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        城市建筑鋼材的銹蝕與防護(hù)

        2016-05-19 13:46:04楊琳
        建材發(fā)展導(dǎo)向 2016年2期
        關(guān)鍵詞:耐腐蝕防護(hù)保養(yǎng)

        楊琳

        摘 要:隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的高速發(fā)展,建筑鋼材的使用增長(zhǎng)迅速,鋼筋腐蝕帶來(lái)的問(wèn)題也逐漸爆露出來(lái)。

        關(guān)鍵詞:建筑鋼材;耐腐蝕;防護(hù);保養(yǎng)

        隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和建筑領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展,幾乎所有的體育館都采用鋼建造,如鳥(niǎo)巢,并向住宅建筑發(fā)展。建筑工程的鋼材使用無(wú)論數(shù)量還是規(guī)模都逐年增加,隨著各類建筑服役年限的增加,建筑鋼材相關(guān)的工程事故也引起了人們對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性與耐久性越來(lái)越多的重視。然而,在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員往往從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念與方法著手,強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)在地震作用下的表現(xiàn),如“小震不壞”與“大震不倒”,而忽略了在服役過(guò)程中銹蝕對(duì)鋼材性能的影響,同時(shí)未考慮銹蝕造成的結(jié)構(gòu)抗震性能退化,由此造成服役階段的抗震性能研究滯后??諝庵械拇罅克峙c介質(zhì),使得處在其中的服役鋼結(jié)構(gòu)建筑必將發(fā)生鋼材銹蝕現(xiàn)象,而鋼材銹蝕除造成鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面性能削弱外,亦引起鋼材力學(xué)性能指標(biāo)(如屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等)的衰減,最終造成建筑可靠性的降低。因此研究腐蝕環(huán)境下鋼材銹蝕的機(jī)理與退化規(guī)律,對(duì)建筑抗震性能評(píng)估有重大意義,也可為建筑后期維修加固提供依據(jù)。

        1 鋼筋銹蝕的危害

        在使用過(guò)程中,混凝土中的鋼筋銹蝕問(wèn)題不斷出現(xiàn)。長(zhǎng)期暴露于空氣或潮濕環(huán)境中的鋼材,尤其是介質(zhì)中含有侵蝕性成分時(shí),腐蝕更為嚴(yán)重。鋼筋銹蝕后,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)性能的裂化和破壞,主要有如下表現(xiàn)。(1)鋼筋銹蝕,導(dǎo)致截面積減少,從而使鋼筋的力學(xué)性能下降。大量的試驗(yàn)研究表明,對(duì)于截面積損失率達(dá)5%~10%的鋼筋,其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度及延伸率均開(kāi)始下降,對(duì)于截面積損失率大于10%,但小于60%的嚴(yán)重腐蝕,鋼筋各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)嚴(yán)重下降。如:鋼筋截面積損失率達(dá)1.2%、2.4%和5%時(shí),鋼筋混凝土板的承載能力分別下降8%、17%、和25%,鋼筋截面積損失率達(dá)60%時(shí),構(gòu)件承載能力降低到與未配筋構(gòu)件相近。(2)鋼筋腐蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度下降,從而不能把鋼筋所受的拉伸強(qiáng)度有效傳遞給混凝土。(3)鋼筋銹蝕生成腐蝕產(chǎn)物,其體積是基體體積的2~4倍,腐蝕產(chǎn)物在混凝土和鋼筋之間積聚,對(duì)混凝土的擠壓力逐漸增大,混凝土保護(hù)層在這種擠壓力的作用下拉應(yīng)力逐漸加大,直到開(kāi)裂、起鼓、剝落?;炷帘Wo(hù)層破壞后,使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強(qiáng)度迅速下降,甚至完全喪失,不但影響結(jié)構(gòu)物的正常使用,甚至使建筑物遭到完全破壞,給國(guó)家經(jīng)濟(jì)造成重大損失。

        2 鋼筋銹蝕的原因

        鋼筋銹蝕的原因有兩個(gè)方面:一是鋼筋保護(hù)層的碳化,其碳化的原因是混凝土不密實(shí),抗?jié)B性能不足。硬化的混凝土,由于水泥水化,生成氫氧化鈣,故顯堿性,pH值>12,此時(shí)鋼筋表面生成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護(hù)膜,使鋼筋不生銹。當(dāng)不密實(shí)的混凝土置于空氣中或含二氧化碳環(huán)境中時(shí),由于二氧化碳的侵入,混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng),生成碳酸鈣等物質(zhì),其堿性逐漸降低,甚至消失,稱其為混凝土的碳化。當(dāng)混凝土的pH值<12時(shí),鋼筋的鈍化膜就不穩(wěn)定,當(dāng)pH值13),只要有4~6mg/L的氯離子含量,就足可以破壞鋼筋的鈍化膜,使鋼筋失去鈍化,在水和氧氣的作用下導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

        3 鋼筋銹蝕的防護(hù)措施

        影響鋼材銹蝕的主要因素是環(huán)境溫度、濕度、侵蝕性介質(zhì)種類和數(shù)量、鋼材的材質(zhì)及表面狀況等。常見(jiàn)的鋼材腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐。因此要防止或減少鋼材的腐蝕可以從改變鋼材本身的易腐蝕性,隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過(guò)程三方面入手。

        3.1 采用耐候鋼

        耐候鋼是在碳素鋼和低合金鋼中加入少量的銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種鋼在大氣作用下,能在表面形成一種致密的防腐保護(hù)層,起到耐腐蝕作用,同時(shí)保持鋼材良好的焊接性能。耐候鋼的強(qiáng)度級(jí)別與常用碳素鋼和低合金鋼一致,技術(shù)指標(biāo)也相近,但其耐腐蝕能力卻高出數(shù)倍。

        3.2 涂覆保護(hù)膜

        涂覆保護(hù)膜使金屬與周圍介質(zhì)隔離,既不能產(chǎn)生氧化銹蝕反應(yīng),也不能腐蝕原電池。如在鋼材表面涂刷各種防銹涂料、搪瓷、塑料;或者噴鍍鋅、銅、鉻、鋁等防護(hù)層。

        3.3 電化學(xué)防腐

        電化學(xué)防腐有有陽(yáng)極保護(hù)和陰極保護(hù),一般使用在不容易或不能涂敷保護(hù)膜層的鋼結(jié)構(gòu)上。如蒸汽鍋爐、地下管道、港口工程結(jié)構(gòu)等。

        陽(yáng)極保護(hù)是在鋼結(jié)構(gòu)附近安放一些廢鋼鐵或其他難熔金屬,如高硅鐵、鋁、銀合金等,外加直流電源(可用太陽(yáng)能電池),將負(fù)極接在被保護(hù)的鋼材上,正極接在難熔的金屬上,通電后難熔金屬成為陽(yáng)極而被腐蝕,鋼材成為陰極得到保護(hù)。

        陰板保護(hù)是在被保護(hù)的鋼材上接一塊比被保護(hù)的鋼材更活潑(電極電位更低)的金屬,例如鋅、鎂等,使金屬成為腐蝕電池的陽(yáng)極被腐蝕,鋼材為陰板得到保護(hù)。

        3.4 混凝土中鋼筋防腐

        鋼筋混凝土中大量應(yīng)用鋼筋,由于水泥水化產(chǎn)生大量Ca(OH)2,PH值達(dá)12以上,處于這種強(qiáng)堿性環(huán)境中的鋼筋,形成鈍化膜,防止了鋼筋的銹蝕。隨著混凝土的碳化,PH值下降,鋼筋表面鈍化膜破壞,如果具備了潮、供氧條件,鋼筋將產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

        3.5 控制保護(hù)層厚度

        采用不銹鋼、電化學(xué)腐蝕和加保護(hù)膜的方法固然可以防止鋼筋銹蝕,但從經(jīng)濟(jì)等角度考慮,實(shí)際土建工程是難以實(shí)現(xiàn)的。在土建工程工,通常是通過(guò)嚴(yán)格控制混凝土的保護(hù)層厚度,保證在設(shè)計(jì)年限內(nèi)碳化深度達(dá)不到鋼筋表面,以防止鋼筋銹蝕。

        3.6 在混凝土中摻入高效減水劑

        通過(guò)摻入減水劑,降低用水量,提高密實(shí)度,有效地阻止鋼筋銹蝕。

        3.7 在二氧化碳濃度高的工業(yè)區(qū)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥

        通過(guò)此方法限制含氯鹽外加劑的摻量并使用混凝土用鋼筋阻銹劑。

        3.8 明顯銹蝕的鋼筋不宜使用

        按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范規(guī)定,明顯銹蝕的鋼筋不宜使用,有浮銹的鋼筋在使用前必須進(jìn)行除銹處理。

        4 結(jié)語(yǔ)

        雖然鋼筋銹蝕會(huì)給混凝土建筑物帶來(lái)嚴(yán)重的危害,但在實(shí)際施工中,只要加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo),嚴(yán)格管理,精心施工,并根據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)和材料的性質(zhì),采取相應(yīng)的措施,是完全能夠防止和推遲混凝土中鋼筋的銹蝕,從而提高建筑的使用性和耐久性。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(GB50164-2011)[S].

        [2] 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB50204-2002)[S].

        [3] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)[S].

        [4] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2010)[S].

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