混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕及防腐蝕措施 |
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2015-10-07 16:12:12 |
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近年來(lái)，混凝土在房屋建筑、公路、橋梁、大壩等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的 應(yīng)用。同時(shí)，此結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期自然環(huán)境和使用條件下會(huì)出現(xiàn)逐漸老化、損傷甚至破壞，從而有可能會(huì)直接影響到結(jié)構(gòu)的安全，因此混凝土耐久性 已是當(dāng)今世界的重大問(wèn)題。國(guó)際混凝土耐久性會(huì)議上曾指出:“當(dāng)今世 界混凝土破壞原因，按遞減順序是: 鋼筋銹蝕、凍害、物理化學(xué)作用”。并明確將“鋼筋銹蝕”排在影響混凝土耐久性因素的首位。我國(guó)海港碼 頭不能耐久，北方使用化冰鹽，橋梁道路遭破壞。我國(guó)存在著廣泛的腐蝕環(huán)境，北方地區(qū)使用化冰鹽有增無(wú)減，而橋梁道路卻未采取應(yīng)有的防 護(hù)措施; 我國(guó)海岸線很長(zhǎng)，而大規(guī)模的基本建設(shè)大都集中于沿海地區(qū)，以往的海港碼頭等工程，多數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命要求; 特別是沿海一帶河 砂已呈短缺現(xiàn)象，濫用海砂則其害無(wú)窮;我國(guó)還有廣泛的鹽堿地，其腐 蝕條件更為苛刻; 特別應(yīng)該指出的是，我國(guó)工業(yè)環(huán)境中的建筑物，其鋼筋銹蝕破壞十分普遍與嚴(yán)重，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)工業(yè)建筑達(dá)不到設(shè)計(jì) 壽命的年限，目前正在進(jìn)入大規(guī)模修復(fù)的時(shí)期。因此，我國(guó)鋼筋銹蝕破壞的形勢(shì)是嚴(yán)峻的。本文就混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理及影響因素、防腐 蝕措施等方面談兒點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí)，僅供大家交流和探討。
1 混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理及影響因素
1. 1 混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理
鋼筋未被腐蝕的混凝土是呈高堿性的，其 pH 值一般在12． 5 左右， 當(dāng)混凝土中含有少量的Na2 O、K2 0 時(shí)，pH 值可能會(huì)大于 13。在高堿性環(huán)境中，鋼筋很容易發(fā)生氧化作用，表面生成一層很薄的氧化膜。主要 成分為水化氧化物nFe2 O3 ?mH2 O，它是一種致密、穩(wěn)定的共格結(jié)構(gòu)， 水和氧氣不能滲透過(guò)去，使混凝土中鋼筋處于鈍化狀態(tài)，能夠有效阻止混凝土中鋼筋的銹蝕，因此被稱為鈍化膜。混凝土中鋼筋銹蝕只有在 這層鈍化膜遭到破壞的情況下才可能實(shí)現(xiàn)。鋼筋表面鈍化膜破壞的原因有兩個(gè): 一是混凝土中性化; 二是足夠濃度的游離CI—擴(kuò)散到鋼筋表 面。當(dāng)鈍化膜發(fā)生破壞后，混凝土中鋼筋銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程。
( 1) 混凝土中性化作用。碳化使混凝土孔溶液中的 Ca( OH) 2 含量逐漸減少，pH 值逐漸降低，當(dāng) pH 值下降到 11．5 左右時(shí)，鈍化膜不再穩(wěn) 定; 當(dāng) pH 值降至9 ～ 10 時(shí)，鈍化膜的作用完全被破壞，鋼筋處于脫鈍狀 態(tài)，銹蝕就有條件發(fā)生了。一般大氣環(huán)境下混凝土中性化的過(guò)程非常緩慢，視保護(hù)層厚度等因素不同，一般要數(shù)年甚至數(shù)十年才能達(dá)到鋼筋 表面。由于部分碳化區(qū)的存在，鋼筋經(jīng)歷了從飩化狀態(tài)經(jīng)逐步脫鈍轉(zhuǎn)化為完全脫鈍狀態(tài)的過(guò)程。
( 2) CI—作用。當(dāng)鋼筋表面的混凝土孔溶液中的游離 CI—濃度超過(guò)一定值時(shí)，即使在堿度較高，pH 值大于 11． 5 時(shí)，CI—也能破壞鈍化膜，從而使鋼筋發(fā)生銹蝕。因?yàn)?/span> CI—的半徑小，活性大，溶液吸附在位 錯(cuò)區(qū)，晶界區(qū)等氧化膜有缺陷的地方。CI—有很強(qiáng)的穿透氧化膜的能力，在氧化物內(nèi)層( 鐵與氧化物界面) 形成易溶的FeCI2 ，使氧化膜局部 溶解，形成坑蝕現(xiàn)象。如果 CI—在鋼筋表面分布比較均勻，這種坑蝕現(xiàn)象便會(huì)廣泛地發(fā)生，點(diǎn)蝕坑擴(kuò)大、合并，發(fā)生大面積的腐蝕。
( 3) 混凝土中鋼筋銹蝕的電化學(xué)機(jī)理。混凝土中鋼筋銹蝕的發(fā)生 必須具備三個(gè)條件:一是鋼筋表面存在電位差，構(gòu)成腐蝕電池; 二是鋼 筋表面鈍化膜遭到破還，處于活化狀態(tài);三是鋼筋表面有電化學(xué)反應(yīng)和 離子擴(kuò)散所需的水和氧氣。
1.2 混凝土中鋼筋銹蝕的影響因素
( 1) 鋼筋銹蝕不僅與混凝土保護(hù)層厚度、混凝土密實(shí)度有關(guān)，還涉
及到混凝土的組成、空隙中液相的 pH 值、環(huán)境的濕度、溫度、有害離子含量及混凝土含水量等相關(guān)。
( 2) 環(huán)境濕度是影響鋼筋銹蝕速度的重要因素，相對(duì)濕度低，鋼筋 腐蝕速率減慢。試驗(yàn)和分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明，相對(duì)濕度達(dá)到80% 時(shí)，鋼筋 銹蝕的速率最快保護(hù)層厚度的加大，鋼筋銹蝕速度減慢。
( 3) 鋼筋銹蝕速度與混凝土液相 pH 值有著密切的關(guān)系。在不同的溫度和不同 pH 值的影響下，鋼筋的銹蝕情況也會(huì)出現(xiàn)明顯的差別。
( 4) 有害離子( 如氯離子等) 會(huì)嚴(yán)重的影響對(duì)鋼筋的銹蝕，其含量的多少也就會(huì)影響到鋼筋銹蝕速度的快慢。
2 鋼筋銹蝕的防御措施
2.1 基本防腐蝕措施
根據(jù)混凝土中鋼筋銹蝕的影響因素可知提高混凝土的密實(shí)度、增 加混凝土的保護(hù)層厚度是最基本的防止鋼筋銹蝕的措施，從而達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的目標(biāo)。
( 1) 增加保護(hù)層厚度，可以推遲由碳化引起的鋼筋銹蝕; 還可以減緩氧氣擴(kuò)散，減慢由氧氣擴(kuò)散控制的鋼筋銹蝕; 同時(shí)還可以減緩氯離子 在混凝土中的滲透量。(2) 適當(dāng)增加混凝土的攪拌時(shí)間和振搗力度等 方法最大限度提高混凝土的密實(shí)度，降低混凝土的孔隙率，減緩混凝土 的碳化速度，減緩有害離子的傳遞速度甚至可以阻止有害離子的擴(kuò)散。( 3) 控制混凝土中的最大水灰比和最小水泥用量，在混凝土中摻入適宜 的減水劑，減小混凝土中水的含量。
2.2 防腐蝕的附加措施
( 1) 添加鋼筋阻銹劑。鋼筋阻銹劑是混凝土外加劑的一種，添加鋼 筋阻銹劑是鋼筋銹蝕長(zhǎng)期防護(hù)的有效措施之一，摻入混凝土或灌漿中能提高混凝土結(jié)構(gòu)自身的保護(hù)能力，使鋼筋表面的鈍化膜更為完整、致 密。但是，必須注意的是采用阻銹劑同時(shí)應(yīng)使用低滲透性混凝土，以防止阻銹劑流失。
( 2) 環(huán)氧涂層鋼筋。常用的鋼筋表面涂層有環(huán)氧樹脂涂層和鍍鋅 等，其中環(huán)氧樹脂涂層鋼筋應(yīng)用最為廣泛，它是在鋼筋表面涂保護(hù)膜，隔離鋼筋與腐蝕介質(zhì)的接觸?？梢耘c鋼筋阻銹劑聯(lián)合使用，但在復(fù)雜 的交叉部位，鋼筋彎曲時(shí)存在較大的應(yīng)力，會(huì)影響到環(huán)氧樹脂涂層鋼筋的粘結(jié)性，則不宜使用環(huán)氧涂層鋼筋。
( 3) 陰極保護(hù)。陰極保護(hù)常作為一種補(bǔ)助措施來(lái)防止混凝土中鋼 筋的腐蝕。陰極保護(hù)可以應(yīng)用外加電流的方法，也可以將比鐵更活潑的金屬與鐵相連。但是陰極保護(hù)應(yīng)在克服其自身缺陷的條件下采用， 否則也會(huì)加速鋼筋的銹蝕，起到負(fù)面的作用。
( 4) 混凝土外涂層。混凝土表面涂層是降低氯離子滲透速度和混凝 土碳化速度的有效輔助措施?；炷镣馔繉踊旧峡梢苑譃榍秩胄秃透綦x型兩種，它可以包括薄涂層、復(fù)合型涂層或厚涂層、滲透型涂層等。
( 5) 采用高強(qiáng)度混凝土。高強(qiáng)度混凝土可以降低氯離子在混凝土 中的滲透速率，同時(shí)還可以增加混凝土的電阻率增加，延遲腐蝕的開始和降低腐蝕開始后的速率。
3 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 而提高混凝土的適用性和耐久性。
——摘自《中國(guó)減水劑網(wǎng)》