混凝土结构表面氯离子浓度Cs

氯离子在混凝土中的传输机理很复杂，但在大多数情况下，扩散仍然被认为是一个主要的传输方式。氯离子向混凝土内部的扩散是由氯离子的浓度差引起的。表面氯离子浓度越高，内外部氯离子浓度差就越大，扩散至混凝土内部的氯离子就会越多。因此，混凝土的表面氯离子浓度是在氯离子环境作用下进行耐久性设计、预测和评定的重要参数。

6.2.3.1　海洋竖向环境分析

为了研究海洋竖向环境混凝土结构的氯离子侵蚀规律，依托国家重大工程项目“杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性长期性能研究”及国家自然科学基金重点项目“氯盐侵蚀环境的混凝土结构耐久性设计与评估基础理论研究”，作者课题组自2006年至今对嘉兴乍浦港区码头（以下简称乍浦港）一期二泊位南岸（1-2S）和北岸（1-2N）、二期一泊位北岸（2-1N）、二期四泊位南岸（2-4S）、三期一泊位南岸（3-1S）的混凝土分区域（大气区、浪溅区、潮汐区，水下区由于条件限制未能检验）进行了氯离子含量的检测和试验。检测方案中对海洋竖向环境分区参照《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008）［6-1］对海洋环境的区域划分方法，预先确定乍浦港的混凝土结构部位所处环境，设定不同分区检测点。并对海洋竖向环境混凝土中氯离子随高程变化的竖向侵蚀规律进行研究，选取一期二泊位（1-2）、二期一泊位北岸（2-1N）和二期四泊位（2-4）的混凝土结构，大致按0.5 m的间距，沿结构竖向进行了检测和试验。本章的数据来源为从2006年3月至2008年1月五次取粉约215条曲线的混凝土中氯离子含量随侵蚀深度的检测与试验结果。

1.工程环境与检测参数

乍浦港从陈山码头到杭州湾跨海大桥，海岸线全长12 km，地处我国东部沿海，属亚热带季风气候，气候温和湿润。乍浦港的主要水文气象等环境特征如表6-3［6-22］。

根据潮位资料，乍浦港的环境分区为（吴淞高程基准，下同）：大气区＞＋6.6 m，浪溅区＋4.1 m～＋6.6 m，潮汐区-1.8 m～＋4.1 m，水下区＜-1.8 m。现场检测试验根据环境分区和工程结构与构件实际情况在各泊位处选择检测点，在检测过程中，由于工程结构和构件实际情况的制约，个别测点的高程略有浮动，但均尽量接近目标检测高程。大气区：检测目标为泊位2-1、2-4与3-1，检测高程定为＋7.6 m；浪溅区：检测目标为泊位1-2、2-1、2-4与3-1，检测高程定为＋5.25 m；潮汐区：检测目标为泊位1-2、2-1、2-4，检测高程定为＋2.3 m。

沿高程变化的竖向检测：检测目标为泊位1-2、2-1、2-4，检测高程为＋1.3 m～＋5.8 m，竖向按0.5 m的间距现场钻孔取粉，研究氯离子对混凝土侵蚀结果随高程的竖向变化规律。

对作为检测对象的乍浦港相关泊位和泊位相关取样部位的材料参数与服役年限资料进行调查，现场检测时混凝土结构的暴露时间如表6-4，混凝土的配合比如表6-5。从表6-5可以看出，不同泊位与检测区域的胶凝材料类型、外加剂与掺合料情况存在差异。考虑到混凝土配合比资料较为笼统，并且数据从检测区域、检测时间和构件类型上都存在着多样性。因此，本章在对数据进行分析时，将数据进行整合，材料方面的因素仅将混凝土的水胶比作为关键参数进行考虑而不专门对其他因素，诸如外加剂和掺合料等的影响进行分析。

现场检测采用冲击钻钻孔取粉。对于取粉深度，结合取粉实际情况确定如下：①大气区环境侵蚀作用较弱，混凝土中氯离子侵蚀深度较浅，取粉深度定为5 cm，采用5 mm的取样间隔，共分为10个取样区段；②对于浪溅区、潮汐区和沿高程变化的检测，氯离子侵蚀作用较强，混凝土中氯离子的侵蚀深度较深，但考虑到泊位2-4和泊位3-1暴露时间较短，对于泊位1-2和泊位2-1钻孔深度定为7 cm，分10个取样区段，采用等间距7 mm，对于泊位2-4和泊位3-1钻孔深度定为5 cm，亦分10个取样区段。对于取得的粉样，在实验室内利用RCT（Rapid Chloride Test）测试仪测出每个区段粉样中游离（水溶）氯离子含量。氯离子含量的测试结果，以占混凝土重量的百分数（％con，下同）表示。

表6-3　乍浦气象与水文特征统计表

注：潮位基面为吴淞高程基准。

表6-4　现场取样暴露时间

续表

表6-5　混凝土配合比

注：砂选用中砂，在Ⅱ级配区；粗骨料最大粒径不超过20 mm；增强纤维为19 mm混凝土增强纤维。

2.检测结果与分析

（1）大气区、浪溅区与潮汐区。

获得混凝土中不同深度的氯离子含量后，绘制混凝土氯离子含量随距混凝土表面深度的变化曲线如图6-2所示。

由于数据的离散性，不能根据单一的侵蚀曲线得出规律性的结论，而诸多烦冗的数据也不易区分和梳理。图6-2中并未逐一罗列检测所得的氯离子侵蚀曲线，而是将同一泊位相同暴露条件下（相同暴露区域、相同标高、相同暴露时间）的氯离子侵蚀曲线进行平均化，所以图6-2中各泊位每条侵蚀曲线中的数据点均为2～8条曲线对应数据点的平均值，用以反映混凝土中氯离子不同区域、不同配比、不同暴露时间上的侵蚀差异与侵蚀规律。图中编号为检测参数，分三部分：中间部分“AZ、SP、TZ”依次表示“大气区、浪溅区、潮汐区”，前面部分表示泊位，后面数字表示暴露时间（以月表示）。如“2-1AZ48”表示检测参数为二期一泊位、大气区、暴露时间为48个月。更为详细的检测数据请参见文献［6-23］和文献［6-24］。

图6-2　氯离子含量随深度的分布

从图6-2可以看出：

一是暴露区域总体差别：①大气区数据较为离散，浪溅区数据规律性最好；②大气区表面氯离子较潮汐区、浪溅区偏小，约一个数量级，侵蚀深度最浅，约为2.5 cm；③潮汐区侵蚀最为严重，混凝土表面氯离子含量为三个区域最高，基本在0.5％～0.8％，侵蚀深度也最深，超过7 cm，且距混凝土内部不同深度处的氯离子含量均较大，即氯离子向混凝土内部的传输量最多；④浪溅区的侵蚀作用程度居中，表面氯离子浓度基本在0.25％～0.55％，服役时间较长的泊位1-2和2-1混凝土中的氯离子侵蚀深度较服役时间较短的泊位2-4与3-1为深，但均比潮汐区中混凝土的侵蚀深度要浅。

二是侵蚀深度与暴露时间：①图6-2b中，暴露时间较长的泊位1-2与2-1的混凝土中氯离子的侵蚀特别严重，且泊位1-2的混凝土中氯离子侵蚀深度大于2-1；水胶比远大于两者的泊位2-4，由于暴露时间较短，其混凝土中氯离子的侵蚀深度及混凝土表面氯离子含量较低。②图6-2c中，泊位1-2与2-1中混凝土的氯离子侵蚀深度大于图6-2d中暴露时间较短的泊位2-4与3-1。③图6-2b与图6-2c中，暴露时间较长的泊位1-2中混凝土中氯离子的侵蚀严重程度较泊位2-1为甚，混凝土内部氯离子含量较泊位2-1为多。④图6-2d中，同处于浪溅区的泊位2-4与泊位3-1的混凝土表面氯离子含量与混凝土中氯离子侵蚀深度均相差不大，这是由于两者具有相同的暴露时间与相近的水胶比。⑤从图6-2的四幅图中均可以看出，2007年4月各泊位混凝土内相同深度处的氯离子含量大于2006年测得的。

三是表面氯离子含量与水胶比：①图6-2a中，对于大气区，泊位2-1的混凝土表面氯离子含量及侵蚀深度均小于泊位2-4与3-1，而其暴露时间为后两者的两倍。这应是由于泊位2-1的低水胶比：泊位2-1的水胶比仅为0.4，而泊位2-4与3-1分别为0.52和0.55。②图6-2c与图6-2d中，泊位1-2与2-1和泊位2-4与3-1的表面氯离子浓度总体相近，而后两者的暴露时间远小于前两者。③图6-2c中，泊位1-2与泊位2-1的混凝土表面氯离子含量的均值之比接近两者水胶比之比（0.45/0.40），即近似与水胶比成正比，而由于泊位2-1暴露时间较短且水胶比较小（混凝土氯离子扩散系数小），混凝土内部氯离子的含量与侵蚀深度均较小。④图6-2d中，对于有相同水胶比与暴露时间的泊位2-4与3-1，混凝土表面氯离子平均含量基本相同。上述几点差异也说明了两点：a）水胶比越大，氯离子在混凝土表层的积累速度越快；b）氯离子向混凝土内部的扩散速度稍滞后于表面氯离子含量的积累速度。

四是表面氯离子含量与季节变化：考虑取粉时间为2006年的3月、6月、10月，分别代表春季、夏季、秋季。从四幅图中可以看出，相同泊位、相同暴露区域中夏季混凝土中氯离子含量均最高，而春秋季较为接近，但均比夏季低。这是因为夏季温度的升高和频繁的浪溅作用（干湿作用）。

五是表面氯离子含量与暴露区域：对于大气区（图6-2a）与浪溅区（图6-2c与图6-2d）混凝土表面氯离子含量与水胶比符合一般性规律：稳定后表面氯离子含量随混凝土水胶比的增大而增加，水胶比越大，表面氯离子累积速率越快。而在潮汐区（图6-2b）中，对比泊位1-2与泊位2-1，虽然泊位2-1暴露时间较短、水胶比较小，但两者混凝土的表面氯离子含量相似。这是由于潮汐区强烈的干湿交替循环：一方面氯离子很快向混凝土内部传输，另一方面在反复的干湿循环机制作用下混凝土表面氯离子含量维持在一个相对稳定的动态水平。不同配合比的混凝土对潮汐区氯离子侵蚀作用的抵抗能力主要反映在混凝土内部氯离子的含量与侵蚀深度方面。

（2）沿高程变化的竖向检测。

相同高程处混凝土中氯离子含量随深度变化的检测曲线见图6-3a与b，混凝土中不同深度处氯离子含量随高程变化的检测曲线见图6-3c与d。图中仅给出了一期二泊位（1-2）和二期一泊位（2-1）的检测数据，二期四泊位（2-4）由于暴露时间较短，数据较为零散，这里没有列出。各曲线为2006年6月与10月、2007年4月、2008年1月检测曲线的平均曲线，其中2006年10月现场取粉时，为求相互验证，分别在距离混凝土结构边缘50 cm和100 cm处进行混凝土中氯离子含量分布竖向分布曲线的检测。图中不同泊位的检测曲线分别为该泊位现场实测曲线在相应深度处样本点的平均值。

图6-3　混凝土中氯离子含量的分布曲线

从图6-3a与b中可以看出：①对于在高程为＋4.3 m以下部位（属潮汐区）检测得到的氯离子含量分布曲线，泊位1-2与泊位2-1混凝土表面氯离子含量水平相似，基本在0.45％～0.75％。②对于高程在＋4.8～＋5.8 m范围（属浪溅区）的氯离子含量分布检测曲线，泊位1-2的表面氯离子含量较泊位2-1大。③泊位1-2中混凝土内部氯离子的侵蚀深度和相同深度处的氯离子含量均较泊位2-1大。这都与图6-2中所得结论类似，进一步印证了检测结果的有效性。

从图6-3c与d中可以看出：①两个泊位混凝土中相同深度处的氯离子含量均随高程的增加而表现出先增大后减小的规律，尤以表面氯离子含量随高程变化最为显著，表现出单峰曲线的分布形式。②在高程＋2.3～＋3.8 m，混凝土中氯离子侵蚀最为严重，为混凝土结构耐久性设计应着重考虑的关键区段。

（3）表面氯离子浓度随高程的变化规律。

对于检测数据利用Fick第二定律简化解析式（6-3），进行曲线拟合，称拟合所得的表面氯离子浓度为名义表面氯离子浓度，以符号Csn（sn，surface nominal）表示，称检测所得混凝土表层一定深度内的平均氯离子含量为实测表面氯离子含量，以符号Csa（sa，surface average）表示，大气区记为距离混凝土面层5 mm深度内的平均含量，即可看作是2.5 mm深度处的含量值；潮汐区和浪溅区记为距混凝土面层7 mm深度内的平均含量（少量取粉间隔为5 mm的点也按7 mm统一考虑），即可看作是3.5 mm深度处的含量值。对检测得到的200余条混凝土中氯离子含量随距离混凝土表面深度的分布曲线进行曲线拟合，得到混凝土名义表面氯离子浓度Csn与混凝土表观扩散系数Da。Da将在5.3.4对龄期系数讨论的具体分析中涉及，这里仅对名义表面氯离子浓度做详细阐述。

LIFECON［6-10］给出了混凝土表面氯离子浓度与水胶比的线性变化。然而，对图6-2与图6-3中检测数据的分析发现，水胶比对混凝土表面氯离子浓度的影响在不同高程表现出不同的特点，尤其在干湿交替频繁的区域，水胶比的影响并不显著。暴露时间、水胶比、环境等因素对于各泊位不同区域混凝土表面氯离子含量的影响非常复杂，因素之间的相对影响程度也难以量化。而且，国标（GB/T 50476—2008）［6-25］对于海洋氯化物环境中水胶比的规定值最大不超过0.42，检测各泊位的水胶比分别为0.45（BN1-2）、0.40（BN2-1），且以BN1-2的检测数据最多。研究也表明，稳定后的混凝土表面氯离子含量与水胶比成正比［6-26］。基于以上考虑，对表面氯离子浓度的分析中不考虑混凝土配合比的差异，以BN1-2与BN2-1的对应高程处的检测数据作为海洋环境下混凝土结构耐久性设计中表面氯离子浓度的设计建议值。建议值的水胶比基准基本大于海洋氯化物环境中的混凝土水胶比设计要求，是一个偏为保守的建议值。

综合BN1-2和BN2-1检测数据，混凝土名义表面氯离子浓度Csn随高程的分布规律如图6-4所示，图中每个数据点均为泊位1-2与泊位2-1中所有对应数据的平均值。

从图6-4中可以看出，混凝土名义表面氯离子浓度Csn随高程的分布存在着一定的分布规律，这种规律在文献［6-27］对实测数据随高程的变化规律描述时也有说明。通过拟合分析，对图6-4中Csn随高程的变化规律可用下式表示：

式中：h表示高程（m），对应于吴淞高程基准。

图6-4　名义表面氯离子浓度Csn

（4）表面氯离子浓度的统计特征。

对于混凝土表面氯离子浓度统计特征的分析，采用对大气区、浪溅区和潮汐区固定标高处检测所得的大量数据点，针对不同的区域进行表面氯离子浓度概率度分布特征的分析。

从各泊位在三个不同区域的检测结果可以看出，各泊位混凝土的表面氯离子含量在不同暴露区域表现出不同的区域性特征：①在大气区表现出显著的水胶比影响；②在浪溅区，暴露时间较长的泊位1-2与2-1的混凝土表层平均氯离子含量的差异可以理解为水胶比差异的影响，而暴露时间较短且水胶比相近的泊位2-4与3-1的混凝土表面氯离子含量相近；③在潮汐区，混凝土中各泊位的表面氯离子含量泊位1-2与2-1相似，泊位2-4则低于两者；④在不同的检测时间，混凝土表面氯离子含量随时间的变化基本表现为随季节的波动，这一方面可能是因为取粉时间间隔相对于暴露年限仍旧较短，从另一个层面也可以理解为表面氯离子含量随时间的累积已趋于相对稳定，故而随季节的变化显出主导作用。

对于拟合得到的混凝土名义表面氯离子浓度Csn与实测混凝土表面氯离子含量Csa进行统计分析，给出各区域的频率直方图如图6-5（图中M表示平均值，V代表方差）所示。大气区、浪溅区、潮汐区的混凝土名义表面氯离子浓度Csn与实测表面氯离子含量Csa均较好服从对数正态分布。

图6-5　表面氯离子浓度概率密度分布

根据上述分析，分别给出名义表面氯离子浓度Csn的两种特征值Csn＋1.3σ（10％超越概率）和Csn＋1.645σ（5％超越概率），如表6-6所示，包含分布参数和一定分位数的参考值。其中，大气区的数值由于离散性较大，数据数量较少，仍需要进一步考虑。

表6-6　名义表面氯离子浓度Csn（％）

（5）名义表面氯离子浓度与实测表面氯离子含量的关系。(https://www.xing528.com)

混凝土表层由于受外界条件变化的影响，如冲刷等，检测数据的离散性往往较大，作用机理也不是纯扩散，还存在对流、毛细等作用，该区段通常称为对流区。用于混凝土结构耐久性预测与评定的混凝土表面氯离子扩散系数，应为对检测数据利用Fick第二定律进行拟合所得到的表面氯离子浓度数值，即名义表面氯离子浓度Csn。图6-6为混凝土中氯离子含量实测数据随深度分布与使用Fick第二定律进行拟合的典型曲线。从中可以看出Csn与实测表面氯离子含量Csa的差异。

图6-6　氯离子含量随深度的分布曲线

很多学者开展了混凝土对流区深度、对流区氯离子输运机理的研究，以求能够客观真实地反映氯离子对混凝土的侵蚀效应。然而，对于工程应用来讲，如果能直接给出用于计算的混凝土表面氯离子浓度初始值，而不必借助于大量数据的检测或者计算，则更具有工程意义。

本章在对海洋竖向环境中大量实测数据的拟合分析中发现，拟合所得的混凝土名义表面氯离子浓度Csn与实测表面氯离子含量Csa存在着统计上的规律。定义ksn为：

由于大气区的检测数据较少，这里仅对浪溅区与潮汐区的检测数据进行分析。与四个泊位检测数据对应的ksn的概率密度分布如图6-7所示。可以看出，比例系数ksn分布较为集中，即Csn与Csa存在很好的统计关系，且服从正态分布。

图6-7　ksn的概率密度分布

据此分别给出浪溅区与潮汐区的ksn的特征参数与两种特征值ksn＋1.3σ（10％超越概率）和ksn＋1.645σ（5％超越概率），如表6-7所示。根据表6-7与式（6-6），只需知道实测表面氯离子含量Csa，即可得到用于计算和设计的名义表面氯离子浓度Csn。

表6-7　ksn的分布参数与参考值

6.2.3.2　近海大气环境分析

对于近海大气环境盐雾腐蚀的研究，之前多集中于金属的腐蚀研究，包括建立大气腐蚀试验站、对金属腐蚀速率的研究等［6-28］。对于近海大气环境下混凝土结构的系统研究还较少。虽然通过对在役结构的检测积累了一些定量的数据，如浙江大学调研获得浙江省几个县市数条公路的结构试验与耐久性检测数据，深圳电厂及海洋馆的调查数据［6-29］，秦皇岛四条在役钢筋混凝土桥梁的检测数据［6-30］，等，但由于缺少离海岸距离的具体数据，无法用于研究近海大气环境下混凝土表面氯离子浓度随离海岸距离的变化关系。我国近海大气环境下混凝土表面氯离子浓度随离海岸距离的变化尚未有普遍性的建议值。

（1）大气盐雾沉降量。

近海大气环境中的盐雾来自海洋中的海浪，故盐雾的组成与海水相似，海水的盐度越高，则盐雾中的盐分也越高。影响近海大气中盐雾含量的因素是多方面的，除了海水的盐度以外，主要的有气候条件（风向、风速、湿度等）和自然环境（海岸线地貌、离海岸距离等）两个方面因素的影响，而这两方面诸多因素中，离海岸距离最为主要且与风速的大小有很大关系［6-31，6-32］。

对于近海大气环境中的盐雾沉降量与离海岸距离的关系的研究一般通过实测不同距离处的盐雾沉降量，建立沉降量随距离变化关系的经验公式来进行［6-33，6-42］。然而，这样的经验公式的针对性太强，对于其他具有不同环境特征的地区并不一定适用。为了能够考虑普遍性的现象与复杂的影响因素［6-34，6-35］，有学者以风速、离海岸距离以及沉降速率为主要参数，建立了基于进程的较为通用的盐雾沉降量的数学模型，然而由于参数的确定对于数据量有较大的需求，而通常较难应用。

广州电器科学研究所［6-36，6-37］对我国东南沿海十多个地区空气中的盐雾含量和盐雾沉降量做过多次测量，结果表明两者均与测点距离海岸的远近有关。但测点离海岸距离基本在2 km～50 km，对较近距离内的盐雾变化规律未有反应。

图6-8为法国（温带海洋性气候）［6-38］、尼日利亚［6-39］（热带季风气候）、古巴［6-40］（热带雨林气候）、西班牙［6-38］（温带地中海气候）、巴西［6-41］（热带雨林气候）以及中国万宁［6-42］（热带季风气候）和中国舟山［6-43］（亚热带季风海洋型气候）在离海1500 m范围内的Cl-沉降量［以mg/（m2·d）表示］与离海岸距离的关系。从图6-8中可以看出：①除中国万宁与中国舟山在岸线附近的两测点没有明显变化外，其他地区变化规律相似，均在距岸线两三百米范围内迅速衰减，并在距海岸1000 m以外逐渐趋于稳定；②古巴与巴西同属热带雨林气候，氯离子沉降量表现为岸线附近相同，在随离海岸距离的衰减程度上巴西大于古巴；③尼日利亚与中国万宁同属于热带季风气候，两者在距岸线200 m附近的氯离子沉降量相差不大，随着离海岸距离的增加，万宁的衰减程度大于尼日利亚；④法国与西班牙的氯离子沉降量相差甚远，这一定程度上取决于两者的地形特征，西班牙地理环境复杂，以山地和高原为主，法国则整体地势较低，两者平均海拔相差400 m。可以看出，同一气候类型的不同地区的相同距离处的氯离子沉降量实测值，以及其随距离的衰减规律都有差别。

（2）表面氯离子浓度随离海岸距离的变化规律。

在近海地带盐雾区，受盐雾作用，氯离子在混凝土结构表面积聚并侵入内部，对混凝土结构造成耐久性破坏。一些研究给出的混凝土表面氯离子浓度随离海岸距离的变化规律与盐雾沉降量随离海岸距离的变化规律相似，即在距海岸数百米范围内混凝土表面的氯离子浓度迅速减小，并在距海岸一定范围内达到稳定，混凝土受侵蚀的特征开始与正常大气环境一致［6-44，6-45］。

图6-8　氯离子沉降量和离海岸距离的关系

图6-9　相关资料与文献中的表面氯离子浓度和离海岸距离的关系

图6-9为混凝土表面氯离子浓度随离海岸距离的变化关系，包括对暴露试件和结构混凝土氯离子累积的测量数据［6-5，6-46］、表面氯离子浓度与离海岸距离的经验公式［6-44］、相关规范建议取值［6-47］（对于氯离子浓度统一用占混凝土质量的百分比表示，换算中设每方混凝土质量约为2300 kg，胶凝材料质量约400 kg，下同）。从图6-9中可以看出：①混凝土表面氯离子浓度基本有相似规律，在同一距离处的数值也较为相近，并且在距离海岸200 m范围内迅速衰减；②与图6-8中中国万宁与中国舟山近海氯离子沉降量随离海岸距离的变化规律相似，中国山东的实测表面氯离子浓度随离海岸距离的变化规律也较为平缓，在海岸附近的表面氯离子浓度值也较低。这说明了混凝土表面氯离子浓度与氯离子沉降量存在着对应关系。

鉴于近海大气环境下混凝土表面氯离子浓度的暴露数据非常有限，建立混凝土氯离子浓度与相应离海岸距离处氯离子沉降量之间的关系，根据氯离子沉降量的实测数据推算混凝土表面氯离子浓度是非常有意义的。

Meria等［6-48］选择实际暴露的方法，在巴西东北部的诺昂佩索阿（热带雨林气候）选择距离海岸分别为10 m、100 m、200 m、500 m和1100 m的距离，用湿蜡法（Standard Test Method for Determining Atmospheric Chloride Deposition Rate by Wet Candle Method G14）测量大气中的氯离子干沉降，并进行了相应的暴露试验，建立了大气氯离子沉降量与混凝土中氯离子积累的关系：

式中：Cmax为氯离子侵蚀曲线的最大氯离子含量；C0为混凝土中的初始氯离子含量；kCmax为与环境和材料相关的系数；Dac为氯离子随时间的累积沉降量（g/m2）。

参照公式（6-7），取kCmax为0.0026［6-48］，并认为近海环境下大气区混凝土表面氯离子浓度在30年达到稳定［6-49，6-50］，假定不存在初始氯离子含量，计算万宁地区与舟山地区的混凝土表面氯离子浓度，并与山东实测数据对比，见图6-10。

较为保守的选取处于热带季风气候的中国万宁地区的数据作为中国近海大气环境下混凝土表面氯离子浓度的分析依据，建立表面氯离子浓度Cs随离海岸距离d（km）变化的关系式：

图6-10　表面氯离子浓度和离海岸距离的关系

6.2.3.3　区划工作中Csn的取值

本章在海洋氯离子环境的区划工作中需要同时考虑海洋竖向环境与近海大气环境下混凝土名义表面氯离子浓度的取值。

（1）表面氯离子浓度的时变性。

与氯盐环境接触后，环境中的氯离子与混凝土产生相互作用，混凝土的表面氯离子浓度需要一定时间的积累才能达到稳定值。有不少学者对混凝土表面氯离子浓度的时变性进行了研究，并提出了相关的变化模型［6-53］。

文献［6-54］根据混凝土表面氯离子浓度Cs随时间变化的指数关系模型，Cs＝C0（1-e-r·t），基于Fick第二定律预测了考虑表面氯离子浓度时变性与假定表面氯离子浓度恒定两种环境条件下，不同保护层厚度d条件下的钢筋混凝土结构的初锈时间t，如图6-11所示。其中假定扩散系数取为4×10-6 mm2/s，对稳定后的表面氯离子浓度C0考虑了高（69.82 N/m3）和低（23.27 N/m3）两种浓度水平。

从图6-11中可以看出：①当考虑混凝土表面氯离子浓度的时变性时，结构的初锈时间t要较将表面氯离子浓度视为恒定值（取为稳定后的表面氯离子浓度）时的结构初锈时间；②对于相同材料条件（例如扩散系数）和环境条件（环境氯离子浓度）两者相差一个常数，图中约差3～5年。

海洋环境，包括近海大气环境、海上大气环境、浪溅区、潮汐区和水下区等，环境条件非常复杂多样。不同的区域有不同的腐蚀环境，若要逐一考虑不同分区的累积时变效应，是非常复杂的。

本章在对海洋氯离子环境的研究中，仅将这种差别视为一种安全余度，将混凝土表面氯离子浓度视为恒定值，即不考虑其时变性。

图6-11　初锈时间随保护层厚度的变化曲线

（2）海洋竖向环境。

名义表面氯离子浓度随高程的变化规律，按式（6-5）取用。概率分布特征参照表6-6，服从对数正态分布，变异系数统一取为0.40。

由于对式（6-5）拟合时，所用实测数据的高程h的范围为1.8～5.25 m，考虑混凝土表面氯离子浓度随高程的变化时：对于没有数据覆盖的区域统一按式（6-5）考虑，如图6-12所示，对向上和向下的区域进行扩展。

（3）近海大气环境。

近海大气区混凝土表面氯离子浓度随离海岸距离的变化规律见式（6-8）。由于式（6-7）针对的是氯离子沉降量与对混凝土实测表面氯离子含量的关系式，则式（6-8）中的Cs即对应于Csa，需要换算到名义表面氯离子浓度Csn。

由于大气区ksn数据缺乏，此处的考虑方法为按浪溅区的ksn取值，即Csa＝1.19Csn。则式（6-8）转换为：

名义表面氯离子浓度随离海岸距离的变化规律，按式（6-9）取用，曲线形状参见图6-13。概率分布特征参照表6-6，服从对数正态分布，变异系数统一取为0.40。

图6-12　Csn和h的关系

图6-13　近海大气环境下表面氯离子浓度和离海岸距离的关系