风对盐雾含量的影响。 海面风力越大，海浪越高，泡沫越 多，大气中乐舞含量越高。国外研究 者发现，盐雾含量随着风速的增大逐 渐增大 [8,9] 。图 3 根据 Gustafsson 等 在瑞典海岸进行的观测结果，给出了 风速对雨水中盐含量的影响 [9] 。 2.1.3 湿度对盐雾含量的影响。盐 雾是一种极其微小的液滴，它具有与 水滴盐分浓度相对应的平衡水汽压。 当周围水汽压低于海水滴平衡气 压时，水滴就要蒸发并变小，盐分浓度增大；反之，则发生凝结，直 接变大，盐水浓度减少。空气中的盐分含量随湿度的增加而减少。 2.1.4 盐雾沉降量。盐雾沉降量 指采样器上每天每平方米的NaCl附 着量。盐雾沉降量与大气中的盐雾 含量直接相关。国内外盐雾沉降量 观测结果均表明，盐雾沉降量随着 离海岸距离增大而极具减少，与盐 雾含量类似。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 200m 时，盐雾沉降量普遍下降了 90%左右，且趋于稳定。 2.2 盐雾环境下氯离子在混凝土中的扩散 盐雾环境，氯离子通过扩散、毛细管、渗透作用等不同的作用形式 侵入混凝土。 扩散作用是混凝土中的氯离子在浓度差作用下自高浓度 向低浓度方向的迁移。 毛细吸收作用是指由毛细孔隙的表面张力引起 的液体传输。 渗透作用是氯离子在压力差的驱动下发生的材料内部的 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 154  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 流动。氯离子在混凝土中的侵入通常是几种方式共存。当混凝土空隙 不饱和时，毛细吸收是主要传输方式；当混凝土空隙吸水饱和后，常 压下扩散为主要传输方式。由此可知，在海洋环境下，扩散被认为是 最主要的传输方式。 国内外学者对氯离子扩散问题的研究提出了不少模型。氯离子在 混凝土中的扩散行为可用 Fick 第二扩散定律来描述： 其中，D 为氯离子的扩散系数，在实际的混凝土结构中，氯离子有 效扩散系数不是恒定的，而是随时间变化遵循一定规律。对于滨海盐 雾区，混凝土表面接触氯离子的机会明显少于浪溅区和全浸泡区域， 同时氯离子在混凝土结构中的渗透作用将弱于海水浪溅区和全浸泡 区域，针对滨海盐雾区的特征，引入环境系数概念，盐雾环境氯离子 的扩散随盐雾沉降量受环境温湿度、离岸距离、高度、风力和风向等 因素的影响。 盐雾区混凝土表面氯离子浓度随离海边距离及离海面高 度的增加而降低；随时间的增长而逐步累积到定值。此外还跟环境温 湿度、风向和地形等因素有关。 2.2.1 距离及高度的影响。在 2002 年出版的日本土木工学会混凝 土 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中， 提出了近海大气区混凝土表面氯离子浓度的取值见表3 [6] 。 挪威曾对该国沿海 36 个工程进行调查， 得到结构表面最大氯离子 Cmax 含量与结构高度（高于海平面）的关系 [13] ，见表 4。 2.2 .2 时间的影响。 东南大学孙伟院士 [14] 等认为氯离子渗透混凝土是一个缓慢 的过程，但是相对于钢筋混凝土结构 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 155  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 50～150 年的设计使用寿命而言，其侵入速率又显得非常快。美国一 个标准设计程序给出盐雾区混凝土表面氯离子随时间的累积速度 [6] ， 见表 5。根据表 中的累计速度和最终定值可知，海上盐雾区混凝土 表面氯离子浓度达到定值的时间 t0 为 10 年。 2.2.3 温度及湿度的影响。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 1.5～2 倍。相对湿度越高，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 1～25 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 氯离子临界浓度 Cσ 氯离子对钢筋有很强的侵蚀 作用。在一定的条件下，当结构 中钢筋附近混凝土内氯离子的 浓度达到或者超过一定临界值， 钢筋就会以较快速度开始锈蚀， 该值称为临界氯离子浓度。 目前 还没有临界氯离子浓度的统一 值， 工程应用中应考虑具体的工 作环境和结构形式， 通过实际检 测和模拟实验得到相应临界浓 度。1980 年，R.Browne 提出了 氯离子含量与其引起的钢筋锈 蚀危险性的关系 [16] ， 见表 6。挪 威曾对Gims ystaumen大桥和其 它 35 座海边桥梁，结果与表 的关系吻合 [17] 。 有文献建议， 将 盐雾区混凝土结构中钢筋处混 凝 土 的 氯 离 子 浓 度 取 为 0.07% [16] 。 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 156  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 2007 年，刘军 [18] 等对深圳大鹏湾海边南澳某电厂（服役期 1992～ 2007,15 年）及深圳小梅沙海洋馆（服役期 1998～2007 年，9 年）进 行调查，对结构受滨海盐雾影响的部位取芯，见表 7、表 8。两处钢 筋混凝土结构 25mm 氯离子沉积量为 0.09%～0.49%，按照 ACI Building Code 的标准，大部分超过了引发钢筋锈蚀的氯离子临界浓 度。实际情况，小梅沙工程及南澳某电厂局部部位长期暴露在滨海盐 雾环境中，部分混凝土构件（柱、楼板等）收氯离子的侵蚀，发生钢 筋锈蚀、混凝土保护层脱落和开裂现象，影响了结构的正常使用和耐 久性。 2.3 我国海洋大气环境参数 利用我国气象科学数据共享网站上各地环境参数的 30 年统计资料， 钟丽娟 [3] 对国内沿海的 31 个城市进行了调查。沿海城市平均气温范 围为 9℃～26℃， 南方最高气温 39℃， 北方最低气温-21.11℃。 南方、 北方 1 月份平均气温分别为 14℃、-8℃，7 月份平均气温分别为 23 ℃、28℃。在我国，沿海平均湿度为 61～84%；沿海城市平均相对湿 度在 61%～84%，1 月平均相对湿度在 55～86%，7 月份平均相对湿度 在 76%～89%。如天津、深圳的气象资料，见表 9、表 10。 可知，盐雾环境下，滨海环境高温、高湿的特点，有助于使氯离子 在混凝土表面的沉积，通过干湿交替作用氯离子渗透到混凝土的内 部，引起钢筋锈蚀，导致混凝土结构的过早失效。 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 157  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集  3  硅烷浸渍混凝土处理机耐久性  3.1 硅烷浸渍混凝土防护 目前混凝土结构设计与施工规范中的有关 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，如混凝土结构最小 保护层厚度、混凝土的水胶比限值，混凝土的施工质量控制等，实际 上是耐久性设计与施工的内容。 除此之外， 还需采取必要的防护技术。 在混凝土表面防护中，防腐涂料由于在混凝土表面形成一层屏蔽阻 隔层，阻止氯离子、二氧化碳等腐蚀介质侵入混凝土造成的腐蚀，同 时通过涂装能够取得良好的装饰效果得到广泛应用。但是，传统防护 涂料具有自身难以克服的缺点，如长期暴露于自然环境中会老化、褪 色，耐碱性差，附着力小、自身耐久性差，容易吸灰等。尤其是滨海 环境的高温高湿的环境，涂料对混凝土表面的覆盖，空隙被堵塞，当 水分从内部排除，会将表面的防护涂层冲破，致使涂层及防护寿命缩 短。 因此， 大部分涂层本身会在环境的作用下老化， 逐渐丧失其功效， 一般寿命在 5～10 年 [19] 。 国内外相关科研成果和长期工程实践调研显 示， 硅烷浸渍是当前较为成熟的提高海洋钢筋混凝土工程耐久性的主 要技术措施。 硅烷利用自身特殊的小分子结构，穿透混凝土表层，渗透至混凝土 内部数毫米深度， 并相互缩合在基材表面毛细孔壁形成一层均匀且致 密的斥水性网状硅氧烷憎水膜层， 能有效防止外部水分和有害物质的 侵入。同时，因为没有封闭混凝土的毛细孔道，保持了基材的“呼吸” 功能。另外，硅烷浸渍处理后，有机硅聚合物以 Si-O 键结构为主链， Si 和 O 的电负性差异较大所致，Si-O 键近似于离子键，离解能高达 443.5KJ/m，从能量上讲更稳定，交联产生的硅树脂与混凝土材料形 成稳定的共价键连接，从而赋予它耐热、抗氧化性、耐辐射等功能。 因此，硅烷除了能改善混凝土表面的致密性和抗渗性外，还能够提高 混凝土的隔热性、抗污性、耐化学腐蚀和耐候性，有效延长构筑物的 使用寿命 [20] 。硅烷是美国公路路桥防护中最广泛采用的防腐 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。据 1994 年《美国高速公路研究设计 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 NCHRP》第 209 号论坛中的调查 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 158  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 资料，美国高速公路路桥防护材料中 33%采用硅烷。同时，NCHRP 对 21 种美国各州高速公路路桥常用的混凝土防护材料进行一系列性能 研究，在其中 5 中具有较好防水剂乃氯离子侵蚀效果的防护材料中， 硅烷是唯一不改变混凝土外观， 并在混凝土表面磨损后仍能够提供优 异的防水盒乃氯离子侵蚀能力的材料。目前，硅烷已经被国内外广泛 应用于桥梁、海工、道路、水工、机场、电厂、市政等工程中，如杭 州湾大桥、马拉西亚槟城二桥、上海桥隧、广深高速公路、上海中环 线、洋山港、哈大铁路、温福铁路、宁德核电、岭澳二期核电等众多 工程。 3.2 硅烷混凝土保护研究和工程实践 3.2.1 硅烷浸渍处理降低混凝土吸水性。 理论分析和工程实践都表明，混凝土的损害主要与水有关。大量事 实证明，防止了水的进入，混凝土结构的病害，包括钢筋锈蚀、碱骨 料反应、冻融循环等破坏根本就不会发生。硅烷是斥水性防水材料， 经硅烷涂料处理过的混凝土表面具有高度的防水性、 呼吸性和对碱性 材料的稳定性 [21] 。Vries [22] 等通过三年的现场暴露 实验发现，由于混凝土表 面碳化的原因，未防水处 理混凝土的溪吸水系数 稍有下降，而经过防水处 理的混凝土吸水系数则 基本保持稳定，没有明显 变化，既保持了防水处理初期效果，如图 5 所示。硅烷的长期防水性 效果受到工程人员的普遍关注， 通常应用于如海工所处环境恶劣的的 混凝土工程中。 3.2.2 硅烷浸渍处理抗氯离子侵蚀性 经过硅烷涂料处理后，混凝土表面形成很好的氯离子隔离层，可以 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 159  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 通过降低毛细吸收作用阻止或延缓氯离子侵入 [23、24] 。 水以水蒸气形式 透过混凝土表层，则难以运输氯离子运输氯离子。尽管少量水通过表 面不充分的细小孔隙或混凝土表面的空洞缺陷进入混凝土内部， 但溶 于其中的氯离子总量非常低。 Schueremans [25、 26] 等对位于比利时西北部 Zeebrugge港进行了长期观 测试验。当地主管部门 1993 年在在其建成后对码头岸壁采用异丁基 三乙氧基硅烷进行处理。研究人员分别在 1996、1998、2005 对该码 头进行了钻芯取样分析。依据比利时标准 NBN B15-250(1990)测试结 果如图 6～图 10，图中数值为通过化学滴定分析得到的平均值。按照 氯离子临界浓度为水泥质量的 0.7%，钢筋保护层厚度为 120mm，定义 钢筋表面氯离子浓度超过氯离子临界浓度为服务寿命结束， 所计算的 服务寿命如表 11。可以看出，在氯离子侵蚀为结构破坏主要因素的 情况下，硅烷浸渍处理可以 大幅度提高混凝土结构的使 用寿命。 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 160  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 Johansson [27] 在瑞士 Eugenia 隧道内进行现场试验。该地区一年之 内大约有四个月会向道路上撒除冰盐。图 11 显示了现场实验 1 粘合 3 年后硅烷处理（异辛基三乙氧基硅烷膏体）和未经硅烷表面处理混 凝土（W/C=0.45）中的氯离子含量和分布情况（经检测，硅烷有效渗 透深度是 2～3mm）。可以看出，硅烷对抵抗氯离子侵蚀的效果非常明 显。由于被雨水或者车辆溅起来的水冲刷，混凝土试件表面的氯离子 浓度往往较低，称为“冲刷”效应。但经过硅烷浸渍处理的试件的所 谓“冲刷”效应并不明显，其外表面处氯离子浓度最大，而未经表面 处理的试件氯离子含量峰值点位于外表面 5mm 处，反映了“冲刷”效 应。 实验室实验表明硅烷表明硅烷浸渍表面处理后混凝土康氯离子性 能大幅度提高，长期现场试验也大多反映了其优良效果。  3.2.3  硅烷浸渍处理抗氯离子导致的钢筋锈蚀 大量混凝土表面防水处理后的氯离子侵蚀实验表明， 硅烷浸渍处理 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 161  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 后能在混凝土表面形成很好的氯离子隔离层， 通过降低水的毛细吸收 作用来阻止氯离子侵入，使混凝土中的氯离子含量显著降低。同时， 硅烷浸渍处理又不影响混凝土内部水分散失， 当混凝土内部相对湿度 降低至一定程度后，钢筋锈蚀速率会显著降低 [28] 。 任昭君 [29] 采用水灰比为 0.6 的混凝土，在干湿循环机外界氯离子环 境下，对经过硅烷浸渍处理的混凝土内部钢筋锈蚀进行了实验研究。 结果如图 12。从图 12（a）(b)两种半电池电位值可以看出，在经过 锈蚀前的非稳定阶段后，从第 14 周开始硅烷防水处理的 OXW 试件电 位值稳定， 并明显低于后期点位仍不断负向增加的未经表面防水处理 的 OXN 时间。图 12（c）所示腐蚀电流密度结果有类似的变化趋势。 分析其原因， 一方面硅烷浸渍后能够在混凝土表面建立有效的氯离子 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 162  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 隔离层，在一定程度上阻碍氯离子的侵入，从而降低了由氯离子侵蚀 引起的钢筋锈蚀；另一方面，硅烷浸渍后在混凝土表面形成的斥水层 能有效地阻止水的进入，使混凝土孔隙溶液饱和度降低，混凝土的电 阻增大，电导率降低。 对于内部氯离子环境， 任昭君采用了水胶比为 0.4 和 0,6 的混凝土， NaCl 掺量为 15kg/m 3 ， 干湿交替环境下实验内部氯离子环境对混凝土 内钢筋锈蚀影响。实验结果表明，未进行硅烷浸渍的试件的半电池电 位绝对值和钢筋腐蚀电流密度值明显大于进行了处理的时间。表明， 在干湿交替条件下，和未进行表面处理的情况相比，硅烷浸渍处理将 会产生较好的抑制混凝土内钢筋锈蚀的效果。起源是，硅烷能够显著 降低混凝土的吸水性，使水和以水为载体的物质都难以吸进混凝土 中，同时混凝土中的水分可以水蒸气形式自由地蒸发出去，使混凝土 干燥。这样，进行硅烷浸渍处理的混凝土中含水量明显低于未进行防 水处理的混凝土试件，因此能在一定程度上抑制钢筋的锈蚀。  3.2.4  混凝土裂缝对硅烷防护效果的影响。 在实际混凝土工程中，不管从微观尺度还是从宏观尺度上讲，裂缝 都总是存在的。裂缝是混凝土结构耐久性的关键区域和薄弱区域。在 海洋大区盐雾高温高湿环境， 裂缝的存在使有害介质更易侵入混凝土 中。从工程实用角度，对开裂混凝土表面防水处理的抗氯离子侵入效 果的研究更有意义。 郭平功 [30] 针对有裂缝混凝土硅烷浸渍表面处理防护效果开展了相 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 163  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 应的实验研究。实验采用水灰比为 0.5 的混凝土试块。一组时间不经 过防水处理，分别诱导相应的裂缝；另一组先诱导产生裂缝，再进行 硅烷浸渍处理。实验室（温度 20±3℃，相对湿度 60%）放置一周， 然后放入 3%盐水中进行毛细吸收实验，之后再将试件切割、磨粉、 分析。实验结果，绘制出氯离子渗透深度与含量和裂缝的氯离子含量 等势线图，如图 12～图 13。可以看出，由于硅烷可以深层渗入混凝 土表层，沿着裂缝裂缝毛细吸收进入混凝土，使裂缝面形成斥水层， 沿裂缝的氯离子含量明显降低。因此，对于已开裂的混凝土进行硅烷 浸渍表面处理可以获得较为理想的抗氯离子渗透的防护效果。 同时，郭平功 [31] 通过实验对先进行硅烷浸渍处理、后产生裂缝的混 凝土抗氯离子侵蚀性进行了研究。典型实验结果如图 14 所示。 从后诱导 0.2mm裂缝的混凝土试块氯离子含量的结果来看，进行硅 烷浸渍处理后的混凝土再开裂， 沿裂缝的氯离子含量有了大幅度的下 降，仅相当于没有进行硅烷防水处理时且离裂缝较远的氯离子含量， 甚至稍微降低。 说明进行硅烷浸渍处理后， 即使再出现裂缝， 短期内， 沿裂缝的氯离子含量不会很大，防水处理取得一定的效果。但是，从 诱导  0.4mm 裂缝的混凝土试块氯离子含量的结果可以明显看出，沿 裂缝氯离子含量随着裂缝宽度的增加而增加，并随裂缝的影响深度。 宽度有所增加。这是因为先进行硅烷处理，再产生裂缝，则裂缝面只 有小部分是防水的，氯离子仍可以沿着裂缝进行混凝土。 戴建国等 [32] 采用待腻子探针微观检测技术（EPMA）对先表面防水处 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 164  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 理，后出现裂缝的混凝土氯离子的检测结果也有类似规律，如果裂缝 发生在硅烷防水处理后，只有在裂缝宽度控制在 0.1mm 以下，硅烷 在降低混凝土吸水性、氯盐渗透性、抑制钢筋锈蚀方面有明显效果。 4 结论  1.  由于滨海混凝土结构所处的特殊环境，除了要对浪溅区和水位 变动区防腐蚀考虑外， 大气区盐雾对钢筋混凝土结构的腐蚀也需要予 以重视。在工程设计阶段，应充分评估环境中的盐雾氯离子等腐蚀因 素，以此进行适当的防腐附加设计。  2.  硅烷作为目前海工混凝土防腐的最有效措施之一，已经被大量 工程实践所证明。硅烷防腐处理后，混凝土的吸水率、氯离子侵入量 及钢筋锈蚀大大降低。对于海洋环境无论是浪溅区、水位变动区以及 大气盐雾区，以及北方除冰盐、融雪剂环境，应用硅烷对混凝土进行 2010年 10月 全国桥梁耐久与防灾安全设计  Page: 165  南京 交通部公科院 技术研讨会论文集 防腐处理，可有效提高混凝土的耐久性。 参考文献  [1]  王用中，丁自强.沿海混凝土桥梁的腐蚀与防护[J].桥梁建设，  33(3):65­68.  [2]  钟丽娟，黄庆华，顾祥林，张伟平.盐雾环境下混凝土中氯离子侵 蚀加速试验的综述.结构工程师，2009,6（3）：144­149.  [3]  徐国葆.我国沿海大气盐雾含量与分布[J].环境技术，1994,12（3）：  1­7.  [4]  巫铭礼.自然界的盐雾[J].环境技术，1993,11（4）：3­8。  [5]  曾菊尧.  关于我国沿海地区近地面大气中的盐雾及其分布[J].电 机电器技术，1982,25（4）：15­20。  [6]  中国土木工程学会标准，CCES01­2004《混凝土结构耐久性设计 与施工指南》[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.  [7]  王命平，王冰，赵铁军，张鹏，于晓静.沿海混凝土结构的环境盐 雾分区研究.青岛理工大学学报，2007,4（28）:1～6.  [8] Gustafsson M E R, Franzen L G. Dry deposition and concentration of  marine  aerosols  in  a  coastal  area,  SW  Sweden  [J].  Atmospheric  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