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滨海环境安全壳混凝土氯离子侵蚀规律研究

文档作者：汤志杰，廖开星，孔祥龙。李毅。违文新文档来源：苏州热工研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2024年02月21日
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2015年第5期(总第307期)
Numb~5 in 2015(Total No．307)
混 凝 土
Concrete
理论研究
T髓0RETICAL RESEARCH
doi：10．3969／j．issn．1002·3550．2015．05．017
滨海环境安全壳混凝土 氯离子侵蚀规律研究
汤志杰，廖开星，孔祥龙。李毅。违文新
(苏州热工研究院有限公司寿命中心老化管理技术研究所，江苏苏州215004)
摘要：通过综合盐雾箱模拟滨海地区大气环境，采用安全壳同等级同配合比混凝土试件，经不同侵蚀时间，研究了盐雾环境下
氯离子在安全壳混凝土中的扩散规律，并对Fick's第二扩散定律进行了修正。用修正模型进行数值分析，结果显示要让安全壳安
全运行40年，则钢筋保护层厚度至少为51 mm；而想延寿至60年，则钢筋保护层厚度需要增加到56 toni。
关键词：滨海大气环境；安全壳；混凝土；氯离子
中图分类号：TU528．O1 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)05-0066-04
Diffusion of chloride Ion into containment concrete under coastaI environment
TANG zh ，LL40 Kmxmg，KONG Xianglong，LI Yi，TI Wenxin
(Departmem of Ageing Managemem，Suzhou Nuclear Power Research Institute，Suzhou 215004，China)
Abstract：Concrete specimens，with the same ratio of the containment concrete
，were tested in salt spray test chamber which simulated
the atmospheric environment in coastal area．The rule of diffusion of chloride ion into containment concrete had been discussed under
different erosion time and improved Fick's second law．Using improved model for numerical analysis
，the results show that the thickness
of cover should beat least 51 minforthe40 years safe operation ofthe containment；ifprolonglifeto 60 years
，thethickn ess needtoin—
crease to 56 inlT1．
Key words：coastal atmospheric environment；containment building；concrete；chloride ion
安全壳是核反应堆的保护结构，是继核燃料包壳、一
回路压力边界之后的第三道安全屏障，其功能是当一回路
管道发生破裂、造成失水事故时，将事故中的裂变产物限
制和消除在其内部。
Mehta教授 曾在《混凝土耐久性——五十年进展》
主旨报告中指出：“当今世界混凝土破坏原因，按重要性递
减顺序排列是：钢筋腐蚀、冻害、物理化学作用。”而在引
起钢筋锈蚀的因素之中，氯离子侵蚀作用最为显著。
由于国内大部分核电站处于高温高湿的滨海地区，海
风和雾气中含有的氯离子极易沉积在安全壳混凝土表面，
并向其内部渗透，引起钢筋的锈蚀，极大地危害了安全
壳结构的可靠性能和安全性能。因此混凝土安全壳作为
核反应堆最后一道保护屏障，由氯离子侵蚀引起的安全
问题。
本试验通过综合盐雾箱模拟滨海地区大气环境，采用
安全壳同等级同配合比混凝土试件，经不同侵蚀时间，研
究了盐雾环境下氯离子在安全壳混凝土中的扩散规律，并
对Fick's第二扩散定律进行了修正。
1 试验
1．1 试验材料及配合比
为了尽可能模拟某核电厂安全壳混凝土的真实情况，
试验用混凝土的配制强度为C50，原材料除生产场地不同
外，其余规格都相同：水泥采用珠江粤绣P·II 42．5级水
泥；粉煤灰为珠江电厂I级粉煤灰；粗骨料分别采用粒径
5～16 mm和16-31．5 rain的连续级配的小石和大石；细骨
料采用粒径0．16-5 mnl的中砂；外加剂采用江苏博特公司
生产的YM —VIII。试验采用150 1TUTI×150 1Tlln×150 mm
壳混凝土结构耐久性问题是每个核电厂必须密切关注的 的立方体试件，水胶比为0．41。混凝土配合比见表1。
表1 混凝土配合比
1．2 试件处理
混凝土浇筑后，首先在标准环境(温度(20 4-3)℃ ，相
对湿度不小于90％)下养护28 d，然后从试件4个侧面选
收稿日期：2014-09-06
基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AA050901)
· 66·
取一个光滑面作为侵蚀面，浇筑面、底面及其他3个侧面
均用环氧树脂密封，干燥1 d后，放入综合盐雾箱开始试
验，混凝土试块侵蚀表面与垂直方向应尽可能成20。角，见
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式中：C(X，t)——暴露时间为t时，深度X处的氯离子浓
度，％；
— — 暴露面与取样层间的距离，cm；
卜一混凝土暴露在氯盐环境中所持续的时间，s；
C —— 表面氯离子浓度，％；
— — 混凝土初始氯离子浓度，％；
1 ．
P矿一误差函数，表达式为— I ‘dz。
J 0
根据所钡4氯离子含量，以式(5)为依据用最小二乘法
拟合混凝土扩散系数D和表面氯离子含量c。，拟合结果
见表2。
表2 盐雾试验拟合结果
2．1 表面氯离子含量c 时变规律
从表2中可以看出，除7 d外，混凝土表面氯离子浓度
C 一开始随着侵蚀时间不断增大，且早期增长速度较快，
随后逐渐减慢，并逐步趋于稳定。学术界普遍采用指数模
型，即Kassir理论模型 来拟合，见式(6)：
C (t)=C ⋯ (1一e ) (6)
式中：C (t)— —f时刻的混凝土表面氯离子浓度，％；
C ⋯——混凝土表面氯离子浓度最大值，％；
r——表征累积速率的拟合系数，1／d。
用式(6)进行拟合，拟合结果见图7。可得 一为0．75％，
r为一0．038，拟合优度为0．84。
时l司／d
图7 表面氯离子含量时变曲线
2．2 扩散系数D时变规律
混凝土水化是一个缓慢的过程，随着水化的不断进
行，混凝土的孔结构会得到逐步改善，从而使氯离子扩散
系数D逐渐减小，因此认为氯离子扩散系数D是具有时
间依赖性的。Maage等人 认为氯离子扩散系数D与时
间t符合式(7)：
= ( ㈩
式中：D ——暴露时间为t的氯离子扩散系数；
Dn——相应于暴露时间 的氯离子扩散系数；
— — 暴露时间；
— — 衰减指数。
从表2中可以看出，除7 d外，混凝土氯离子扩散系数
D随时间 逐渐减小，用式(7)进行拟合，拟合结果见
图8。可得m为0．56，拟合优度为0．996。
宙
箍
褪
图8 氯离子扩散系数时变曲线
3 安全壳混凝土氯离子扩散模型修正及参数
选择
3．1 Fick's第二定律解析解的修正
混凝土的氯离子扩散系数随时间不断变小，因此氯离
子扩散模型也应考虑时间因素。同时引入环境系数 。
D=KD (8)
由式(1)～(4)、(7)～(8)得出修正后的Fick S第二
扩散定律的解析解为：
厂 ，， 、]
c( )=c0+(c,-Co) '~O'O X m Jl )
3．2 模型参数选择
据之前的研究，混凝土表面氯离子浓度C 的数值是
随着时间推移而逐渐增加的动态变化值，且最终应是可以
与环境介质中的氯离子浓度达到一个平衡的稳定值。参考
DuraCrete 圳提出的计算模型，结合某电厂安全壳服役时
间及距海岸线实际距离，选取表面氯离子浓度C 的值为
0．32％。本研究通过盐雾加速试验获得C 为0．75％，而实
际海洋大气环境中，氯含量达不到5％，该值可以选做极端
情况进行试算。
一般混凝土中初始氯离子含量很低，可以认为Co=
0，模拟时并不考虑混凝土中初始氯离子的含量。
模型中D。、 和m可以参考本研究试验结果：氯离子
侵蚀28 d后的cl一扩散系数为7．26×10 cm ／s，衰减指
数m为O．56。
对于环境系数 ，余红发 认为该值主要与环境温湿
度有关：
K =kT RH
=eXp[孽( 一专)】
-1-195一 1．207
1+expl l
(10)
(11)
(12)
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式中：kT— — 温度影响系数；
kRa— — 湿度影响系数；
q—— 活化系数，取值为2 680；
— — 基准温度，取值为20 oC；
— — 环境温度，取值为29 oC；
日——环境相对湿度，取值为80％。
因此由式(10)一(12)，结合某电站实际环境，可以得
出 为0．448。
3．3 安全壳混凝土氯离子侵蚀结果数值预测
对所建模型通过计算机数值计算，得到不同侵蚀时间
下安全壳混凝土不同深度处的氯离子含量，见图9、10。根
据美国ACI混凝土结构设计规范 规定在任何环境下，预
应力钢筋混凝土的临界水溶性氯离子浓度Cl。 均不超过胶
凝材料重的0．06％，即混凝土重的0．01％。则不同暴露时间
下，达到cl 的侵蚀深度d。见表3。
安全壳的最小钢筋保护层厚度一般设计值为45 mm，
从表3中可以看出，安全壳在暴露20年后，距离表面44 rnrn
处的氯离子含量已经达到0．01％的临界值。而要让安全
壳安全运行40年，则钢筋保护层厚度至少为51 mill；如
果想让安全壳延寿至60年，则钢筋保护层厚度需要增
加到56 mill。如果再增加8～64 mill就可以抵抗极端恶
劣环境，可见增加钢筋保护层厚度可有效抵抗氯离子的
侵蚀。
表3 不同时间下氯离子侵蚀深度
O．8
0．7
喜o．6
0．5
。一4
0．3
蔫0．2
0．1
1年
C1
60年
睾
4j 5．0 5 5 柚 65
O 1 2 3 4
／cm
图9 不同侵蚀时间氯离子含量分布拟合图(Cs=O．75)
O．35
0_30
芒
船O．25
鑫o．20
0．15
撬。 10
O．05
0
图10 不同侵蚀时间氯离子含量分布拟合图( =O．32)
4 结语
(1)本研究根据某电厂实际的滨海大气环境参数，建
立了适当的盐雾试验机制来模拟滨海大气环境下氯离子
对安全壳混凝土的侵蚀过程。
(2)研究分析，安全壳混凝土表面氯离子浓度c 随时
间先增大后趋于平稳，达到最大值，该值为0．75％。
(3)研究分析，安全壳混凝土氯离子扩散系数D随时
间逐渐减小，其衰减指数m为0．56。
(4)引入环境系数 ，并修正了Fick's第二扩散定律。
运用修正后模型进行数值分析，结果显示要让安全壳安
全运行40年，则钢筋保护层厚度至少为51 rlln'l。如果想
让安全壳延寿至6o年，则钢筋保护层厚度需要增加到
56 mill。
(5)增加钢筋保护层厚度可有效抵抗氯离子的侵蚀。
参考文献：
[1]洪定海．混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M]．北京：中国铁道出版
社。1998．
E23 JTJ 270—1998，水运工程混凝土试验规程[s]．
[33 COLLEPARDI M，MARCIALIS A，TURRIZZANI R．The kinetics
of penetration of chloride ions into the concrete[-J]．Cement
and Concrete Research，1970(4)：157—164．
[4-1 KASSIR M K，GHOSN M．Chloride—induced corrosion of rein．
forced concrete bridge decks~J]．Cement and Concrete Research，
2002，32(1)：139—143．
[53 MAAGE M，HELLAND S，POULSEN E，et a1．Service life pre—
diction of existing concrete structures exposed to marine environ—
ment[J-]．ACI Mate J，1996，93(6)：602—608．
[6]CCES 01—20o4，混凝土结构耐久性设计与施工指南[S]．
2004．
[7]General guidelines for durability design and redesign[z]．Dura—
Crete，Feb，2000．
[8]余红发，孙伟．混凝土在多重因素作用下的氯离子扩散方程[J]．
建筑材料学报，2002，3(5)：240—246．
[9]Building code requirements for structural concrete(ACI 318M一
11)and commentary[Z]．American Concrete Institute，USA，
2Ol】．
第一作者： 汤志杰(1987一)，男，硕士研究生，研究方向：主要从
事核电构筑物混凝土耐久性。
联系地址： 苏州姑苏区西环路1788号苏州热工研究院有限公司
(215o04)
联系电话： 18306201987

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