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        堿性環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)

        2016-04-09 09:58:30白翔宇
        四川水泥 2016年10期
        關(guān)鍵詞:混凝土環(huán)境結(jié)構(gòu)

        白翔宇

        (新鄉(xiāng)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003)

        堿性環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)

        白翔宇

        (新鄉(xiāng)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003)

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境下會逐漸被腐蝕,尤其在堿性環(huán)境中的腐蝕較為復(fù)雜,防腐已不是單純的工程技術(shù)問題,而已經(jīng)關(guān)系到資源保護、能源節(jié)約、環(huán)境保護、保護人身安全及社會經(jīng)濟發(fā)展等問題。因此,加強防腐技術(shù)的研究,對減少因腐蝕造成的損失,延長結(jié)構(gòu)使用壽命,提高經(jīng)濟效益都具有重要的現(xiàn)實意義。

        堿性環(huán)境;鋼筋混凝土;防腐

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是建筑物最重要的結(jié)構(gòu)形式,與其它結(jié)構(gòu)相比具有施工工藝簡單、施工速度快、施工成型方便等優(yōu)點。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也是目前應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)形式,廣泛應(yīng)用于各類民用建筑和工業(yè)建筑。工業(yè)生產(chǎn)如冶金、化工、造紙等行業(yè)中產(chǎn)生的堿性腐蝕在整個腐蝕問題中占比較大,堿腐蝕對建筑結(jié)構(gòu)承載力的影響較大,因此,需加強對堿性環(huán)境中鋼筋混凝土的防腐技術(shù)研究。

        1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的主要因素

        對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)起腐蝕破壞作用的因素有很多,主要包括物理、化學(xué)、生物等諸多方面的因素。

        1.1 物理因素

        包括溫度變化、霜凍、太陽輻射、風、塵埃等。

        1.2 化學(xué)因素

        包括酸、堿、鹽溶液,含豐富離子的水,有機物質(zhì),工業(yè)廢氣等。

        1.3 生物因素

        包括微生物、霉菌、藻類、海洋動物、昆蟲、多細胞植物等。

        2.堿性環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕因素

        堿性環(huán)境中,混凝土中的石子、砂是比較穩(wěn)定的,堿對混凝土的腐蝕主要發(fā)生在混凝土的水泥水化物和鋼筋上。

        2.1 堿性環(huán)境中混凝土的腐蝕

        2.1.1 物理腐蝕

        堿對混凝土的物理腐蝕主要表現(xiàn)在混凝土內(nèi)結(jié)晶體的體積膨脹引起的腐蝕。堿性介質(zhì)從混凝土外部通過混凝土孔隙滲透,與空氣中的CO2和H2O化合生成新的結(jié)晶體,結(jié)晶體的體積比NaOH的體積增大2.5倍。結(jié)晶體在混凝土內(nèi)部的膨脹產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,由于體積的膨脹使混凝土遭到腐蝕破壞。

        2.1.2 化學(xué)腐蝕

        堿溶液可以與混凝土中的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成溶于水的新化合物,隨著新化合物溶于水的發(fā)展,混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)慢慢遭到破壞,使混凝土解體。在NaOH濃度較大、溫度較高時發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這些反應(yīng)不但破壞了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),而且生成硅酸鈉和偏鋁酸鈉,導(dǎo)致混凝土破壞。

        2.1.3 水溶解侵蝕

        水泥水化作用后生成的 Ca(OH)2可溶解于水,其溶解度為:1.3g/L。這種水溶解侵蝕的腐蝕方式在NaOH的濃度<2.3%時發(fā)生,在濃度>2.3%時可以不考慮。

        2.1.4 混凝土中碳化作用

        水泥水化作用后生成的Ca(OH)2在后續(xù)的化學(xué)反應(yīng)中與空氣中的CO2發(fā)生碳化作用,生成碳酸鈣和水:Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3+ H2O。

        2.2 堿性環(huán)境中鋼筋的腐蝕

        氯離子的侵蝕是造成鋼筋混凝土腐蝕的最主要因素之一。氯離子侵入混凝土內(nèi),破壞鋼筋的鈍化保護膜而使鋼筋產(chǎn)生腐蝕,氯離子對鋼筋混凝土除了加速鋼筋腐蝕外,也會侵蝕水泥的水化產(chǎn)物,混凝土的外加劑中如果含有氯離子,對鋼筋混凝土造成的腐蝕將更加嚴重。氯離子對鋼筋腐蝕的影響主要根據(jù)其含水量和陰極極性化所需氧的含量而定。

        3.堿性環(huán)境中鋼筋混凝土的防腐方法

        目前防腐鋼筋混凝土的主要類型有瀝青混凝土、硫磺混凝土、樹脂混凝土等。其中耐強堿腐蝕較好的有樹脂混凝土、瀝青混凝土。

        鋼筋混凝土防腐需要解決的問題是鋼筋的防腐和混凝土的防腐問題。鋼筋的防腐基本上類似于鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題,可以按照鋼結(jié)構(gòu)的防腐方法處理。混凝土防腐的常用方法可以分為兩類:一是精選混凝土的各種材料,提高混凝土的自身的防腐能力;二是在混凝土和腐蝕介質(zhì)之間涂刷防腐隔離劑,達到防腐效果?;炷练栏瘜佑行ё饔脮r間短,需要定期維護,因此,不能通過一次防腐解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整個使用壽命內(nèi)的防腐問題。

        3.1 選用耐堿腐蝕材料

        如選用耐堿腐蝕的水泥、石材、密度大的石子、砂等,以提高自身抗腐蝕能力。也可以摻入樹脂或瀝青等形成新的耐堿腐蝕混凝土等。

        3.2 在結(jié)構(gòu)與腐蝕劑之間設(shè)置隔離層

        通過設(shè)置隔離層以阻止或減緩其堿腐蝕作用。如鋼筋涂環(huán)氧樹脂保護層,加大混凝土保護層厚度,混凝土表面刷瀝青、環(huán)氧、塑料涂層等。

        3.3 改善腐蝕的環(huán)境

        減少污染源,減少腐蝕因素。如污水處理、空氣過濾或凈化等。

        4.堿性環(huán)境中鋼筋混凝土的主要防腐技術(shù)

        堿性環(huán)境中的各種腐蝕介質(zhì)對鋼筋混凝土中的任何一種成分發(fā)生的腐蝕,都會造成結(jié)構(gòu)的破壞。因此,防腐蝕的方法就是對各種腐蝕介質(zhì)、各種可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)或物理變化的集中應(yīng)對。

        4.1 材料選取

        應(yīng)選擇化學(xué)性能穩(wěn)定,在堿環(huán)境下混凝土組成成分不易與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成有害物質(zhì)的材料。

        選擇(CaO)3SiO2、(CaO)2SiO2含量高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。礦渣硅酸鹽水泥具有較好的耐堿性,但密實度較差,容易滲水,采用礦渣硅酸鹽水泥時需要Al(OH)3、Fe(OH)3摻入等密實劑?;鹕交?、粉煤灰、高鋁硅酸鹽水泥易被堿性物質(zhì)腐蝕,在堿性環(huán)境下,不宜采用。

        石子一般選擇石灰?guī)r類和火成巖類等耐堿性較好的巖石制成的碎石和石屑,石子的密度要求大于2750kg/m3。

        砂一般選擇天然石英砂,要求SiO2含量98%以上,堿溶率<1.0g/L。

        拌合水和養(yǎng)護水,要求水質(zhì)不得呈酸性,PH值>6。

        為提高混凝土的密實度,可以摻入一些摻合材料來填充骨料顆粒之間的孔隙。一般采用磨細的石灰石粉作為摻合材料,細度應(yīng)通過0.08mm方孔篩,篩余量<25%,且粒徑<0.16mm,堿溶率<1.0g/L。

        4.2 設(shè)置保護膜

        對于較強的堿腐蝕,除了選擇耐腐蝕的材料外,還必須對直接接觸堿介質(zhì)的混凝土采取保護措施,在混凝土表面采取涂、抹、刷、噴等辦法涂敷一層防腐材料,將混凝土與腐蝕介質(zhì)完全隔離。

        堿環(huán)境中防腐效果較好涂層有瀝青涂層、聚氯乙烯涂層、氯磺化聚乙烯(CSP)涂層、丙烯鹽酸和丙烯酸脂共聚物涂層、環(huán)氧樹脂涂層。環(huán)氧樹脂涂層防腐效果比較好,使用比較普遍。

        涂層對堿性介質(zhì)防腐效果較好,可耐各種濃度、多種類型的堿。防腐涂層施工中,必須保證粘合良好、沒有裂縫,涂層要密實。

        4.3 改善混凝土膠凝性能

        在混凝土的膠凝材料水泥中摻入聚合物,可顯著提高混凝土的密實度、抗?jié)B性、抗拉強度、抗彎強度,阻止混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生,可以有效防止堿腐蝕物質(zhì)進入混凝土構(gòu)件內(nèi)部,從而提高抗堿腐蝕能力。摻入的聚合物可以分為水溶性聚合物分散體乳膠類和水溶性聚合物。

        5.結(jié)語

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中受工業(yè)大氣、污水、酸霧、堿霧、鹽離子、有機質(zhì)等腐蝕的影響,鋼筋銹蝕、混凝土剝落、疏松、裂縫現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,嚴重影響了其使用生命。

        堿環(huán)境中鋼筋混凝土的腐蝕及防腐問題是極其復(fù)雜的過程。強堿對鋼筋混凝土腐蝕的衡量標準不太精確,不能對建筑的安全度判定和結(jié)構(gòu)加固方案的確定提供準確、定量的依據(jù)。通過總結(jié)堿環(huán)境下混凝土常用防腐技術(shù),為鋼筋混凝土防腐施工方法提供選擇,以減少因腐蝕造成的經(jīng)濟損失,延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命,保證結(jié)構(gòu)的安全。

        [1]石維;郭興蓬;董澤華.鋼筋混凝土界面局部腐蝕發(fā)展與抑制機理研究.[D].華中科技大學(xué)大學(xué).2014

        [2]邢士波.混凝土中鋼筋的腐蝕與防護技術(shù)研究[D].山東建筑大學(xué).2008

        [3]黃小坤,田春雨.預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究[J].住宅產(chǎn)業(yè).2010

        G322

        B

        1007-6344(2016)10-0212-01

        白翔宇(1977.4),男,河南新鄉(xiāng)人,碩士,副教授。主要研究方向:土木工程施工。

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