混凝土結構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，混凝土在房屋建筑、公路、橋梁、大壩等結構中得到廣泛的 應用。同時，此結構在長期自然環(huán)境和使用條件下會出現(xiàn)逐漸老化、損傷甚至破壞，從而有可能會直接影響到結構的安全，因此混凝土耐久性 已是當今世界的重大問題。國際混凝土耐久性會議上曾指出:“當今世 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。我國海港碼 頭不能耐久，北方使用化冰鹽，橋梁道路遭破壞。我國存在著廣泛的腐蝕環(huán)境，北方地區(qū)使用化冰鹽有增無減，而橋梁道路卻未采取應有的防 護措施; 我國海岸線很長，而大規(guī)模的基本建設大都集中于沿海地區(qū)，以往的海港碼頭等工程，多數(shù)達不到設計壽命要求; 特別是沿海一帶河 砂已呈短缺現(xiàn)象，濫用海砂則其害無窮;我國還有廣泛的鹽堿地，其腐 蝕條件更為苛刻; 特別應該指出的是，我國工業(yè)環(huán)境中的建筑物，其鋼筋銹蝕破壞十分普遍與嚴重，據(jù)初步統(tǒng)計，大多數(shù)工業(yè)建筑達不到設計 壽命的年限，目前正在進入大規(guī)模修復的時期。因此，我國鋼筋銹蝕破壞的形勢是嚴峻的。本文就混凝土中鋼筋銹蝕機理及影響因素、防腐 蝕措施等方面談兒點粗淺認識，僅供大家交流和探討。
1 混凝土中鋼筋銹蝕機理及影響因素
1. 1 混凝土中鋼筋銹蝕機理
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， 當混凝土中含有少量的Na2 O、K2 0 時，pH 值可能會大于 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)定的共格結構， 水和氧氣不能滲透過去，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?；炷林袖摻钿P蝕只有在 這層鈍化膜遭到破壞的情況下才可能實現(xiàn)。鋼筋表面鈍化膜破壞的原因有兩個: 一是混凝土中性化; 二是足夠濃度的游離CI—擴散到鋼筋表 面。當鈍化膜發(fā)生破壞后，混凝土中鋼筋銹蝕是一個電化學過程。
( 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 pH 值下降到 11．5 左右時，鈍化膜不再穩(wěn) 定; 當 pH 值降至9 ～ 10 時，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程非常緩慢，視保護層厚度等因素不同，一般要數(shù)年甚至數(shù)十年才能達到鋼筋 表面。由于部分碳化區(qū)的存在，鋼筋經歷了從飩化狀態(tài)經逐步脫鈍轉化為完全脫鈍狀態(tài)的過程。
( 2) CI—作用。當鋼筋表面的混凝土孔溶液中的游離 CI—濃度超過一定值時，即使在堿度較高，pH 值大于 11． 5 時，CI—也能破壞鈍化膜，從而使鋼筋發(fā)生銹蝕。因為 CI—的半徑小，活性大，溶液吸附在位 錯區(qū)，晶界區(qū)等氧化膜有缺陷的地方。CI—有很強的穿透氧化膜的能力，在氧化物內層( 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)象便會廣泛地發(fā)生，點蝕坑擴大、合并，發(fā)生大面積的腐蝕。
( 3) 混凝土中鋼筋銹蝕的電化學機理。混凝土中鋼筋銹蝕的發(fā)生 必須具備三個條件:一是鋼筋表面存在電位差，構成腐蝕電池; 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反應和 離子擴散所需的水和氧氣。
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層厚度、混凝土密實度有關，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。
( 2) 環(huán)境濕度是影響鋼筋銹蝕速度的重要因素，相對濕度低，鋼筋 腐蝕速率減慢。試驗和分析數(shù)據(jù)結果表明，相對濕度達到80% 時，鋼筋 銹蝕的速率最快保護層厚度的加大，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出現(xiàn)明顯的差別。
( 4) 有害離子( 如氯離子等) 會嚴重的影響對鋼筋的銹蝕，其含量的多少也就會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度、增 加混凝土的保護層厚度是最基本的防止鋼筋銹蝕的措施，從而達到提高混凝土結構耐久性的目標。
( 1) 增加保護層厚度，可以推遲由碳化引起的鋼筋銹蝕; 還可以減緩氧氣擴散，減慢由氧氣擴散控制的鋼筋銹蝕; 同時還可以減緩氯離子 在混凝土中的滲透量。(2) 適當增加混凝土的攪拌時間和振搗力度等 方法最大限度提高混凝土的密實度，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期防護的有效措施之一，摻入混凝土或灌漿中能提高混凝土結構自身的保護能力，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應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)氧樹脂涂層鋼筋應用最為廣泛，它是在鋼筋表面涂保護膜，隔離鋼筋與腐蝕介質的接觸。可以與鋼筋阻銹劑聯(lián)合使用，但在復雜 的交叉部位，鋼筋彎曲時存在較大的應力，會影響到環(huán)氧樹脂涂層鋼筋的粘結性，則不宜使用環(huán)氧涂層鋼筋。
( 3) 陰極保護。陰極保護常作為一種補助措施來防止混凝土中鋼 筋的腐蝕。陰極保護可以應用外加電流的方法，也可以將比鐵更活潑的金屬與鐵相連。但是陰極保護應在克服其自身缺陷的條件下采用， 否則也會加速鋼筋的銹蝕，起到負面的作用。
( 4) 混凝土外涂層?；炷帘砻嫱繉邮墙档吐入x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、復合型涂層或厚涂層、滲透型涂層等。
( 5) 采用高強度混凝土。高強度混凝土可以降低氯離子在混凝土 中的滲透速率，同時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 語
雖然鋼筋銹蝕會給混凝土建筑物帶來嚴重的危害，但在實際施工 中，只要加強領導，嚴格管理，精心施工，并根據(jù)環(huán)境的特點和材料的性質，采取相應的措施，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《中國減水劑網(wǎng)》