張建球

摘要：文章以已建成5～20年的欽州港地區(qū)老碼頭工程為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)獲取碼頭臨水面混凝土的氯離子濃度結(jié)果，研究分析因不同水位區(qū)域、不同建成時(shí)間、不同結(jié)構(gòu)深度的氯離子含量的規(guī)律，建立起氯離子濃度與碼頭建成時(shí)間的回歸公式，預(yù)測(cè)達(dá)到臨界濃度的擴(kuò)散時(shí)間，為欽州港碼頭耐久性設(shè)計(jì)與碼頭加固補(bǔ)強(qiáng)提供參考。

關(guān)鍵詞：欽州港;碼頭;氯離子濃度;耐久性設(shè)計(jì);鋼筋銹蝕

中圖分類號(hào)：U656.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.045

文章編號(hào)：1673-4874（2019）08-0164-04

0引言

氯離子在混凝土中的擴(kuò)散一直以來(lái)都是鋼筋混凝土耐久性研究的重要組成部分。氯離子的侵入深度達(dá)到結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層厚度，將直接引起接觸鋼筋的銹蝕，加快鋼筋混凝土的質(zhì)量劣化，進(jìn)而影響碼頭的結(jié)構(gòu)安全。海港碼頭建筑物長(zhǎng)期處于海洋環(huán)境中，鋼筋腐蝕已成為影響碼頭建筑物耐久性的主要因素，而氯離子的侵蝕又是引起鋼筋腐蝕的首要因素。

本文通過(guò)對(duì)欽州港地區(qū)老碼頭臨水面混凝土中的氯離子濃度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣及試驗(yàn)，研究分析不同水位區(qū)域、不同建成時(shí)間、不同結(jié)構(gòu)深度的氯離子含量的變化規(guī)律，建立氯離子濃度與碼頭建成時(shí)間的回歸公式，豐富氯離子擴(kuò)散的理論研究。與試驗(yàn)室模型試驗(yàn)相比，本次試驗(yàn)對(duì)象全部為運(yùn)營(yíng)中的海港老碼頭結(jié)構(gòu)，因此更貼近工程實(shí)際，具有工程耐久性設(shè)計(jì)和加固處理的直接參考價(jià)值。

1取樣試驗(yàn)

1.1現(xiàn)場(chǎng)碼頭概況

本次取樣的21個(gè)碼頭均在欽州港，碼頭已建成時(shí)間為5～20年，本次研究提取其中8個(gè)有代表性的碼頭工程的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。各碼頭簡(jiǎn)要信息統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

1.2試驗(yàn)

1.2.1現(xiàn)場(chǎng)取樣方法

本次取樣碼頭為8個(gè)在碼頭臨水面的大氣區(qū)、浪濺區(qū)及水位變動(dòng)區(qū)分別取樣7組試驗(yàn)，各組深度分別為距表層0～10mm、10～20mm、20～30nqrn、30～40m、40～50mm、50～60mm、60～70mnq。取樣位置選擇在主筋附近，并避開(kāi)混凝土裂縫和明顯缺陷。

1.2.2試驗(yàn)方法

氯離子含量測(cè)試一般有硝酸銀滴定法、硝酸汞滴定法、電位滴定法和離子色譜法等。本次氯離子含量測(cè)定采用電位滴定法，該方法原理是通過(guò)測(cè)量滴定過(guò)程中電池電動(dòng)勢(shì)的變化來(lái)確定滴定終點(diǎn)。測(cè)定時(shí)以氯電極為指示電極，以玻璃電極為參比，采用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，用伏特計(jì)測(cè)定兩電極之間的電位變化，電位

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1氯離子濃度結(jié)果匯總表（見(jiàn)表2）變化最大時(shí)儀器的讀數(shù)即為滴定終點(diǎn)，通過(guò)消耗的硝酸銀量確定溶液中的氯離子含量。試驗(yàn)步驟為：（1）取混凝土中的砂漿約100g，研磨通過(guò)0.063mm篩，置于105℃±5℃烘箱中烘2h后取出放入干燥器冷卻至室溫;（2）將樣品置于三角燒瓶中，加入蒸餾水，劇烈振蕩1～2min之后將樣品過(guò)濾，各吸取20mL置于兩個(gè)三角燒瓶中;（3）分別在兩個(gè)三角燒瓶中各加2滴酚酞，使溶液呈微紅色，再用稀硫酸中和至無(wú)色后，加鉻酸鉀指示劑10滴，按下式計(jì)算水溶性氯離子含量：

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，分別繪制各碼頭臨水面大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)氯離子濃度與取樣深度關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

（1）氯離子含量變化總體趨勢(shì)。

本次取樣的大氣區(qū)、浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)三個(gè)區(qū)域，芯樣氯離子濃度都隨結(jié)構(gòu)深度的增加而減小。當(dāng)深度在20～50mm時(shí)，曲線呈急劇下降趨勢(shì)，說(shuō)明氯離子濃度在此區(qū)間內(nèi)受深度影響明顯;當(dāng)深度在50mm左右時(shí)，隨著深度增加曲線僅呈平緩的下降趨勢(shì)，表明混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到此深度后，氯離子擴(kuò)散速度較慢，且擴(kuò)散量較小。

（2）同一碼頭不同水位區(qū)氯離子濃度變化趨勢(shì)

同一碼頭，同一混凝土深度處，氯離子含量基本呈現(xiàn)大氣區(qū)<浪濺區(qū)<水位變動(dòng)區(qū)的特征，說(shuō)明水位變動(dòng)區(qū)受氯離子擴(kuò)散作用的影響最顯著，其次為浪濺區(qū)、大氣區(qū)。因此，在碼頭建成后的耐久性跟蹤評(píng)估過(guò)程中應(yīng)對(duì)水位變動(dòng)區(qū)氯離子含量進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

（3）不同建成時(shí)間的碼頭的氯離子濃度變化趨勢(shì)

當(dāng)混凝土表層深度<50mm寸，氯離子濃度與建成時(shí)間之間沒(méi)有呈現(xiàn)出固定的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)的關(guān)系。混凝土中氯離子的擴(kuò)散過(guò)程非常復(fù)雜，特別是表層擴(kuò)散不僅與混凝土本身質(zhì)量密切相關(guān)，而且還與水化產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)合及吸附、物理吸附等因素有直接聯(lián)系。而取樣深度≥50mm時(shí)，同一深度處，氯離子濃度在總體上呈現(xiàn)出明顯的建成時(shí)間越長(zhǎng)，濃度越大的趨勢(shì)。

（4）建成時(shí)間相近的碼頭，氯離子濃度與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系

建成時(shí)間相近的碼頭，氯離子濃度與混凝土強(qiáng)度之間未呈現(xiàn)出固定的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

3氯離子擴(kuò)散預(yù)測(cè)

3.1趨勢(shì)擬合

已建成碼頭臨水面氯離子含量可測(cè)區(qū)域僅有大氣區(qū)、浪濺區(qū)及水位變動(dòng)區(qū)，根據(jù)《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范））（JTS151-2011）中表7。2.1的規(guī)定，以上三個(gè)區(qū)域在海洋環(huán)境下混凝土保護(hù)層最小厚度不應(yīng)<50mm，且沿海碼頭混凝土鋼筋保護(hù)層厚度大多設(shè)計(jì)為50～70mm。根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本文假設(shè)在相同的氯離子濃度下，本次研究的老碼頭混凝土質(zhì)量是同質(zhì)的，混凝土不同深度的氯離子濃度含量只有時(shí)間依賴性。分別取不同建成時(shí)間的碼頭在60m、70mm深度處的氯離子濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，嘗試擬合出氯離子濃度與碼頭建成時(shí)間關(guān)系曲線。

從圖2的擬合結(jié)果看，各水位區(qū)混凝土60WfR、70mm的氯離子濃度與碼頭建成時(shí)間基本呈現(xiàn)二次函數(shù)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均在0.65以上，且大多數(shù)達(dá)到0。8以上。

3.2氯離子擴(kuò)散預(yù)測(cè)

根據(jù)《水運(yùn)工程水工建筑物檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（JTS304-2019），大氣區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)中氯離子含量均小于引起混凝土鋼筋銹蝕的氯離子含量臨界值，即<0.55%;浪濺區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)中氯離子含量均小于引起混凝土鋼筋銹蝕的氯離子含量臨界值，即<0.35%。根據(jù)60mm和70mm處氯離子濃度含量與建成時(shí)間關(guān)系擬合結(jié)果，預(yù)測(cè)大氣區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)的胸墻氯離子含量達(dá)到0.55%所需時(shí)間及浪濺區(qū)的胸墻氯離子含量達(dá)到0.35%所需時(shí)間。預(yù)測(cè)結(jié)果如表3所示。

4結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣以及試驗(yàn)的方法研究了廣西欽州港部分已建成老碼頭結(jié)構(gòu)臨水面不同區(qū)域的氯離子濃度與深度、建成時(shí)間之間的關(guān)系，得到以下結(jié)果：

（1）同一混凝土深度處，大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)的氯離子含量依次增加，即大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)受到氯離子擴(kuò)散的影響依次增大。

（2）同結(jié)構(gòu)臨水面相同的位置，氯離子濃度都隨深度增加而降低。

（3）深度在50mm以上時(shí)，各水位區(qū)的氯離子濃度隨碼頭建成時(shí)間增加而增大。

（4）假設(shè)在相同的氯離子濃度環(huán)境中，碼頭工程的混凝土質(zhì)量是同質(zhì)及混凝土不同深度的氯離子濃度含量只有時(shí)間依賴性的情況下，混凝土60mm、70mm度處，氯離子濃度與碼頭建成時(shí)間呈二次函數(shù)關(guān)系。

影響混凝土中氯離子擴(kuò)散的因素非常復(fù)雜。隨著廣西北部灣地區(qū)碼頭工程數(shù)量逐漸龐大，對(duì)老碼頭混凝土中氯離子含量的研究越來(lái)越重要，特別是預(yù)測(cè)達(dá)到鋼筋銹蝕濃度的使用時(shí)間。故建議后續(xù)研究人員根據(jù)碼頭有限的氯離子檢測(cè)次數(shù)（3～5次）建立符合本碼頭項(xiàng)目氯離子擴(kuò)散公式，預(yù)測(cè)混凝土氯離子濃度，為碼頭工程結(jié)構(gòu)耐久性及安全提供一定的參考依據(jù)。