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水 利 学 报

2021 年 8 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 8 期

文章编号：0559-9350（2021）08-1001-10

杂散电流与受压荷载耦合作用下混凝土中的氯离子传输性能

倪源城，朱尔玉
（北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044）

摘要：为研究水工混凝土结构在杂散电流与荷载作用下的氯离子传输特性的变化，本文对埋置钢筋的混凝土试件
分别设计了杂散电流单独作用以及和压缩荷载共同作用下的电化学腐蚀试验，对不同电流和荷载条件下的氯离子
传输特性以及混凝土孔隙结构进行测试，研究了杂散电流和压缩荷载对氯离子传输的影响。试验结果表明：混凝
土内的钢筋会促进杂散电流对氯离子传输的加速效应。当压缩荷载一定，随着杂散电流增大，混凝土试件内的氯
离子含量明显增加。当杂散电流一定，随着荷载的增大，混凝土试件内的氯离子的传输速率会出现先降低后提高
的情况，传输速率开始提高的临界应力水平大致为 0.4。此外，在已有研究和试验结果的基础上，推导了考虑压
缩荷载和杂散电流作用下的氯离子传输模型，该模型结果与试验数据有较好的一致性。
关键词：水工结构；杂散电流；受压荷载；氯离子传输；混凝土

中图分类号：TV431 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210301

1 研究背景

混凝土结构在服役过程中会受到周围环境的影响，造成钢筋腐蚀和混凝土开裂，导致结构耐久
性劣化。其中，氯离子的存在及其传输特性是影响钢筋混凝土结构耐久性的关键因素之一。在实
际工程中，混凝土结构由于荷载、温度和所处环境的改变会导致离子传输特征发生变化 ［1-3］ 。对于
水工混凝土结构，由于水电设施的高压输电线路以及各种用电设备接地与漏电，会在周围环境中形
成杂散电流，影响环境中的氯离子向混凝土内的传输。同时，荷载作用下混凝土内裂纹的产生和发
展，也会对氯离子的传输产生影响。因此，为了准确评估水工混凝土结构的耐久性，需要研究杂散
电流与外部荷载耦合作用对钢筋混凝土的氯离子传输特征的影响。
［4］
对于氯离子在混凝土中的传输已经有了非常广泛的研究 。混凝土中氯化物的传输在很大程度上
［5］
取决于混凝土中的离子传输通道 。研究显示，混凝土的水灰比及矿物掺合料会影响其孔隙结构，从
［6］
而改变离子传输通道 。当氯离子进入水泥基材料后，形成了 Friedel’盐沉淀在较大的孔隙中，也会
s
改变材料的孔隙结构和分布，导致混凝土孔隙率和渗透性降低 ［7-8］ 。在电场作用下，混凝土中的部分
［9］
结合态氯离子会被释放，使混凝土孔隙溶液中自由氯离子的浓度显着增加 。同时，外加电场使得水
泥水化产物相继分解，以此来维持混凝土中孔溶液的平衡 ［10］ 。这种溶蚀现象使得混凝土孔隙结构发
生改变，宏观上表现为混凝土强度和弹性模量退化 ［11-13］ 。也有研究者指出荷载的作用会造成混凝土内
裂纹的产生和发展，进而导致氯离子传输到混凝土中的速率发生变化，且这种变化存在明显的转折
点 ［14-15］ 。通过超声检测等方法，研究者对单轴压缩荷载下混凝土内的损伤进行评估，建立了荷载与混
凝土的氯离子扩散系数之间的关系 ［16-18］ 。基于 Fick 定律，研究者提出了多种氯离子传输模型，例如
DuraCrete 和 FBI Model Code 等，并通过氯离子扩散测试等手段对模型进行了补充和修改 ［19-20］ 。

收稿日期：2021-03-31；网络首发时间：2021-07-14
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210713.1634.001.html
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基金项目：国家重大科研仪器研制项目（51727813）
作者简介：倪源城（1988-），博士生，主要从事预应力结构耐久性研究。E-mail：niyuancheng@sina.com
通讯作者：朱尔玉（1963-），博士，教授，主要从事预应力结构耐久性研究。E-mail：zhu_ey@163.com
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