CN109374480A - 评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，其主要包括以下几个步骤：（1）制备混凝土试件，并进行养护；（2）试件表干后，部分试件涂覆混凝土表面涂层，另一部分不涂覆混凝土表面涂层；（3）涂层固化后，将混凝土试件放入氯盐环境中进行暴露；（4）暴露不同龄期后，取出试件，测量保护层中的氯离子深度分布，计算氯离子扩散系数；（5）根据菲克第二定律，定量评估混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命。本发明的优点在于：本发明可以定量的计算评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命，实现涂层防护寿命的精确设计，保证混凝土结构的耐久性和服役安全性。

Description

评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法

技术领域

本发明涉及海洋环境下混凝土结构耐久性及腐蚀防护领域，特别涉及一种定量评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法。

背景技术

混凝土表面涂覆涂层可以有效隔绝环境中的有害介质的侵入，是提高混凝土结构物最常用的附加防腐措施。涂层的保护效果是工程设计者和建设者最为关心的问题，关于涂层的保护效果，目前已做了大量的研究，研究结果均表明：涂层可以有效的隔绝环境中有害介质的侵入，挺高混凝土结构物的耐久性。但是这些研究均是定性的得出涂层具有良好的保护效果。无法定量地评估涂层可以延长混凝土结构物的耐久性寿命。国外对涂层防腐蚀措施延长寿命评估方面做了一些研究工作，2001年，由美国混凝土协会战略部联合其它几家单位，研制开发出针对氯盐环境下的桥梁混凝土结构的全寿命成本分析应用软件（life-365），明确给出了涂层腐蚀措施可延长混凝土结构物的耐久性寿命。但是从life365的背景资料来看，涂层防腐措施对延长耐久性寿命的可量化指标存在较多地经验判断成分。

国内对涂层防腐措施延长混凝土结构的耐久性寿命定量研究尚未见研究报道，虽然现行的部分规范给出了涂层保护延长混凝土结构的耐久性寿命，但是，这一参数的获得仅是依据经验的取值，并没有相关的研究作为支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以定量评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，可以定量计算混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命，保证混凝土结构的耐久性和安全性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，其创新点在于：包括如下步骤：

步骤1：制备一批相同原材料和配合比的立方体混凝土试件，进行标准养护28天后取出，表面用钢丝刷打磨后用清水清洗，放置于室内1天表干；

步骤2：对步骤1中的部分混凝土试件的1个表面涂覆表面防腐涂料，其余5个表面用环氧树脂进行密封，另一部分试件的1个表面未涂覆防腐涂料，另外5个表面用环氧树脂密封；

步骤3：涂料固化后，将所有的混凝土试件同时放入氯盐环境中开展暴露实验；

步骤4：混凝土试件暴露不同龄期后取回，测量有涂层保护和没有涂层保护的混凝土试件在不同暴露龄期的氯离子浓度深度分布，计算有涂层保护和没有涂层保护的混凝土试件扩散系数和表面氯离子浓度时变规律；

步骤5：根据菲克第二定律定量评估混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命。

进一步地，所述步骤4混凝土中氯离子浓度测量具体为，将取回的混凝土试件从表面开始逐层磨取粉样，按《水运工程混凝土实验规程》中规定的方法测量混凝土中的氯离子浓度。

进一步地，所述步骤5混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命可按下式计算：

式中：t为混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命，c为混凝土保护层厚度，D_cl为混凝土稳定扩散系数，为误差函数，C_c,c为涂层混凝土结构涂层失效时钢筋表面的氯离子浓度，C_c,w为未涂覆涂层的混凝土在涂层失效时钢筋表面的氯离子浓度，C_s为表面氯离子浓度。

本发明的优点在于：本发明评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，混凝土结构随着水化反应的不断进行，混凝土的致密性逐渐提高，氯离子在混凝土中的扩散系数逐渐降低，直至达到稳定；当混凝土表面涂覆涂层后，在混凝土早龄期相对疏松阶段，因涂层的物理隔绝作用，可以有效的阻挡氯离子的侵入，当涂层因为老化失效后，不能阻挡氯离子侵入时，此时的混凝土已相对致密，氯离子扩散系数相对较小；因此，涂层提高混凝土结构的耐久性寿命不等于涂层自身的使用寿命，涂层和混凝土之间存耦合作用。

为准确的计算评估涂层延长混凝土结构的耐久性寿命，根据氯离子在混凝土中的扩散满足菲克第二定律，以钢筋表面的氯离子浓度为评价指标，涂覆涂层的混凝土结构在涂层失效时，氯离子继续向钢筋表面扩散，当钢筋表面的氯离子浓度与未涂覆涂层的混凝土结构在涂层失效时刻钢筋表面的氯离子浓度相同时，二者的时间差即时涂层延长混凝土结构的耐久性寿命。

为达到定量计算评估涂层延长混凝土结构的耐久性寿命，本发明提出一种定量计算评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，实现采用涂层防护的混凝土结构耐久性寿命精确设计，降低工程全寿命成本的同时，保证结构的耐久性和服役安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

表1 为青岛暴露试验站不同暴露龄期浪溅区空白混凝土氯离子浓度深度分布。

表2为青岛暴露试验站不同暴露龄期浪溅区涂层混凝土氯离子浓度深度分布。

图1为青岛暴露试验站浪溅区空白混凝土表面氯离子浓度随时间变化曲线图。

图2为青岛暴露试验站浪溅区涂层混凝土表面氯离子浓度随时间变化曲线图。

图3为青岛暴露试验站浪溅区无涂层混凝土扩散系数随时间的衰减曲线图。

图4为青岛暴露试验站浪溅区涂层混凝土扩散系数随时间的变化曲线图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

以青岛暴露试验站浪溅区暴露5年的数据为例，计算涂层延长混凝土结构的使用寿命。

假定涂层自身的使用寿命为20年，20年后涂层失效，失去保护作用；混凝土的保护层厚度为50mm。涂层保护年限内，通过下式对涂层混凝土表面氯离子浓度平均值进行计算，涂层混凝土20年表面平均氯离子表面浓度为0.191（%，相对于混凝土的质量百分数）。

(1)

= 0.191（%，相对于混凝土的质量百分数）

涂层保护年限内，涂层混凝土扩散系数平均值为0.11×10^-12 m²/s。

(2)

= 0.11（×10^-12 m²/s）

由式（1）和（2）得到，涂层失效后（20年），钢筋表面的氯离子浓度可表示为：

(3)

无涂层混凝土20年内，氯离子扩散系数的平均值为：

(4)

=0.15（×10^-12 m²/s）

由式（4）得到，20年后，无涂层混凝土钢筋表面的氯离子浓度为（根据图2-5，表面氯离子浓度取0.6%，相对混凝土质量）

(5)

将式（3）和（5）的计算结果带入式中，即可可 算出涂层延长混凝土结构的使用寿命。计算时，混凝土初始氯离子浓度定为0.01%（C₀），混 凝土保护层厚度（c）为50mm，20年后，稳定的氯离子扩散系数（D_cl）为0.13×10^-12 m²/s，计算 得到涂层可延长混凝土结构物的寿命为23.4年。

表1

表2

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：制备一批相同原材料和配合比的立方体混凝土试件，进行标准养护28天后取出，表面用钢丝刷打磨后用清水清洗，放置于室内1天表干；

步骤2：对步骤1中的部分混凝土试件的1个表面涂覆表面防腐涂料，其余5个表面用环氧树脂进行密封，另一部分试件的1个表面未涂覆防腐涂料，另外5个表面用环氧树脂密封；

步骤3：涂料固化后，将所有的混凝土试件同时放入氯盐环境中开展暴露实验；

步骤4：混凝土试件暴露不同龄期后取回，测量有涂层保护和没有涂层保护的混凝土试件在不同暴露龄期的氯离子浓度深度分布，计算有涂层保护和没有涂层保护的混凝土试件扩散系数和表面氯离子浓度时变规律；

步骤5：根据菲克第二定律定量评估混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命。

2.根据权利要求1所述的评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，其特征在于：所述步骤4混凝土中氯离子浓度测量具体为，将取回的混凝土试件从表面开始逐层磨取粉样，按《水运工程混凝土实验规程》中规定的方法测量混凝土中的氯离子浓度。

3.根据权利要求1所述的评估混凝土表面涂层延长混凝土结构耐久性寿命的方法，其特征在于：所述步骤5混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命可按下式计算：

式中：t为混凝土表面涂层延长混凝土结构的耐久性寿命，c为混凝土保护层厚度，D_cl为混凝土稳定扩散系数，为误差函数，C_c,c为涂层混凝土结构涂层失效时钢筋表面的氯离子浓度，C_c,w为未涂覆涂层的混凝土在涂层失效时钢筋表面的氯离子浓度，C_s为表面氯离子浓度。