海洋附着生物对硫铝酸盐水泥混凝土表面结构及耐侵蚀性能的影响机理研究

On the marine constructions,like docks and bridges, there are many marine adhering organisms on the surface on concrete, such as barnacle. Mucus secretions of marine adhering organisms can penetrate into the surface of concrete and become adhesive glue layer.That cohesive strength make the organisms adhere to the urface of concrete tightly. The adhesive layer can resist the rush of sea water. However, the influence mechanism of adhesive layer for corrosion resistance of concrete is not clear. In order to solve this problem, a new kind cement, sulphoaluminate cement, are used, which has good erosion resistance, low alkalinity, easy to survive for organisms and oher good characteristics. With the help of technology of microanalysis and polymer testing,the interface combination, the mucus secretions penetration and existence form, depth,boinding are studied; by the adjusting of additives, the relation between microenvironment of concrete surface and adhering of organisms are studied; by the test of pore size distribution, erosion coefficient, permeability coefficient, the electric flux，the influence regularity of bonding characteristics of marine adhering organisms on resistance of sulphoaluminate cement concrete are studied. And then clear the influence mechanism.The study results will provide the basis to explore the use of biological materials improve the corrosion resistance of marine concrete.

在码头、桥梁等海工建筑中，水泥混凝土表面密生以藤壶为主的海洋附着生物，其分泌的胶体形成一层生物性聚合物胶层，使之牢附在混凝土表面。该胶层可减缓海水对结构的冲刷，但其对混凝土表面结构及耐侵蚀性能的影响机理尚不明确。针对这一问题，本项目结合实际工程环境，采用具有耐侵蚀好、碱度低、易生存附着生物等特点的硫铝酸盐水泥为基体，运用表面微区分析和聚合物测定技术来研究界面胶黏结合情况、聚合物存在形态、渗透深度、胶体分子与基材表面键合黏结机制等；通过调整组分等手段来确定混凝土在海水中形成的表面微结构环境与海洋附着生物黏结特性的相互关系；结合混凝土孔径分布、渗透系数等参数，表征界面微观孔隙结构变化，测定抗蚀系数、渗透系数、电通量等指标；探明生物附着对硫铝酸盐水泥混凝土耐侵蚀性能的改变规律。进而明确二者之间相互影响的本质机理并建立相关数学模型。为探索利用海洋生物材料改善海工混凝土耐侵蚀性能提供理论依据。

水泥基材料在海洋环境中容易发生劣化破坏，但在海工建筑表面密布着诸如藤壶、牡蛎等海洋附着生物。他们在附着时分泌出聚合物胶层，对基材进行粘附。针对海洋附着生物附着条件和特性以及其对海工混凝土的影响等问题，我们进行了较为深入的研究。.1.通过研究不同配比的硫铝酸盐水泥混凝土表面上附着海洋生物的分布等情况，发现海洋生物更趋向于附着在表面能高的硫铝酸盐水泥混凝土上；藤壶等可以附着在大部分海洋建筑表面上，但在混凝土、岩石等附着较致密，而红砖和空心砖上的附着较疏松。其胶体层厚度为10 ~20μm，结构疏松，通过红外等分析，胶体主要官能团为胺基等，且附着不同基材上成分无明显差别。.2.蛋白胨等营养型物质以及藤壶、牡蛎等磨成的干粉对海洋生物的诱导附着影响并不大。而基材表面的微生物环境有明显影响，附着海洋生物的基材表面与未附着的相比所含细菌群类有明显的不同，附着样品中杆菌属与假单胞菌属的细菌是主要的组成部分，而未附着样品中芽孢杆菌属与球菌属为主。结果表明YP 4.13-5，GYP 4.1-8，YP 4.5-3’，Zobell 4.5-9等四种细菌对于海洋生物的附着生长具有促进作用。.3.海洋生物附着使硫铝酸盐水泥混凝土表层结构的孔隙率降低，且使试块表面小孔体积增加，孔径更加细化；生物附着也降低了混凝土的表层渗透性；附着可有效的阻止混凝土表层pH的降低。.4. 生物附着对混凝土具有一定的保护作用，提高了其耐侵蚀性。可以降低混凝土强度下降的速度；使混凝土的抗碳化能力和抗渗性能提高，降低了混凝土的弹性模量和吸水性；降低了氯离子的渗透深度。随附着面积的增大，试样的氯离子电通量逐渐降低，且当附着均匀时，氯离子电通量较低。通过数学模型分析了基材被海洋生物附着前后的受力情况，作用在藤壶侧面上的力会有所集中，使附着后受到的冲击力有所增加。.上述研究结果明确了利用和诱导海洋附着生物附着对海工混凝土进行生物性防护的积极意义，为进一步探索利用海洋生物材料改善海工混凝土耐侵蚀性能提供了理论基础。