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        簡述混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕產(chǎn)生的原因及防治方法

        2012-12-29 05:35:54任拓
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年1期
        關(guān)鍵詞:氫脆外加劑集料

        任拓

        (中油遼河工程有限公司,遼寧 盤錦 124010)

        隨著人們對建筑質(zhì)量的要求越高,建筑物的使用壽命是土建工程得以量化的集中表現(xiàn),保證建筑物混凝土結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)合理的使用壽命,節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展。因此混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象也越來越被重視,混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的范圍很廣,介質(zhì)種類繁多,腐蝕形式多種多樣。在建筑工程中,應(yīng)采取“預(yù)防為主,防護(hù)結(jié)合”。

        1 混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕產(chǎn)生的原因

        混凝土結(jié)構(gòu)的劣化機(jī)理,環(huán)境作用決定混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命,也是引起混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的主要原因。在一般環(huán)境下,混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是碳化引起的鋼筋銹蝕?;炷脸矢叨葔A性,鋼筋在高度堿性環(huán)境中會在表面生成一層致密的鈍化膜,使鋼筋具有良好的穩(wěn)定性。當(dāng)空氣中的二氧化碳擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部,會通過化學(xué)反應(yīng)降低混凝土的堿度,使鋼筋表面失去穩(wěn)定性并在氧氣與水分的作用下發(fā)生銹蝕。飽水的混凝土在反復(fù)凍融作用下會造成內(nèi)部損傷,發(fā)生開裂甚至剝落,導(dǎo)致骨料裸露。環(huán)境中的氯化物以水溶氯離子的形式通過擴(kuò)散、滲透、和吸附等途徑從混凝土構(gòu)件表面向內(nèi)部遷移,可引起混凝土內(nèi)鋼筋的嚴(yán)重銹蝕,氯離子引起的鋼筋銹蝕難以控制、后果嚴(yán)重。

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料是混凝土與鋼筋的復(fù)合體,它的腐蝕形態(tài)可分為兩種:一是由混凝土的耐久性不足,其本身被破壞,同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞;二是混凝土本身并未腐蝕,但由于外部介質(zhì)的作用,導(dǎo)致混凝土本身化學(xué)性質(zhì)的改變或引入了能激發(fā)鋼筋腐蝕的離子,從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失,引起鋼筋的銹蝕。從化學(xué)成分來看,鋼筋的銹蝕物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等,其體積比原金屬體積增大2~4倍。由于鐵銹膨脹,對混凝土保護(hù)層產(chǎn)生巨大的輻射壓力,其數(shù)值可達(dá)30MPa(大于混凝土的抗拉極限強(qiáng)度)使混凝土保護(hù)層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫(俗稱順筋裂縫)。這些裂縫進(jìn)一步成為腐蝕性介質(zhì)滲入鋼筋的通道,加速了鋼筋的腐蝕,等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度,混凝土保護(hù)層則開始剝落,最終使構(gòu)件喪失承載能力。

        影響混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多,但主要的因素是混凝土的密實度,即抗?jié)B性能?;炷劣軐?,抗?jié)B性能愈高,則外界的氣體只能作用于混凝土表面,向內(nèi)部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕除了具有普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型外,由于采用高強(qiáng)度鋼筋和鋼筋在高應(yīng)力條件下工作,所以可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和鋼材的氫脆。應(yīng)力腐蝕是鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機(jī)械應(yīng)力破壞不同,它可以在較低的拉應(yīng)力作用下破壞,這種破壞又與單純的電化學(xué)腐蝕破壞不同,它可以在腐蝕性介質(zhì)很弱的情況下而破壞。

        腐蝕性介質(zhì)與鋼筋作用,在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分布的腐蝕坑后,每個腐蝕坑相當(dāng)于一個缺口,鋼筋在拉應(yīng)力的作用下,形成應(yīng)力的不均勻分布和應(yīng)力集中。在缺口的邊緣,當(dāng)鋼筋平均應(yīng)力不高時,其集中的應(yīng)力即可達(dá)到斷裂應(yīng)力的水平,而引起鋼筋的斷裂。預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的結(jié)果。腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用,而拉應(yīng)力則促進(jìn)了腐蝕的發(fā)展。

        氫脆是預(yù)應(yīng)力鋼筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應(yīng)力腐蝕的機(jī)理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽極,而氫脆發(fā)生在鋼筋的陰極區(qū)域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫,而使其變脆,所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中,表面可能有少量氫氣產(chǎn)生,在通常情況下,生成的原子氫會迅速結(jié)成分子氫,在常溫下是無害的,但當(dāng)這一過程受到阻礙時,氫原子就會向鋼筋內(nèi)部擴(kuò)散而被吸收到金屬內(nèi)部的晶格中去,如果鋼筋內(nèi)部有缺陷存在,氫原子很可能重新結(jié)合成為氫分子。氫分子的生成產(chǎn)生很大的壓力,出現(xiàn)“鼓泡”現(xiàn)象,使鋼筋變脆。產(chǎn)生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時,便會發(fā)生斷裂,硫化氫是能引起預(yù)應(yīng)力鋼筋氫脆的介質(zhì)之一。

        2 混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的防治方法

        對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防應(yīng)針對其不同的結(jié)構(gòu)組成制定不同的辦法。

        原材料的選擇:水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結(jié)材料,水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié)、硬化而形成。正確選用水泥品種,對保證工程的耐久性與節(jié)約投資有重要意義。

        粗、細(xì)集料:發(fā)生堿-集料反應(yīng)的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細(xì)集料的耐蝕性和表面性能對混凝土的耐蝕性能具有很大影響。集料與水泥石接觸的界面狀態(tài)對混凝土的耐蝕性有一定影響。

        混凝土中所采用粗細(xì)集料,應(yīng)保證致密,同時控制材料的吸水率以及其它雜質(zhì)的含量,確保材質(zhì)狀況?;炷涟韬霞梆B(yǎng)護(hù)用水,應(yīng)考慮其對混凝土強(qiáng)度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強(qiáng)度值的大小。拌合水應(yīng)檢查其雜質(zhì)情況,防止影響砂漿及混凝土生成時雜質(zhì)影響其耐久性?;炷镣饧觿┦窃诎柚苹炷吝^程中摻入,用以改善混凝土性質(zhì)的物質(zhì)?;炷镣饧觿┑姆秶軓V,品種很多,我國外加劑的品種目前已超過百種,其中包括減水劑、早強(qiáng)劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實劑、抗凍劑等。

        在建筑防腐工程中,外加劑的使用主要是為了提高混凝土密實性或?qū)︿摻畹淖桎P能力,從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。實踐證明,采用加入外加劑的方法,可以在一定范圍內(nèi)達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力,是一種經(jīng)濟(jì)而有效的技術(shù)措施。但由于外加劑的化學(xué)組成,來自外加劑中的氯鹽可能使混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋脫鈍,給結(jié)構(gòu)物帶來隱患。在進(jìn)行外加劑選擇時需對其中氯鹽的含量進(jìn)行檢測,并做相關(guān)實驗。

        防腐混凝土的配合比設(shè)計:為提高混凝土的密實性和抗中性化能力,混凝土的強(qiáng)度等級宜大于或等于C25。受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時,鋼筋混凝土構(gòu)件中可摻入鋼筋阻繡劑。對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),其混凝土強(qiáng)度等級不小于C35,后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)整體制作,不得采用塊體拼裝的構(gòu)件。

        混凝土配合比的設(shè)計,應(yīng)按以下兩種情況進(jìn)行:一是按設(shè)計要求的強(qiáng)度(即按正常要求的強(qiáng)度)進(jìn)行配合比設(shè)計;二是按密實度的要求(即按最大水灰比和最小水泥用量的要求)進(jìn)行配合比設(shè)計,但強(qiáng)度等級往往大于前者。腐蝕環(huán)境中的混凝土配合比設(shè)計,必須取用上述兩種情況中強(qiáng)度等級的較高者。

        綜上所述,預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕和對混凝土腐蝕的防護(hù)是確保主體結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到規(guī)定的設(shè)計使用年限,滿足建筑物的合理使用年限的要求,保證建筑物混凝土結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)合理的使用壽命,節(jié)約資源,滿足社會的需要。

        [1]林昌健,董士剛,林理文,卓向東.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測技術(shù)及工程應(yīng)用進(jìn)展[J].經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與自主創(chuàng)新-第十二屆中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會年會(第二卷),.2010.11.01.

        [2]黃建寧,崔明堂[J].中國西部科技,2009-04-05.

        [3]方鵬杰.純堿廠鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕及LCC分析方法[J].純堿工業(yè),2008.04.15.

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