第3章　有压渗透下钢筋混凝土抗腐蚀耐久性

3.1　无压毛细渗透作用和有压渗透作用腐蚀试验研究

规范对“干湿交替环境”和“薄壁混凝土结构”的定义不清。对于“干湿交替环境”，《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008）第4.2.2条规定“配筋混凝土墙、板构件的一侧表面接触室内干燥空气、另一侧表面接触水或湿润土体时，接触空气一侧的环境作用等级宜按干湿交替环境确定。”但在条文说明中说明：“如果混凝土密实性好、构件厚度较大或临水表面已作可靠防护层，临水侧的水分供给可以被有效隔断，这时干燥空气一侧可不按Ⅰ-C级（干湿交替环境）考虑。”《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005—2010）4.3.4条注2中说明：“对于一面接触含盐环境水（土）而另一面临空且处于大气干燥或多风环境中的薄壁混凝土结构（如隧道衬砌），临空面的混凝土按遭受盐类结晶破坏环境作用考虑。”

也就是说，在构件的一侧表面接触室内干燥空气或多风环境、另一侧表面接触含盐环境水或湿润土体的情况下，对于多厚构件可不按Ⅰ-C级（干湿交替环境）考虑，或者不作为薄壁混凝土结构。

为了解决上述疑惑，本书开展了无压毛细渗透作用环境和有压渗透环境下氯盐腐蚀试验研究。

3.1.1　无压毛细渗透作用环境

制作两组150mm×150mm×300mm的试件，四周用蜡密封，底端浸入5%MgSO4+3.5%NaCl溶液中，而顶端处于干燥多风的环境下。即采用不掺引气剂的SD38和掺加引气剂的YSD38两组试件养护至28d后，放入恒温（20℃）、恒湿（60%）的鼓风箱内进行试验。试验至一定龄期后，劈开观察渗水高度，并分层取样分析腐蚀离子的渗透高度和浓度。

试验至90d、180d和365d龄期时，劈开试件肉眼均未见任何渗水痕迹。由于氯离子在混凝土中的迁移速度比硫酸根离子快，因此本书主要以氯离子来表征腐蚀离子在此试验条件下的渗透深度和浓度。毛细渗透作用下氯离子的渗透深度及其浓度试验结果见表3.1。

由表3.1可知，对于厚度30cm的混凝土试件，一端处于腐蚀溶液中，另一端处于温度20℃和湿度60%的多风环境下至90d后，混凝土中氯离子的渗透深度只有约4cm，危害深度不到1cm，且随试验龄期增长，20mm以后内部混凝土中氯离子浓度无变化。

引气混凝土较非引气混凝土中的氯离子浓度小。

在干湿交替作用下，氯化物被带进混凝土中的主要机理是混凝土毛细管张力下的吸收作用，其传输速度远大于饱水混凝土里外氯离子浓差引起的离子扩散速度。然而，在毛细管张力作用下离子侵入混凝土内部的高度是有限的。有调查表明，盐湖地区混凝土构件腐蚀最严重的位置在地面以上30cm以内的卤水干湿交替部位，在这种环境条件下，混凝土一年左右即发生侵蚀，腐蚀特征表现为混凝土从表面开始粉化剥落。盐渍土地面以上30cm内混凝土的破坏与苏联学者关于“普通混凝土吸收氯盐的高度不超过30cm”的结论相符。也就是说，当钢筋混凝土构件厚度大于30cm时，一侧表面接触室内干燥空气或多风环境、另一侧表面接触含盐环境水或湿润土体的情况下可不考虑干湿交替结晶膨胀破坏。深圳地铁工程现浇钢筋混凝土壁厚通常为60～80cm，因此可认为不存在薄壁结构干湿交替腐蚀危害状况。

干湿交替的腐蚀环境存在于地铁站等出地面的现浇混凝土工段，混凝土墙体外侧处于干湿交替的腐蚀环境中。如其中红树湾站、福永站等工段处于非常严重氯盐腐蚀环境（Ⅳ-E）；后海站、前海湾站处于氯盐非常严重腐蚀环境加硫酸盐严重腐蚀环境（Ⅳ-E、Ⅴ-D）。

3.1.2　有压渗透作用环境

采用YSD38混凝土配合比，成型制作混凝土抗渗试件，试件高150mm，在试件中间埋设ϕ10钢筋，即试件上下端钢筋保护层厚度均为70mm。混凝土试件标准养护28d后，封入抗渗试模，抗渗试验机采用氯离子15000mg/L+硫酸根离子3000mg/L+镁离子1500mg/L溶液，在0.3MPa压力下开展渗透试验。定期使用阳极电位仪测量预埋钢筋的半电池电位，反映其钢筋锈蚀情况。试验至90d、180d和365d龄期时，劈开试件检测渗透深度、不同深度氯离子含量。预埋钢筋半电池电位检测结果和劈裂试件后钢筋状况如图3.1和图3.2所示，混凝土渗透深度和氯离子含量试验结果见表3.2。

根据《水运工程混凝土试验规程》（JTJ 270—1998），当半电池负向电位大于-350m V时，钢筋有90%的概率呈活化状态，将被评定为锈蚀。本试验结果渗透180d和365d的预埋钢筋半电池电位检测曲线基本在-350m V以上。渗透365d试件劈裂后钢筋无锈蚀产生。

混凝土渗透深度和氯离子含量检测结果可见，氯盐危害深度仅20mm以内，氯离子渗透深度仅达到40mm，均未达到钢筋保护层厚度。且随龄期增长基本无变化。

毛细渗透和压力渗透下混凝土氯离子浓度检测试验结果如图3.3所示。试验结果可见，不管是毛细渗透或者是0.3MPa压力渗透，混凝土内部氯离子浓度均有一突变降低过程。在0.3MPa压力渗透作用下，此突变过程深入混凝土内部20mm，与混凝土渗透深度相当。

深圳地铁平均深度20m，地下水渗透压力约为0.2MPa。地铁通道混凝土侧墙厚度600mm。通过本次试验研究表明，在深圳地铁11号线最严酷腐蚀介质浓度有压渗透下，氯盐腐蚀危害深度远未达到混凝土侧墙外层钢筋保护层厚度，更加影响不到侧墙内层钢筋，因此不存在薄壁结构干湿交替破坏环境。氯离子的存在限制了硫酸盐的渗透，硫酸盐的渗透深度不可能超过氯离子渗透深度，因此也不存在硫酸盐薄壁结构干湿交替结晶腐蚀破坏环境。