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混凝土结构中的钢筋锈蚀及防腐蚀措施
ABOUT US 发布日期:2016年08月10日
混凝土结构中的钢筋锈蚀及防腐蚀措施
编辑:质检科
近年来,混凝土在房屋www.bet36365.com、公路、桥梁、大坝等结构中得到广泛的 应用。同时,此结构在长期自然环境和使用条件下会出现逐渐老化、损伤甚至破坏,从而有可能会直接影响到结构的安全,因此混凝土耐久性 已是当今世界的重大问题。国际混凝土耐久性会议上曾指出:“当今世 界混凝土破坏原因,按递减顺序是: 钢筋锈蚀、冻害、物理化学作用”。并明确将“钢筋锈蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位。我国海港码 头不能耐久,北方使用化冰盐,桥梁道路遭破坏。我国存在着广泛的腐蚀环境,北方地区使用化冰盐有增无减,而桥梁道路却未采取应有的防 护措施; 我国海岸线很长,而大规模的基本建设大都集中于沿海地区,以往的海港码头等工程,多数达不到设计寿命要求; 特别是沿海一带河 砂已呈短缺现象,滥用海砂则其害无穷;我国还有广泛的盐碱地,其腐 蚀条件更为苛刻; 特别应该指出的是,我国工业环境中的www.bet36365.com物,其钢筋锈蚀破坏十分普遍与严重,据初步统计,大多数工业www.bet36365.com达不到设计 寿命的年限,目前正在进入大规模修复的时期。因此,我国钢筋锈蚀破坏的形势是严峻的。本文就混凝土中钢筋锈蚀机理及影响因素、防腐 蚀措施等方面谈儿点粗浅认识,仅供大家交流和探讨。
1 混凝土中钢筋锈蚀机理及影响因素
1. 1 混凝土中钢筋锈蚀机理
钢筋未被腐蚀的混凝土是呈高碱性的,其 pH 值一般在12. 5 左右, 当混凝土中含有少量的Na2 O、K2 0 时,pH 值可能会大于 13。在高碱性环境中,钢筋很容易发生氧化作用,表面生成一层很薄的氧化膜。主要 成分为水化氧化物nFe2 O3 ·mH2 O,它是一种致密、稳定的共格结构, 水和氧气不能渗透过去,使混凝土中钢筋处于钝化状态,能够有效阻止混凝土中钢筋的锈蚀,因此被称为钝化膜。混凝土中钢筋锈蚀只有在 这层钝化膜遭到破坏的情况下才可能实现。钢筋表面钝化膜破坏的原因有两个: 一是混凝土中性化; 二是足够浓度的游离CI—扩散到钢筋表 面。当钝化膜发生破坏后,混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程。
(1) 混凝土中性化作用。碳化使混凝土孔溶液中的 Ca( OH) 2 含量逐渐减少,pH 值逐渐降低,当 pH 值下降到 11.5 左右时,钝化膜不再稳 定; 当 pH 值降至9 ~ 10 时,钝化膜的作用完全被破坏,钢筋处于脱钝状 态,锈蚀就有条件发生了。一般大气环境下混凝土中性化的过程非常缓慢,视保护层厚度等因素不同,一般要数年甚至数十年才能达到钢筋 表面。由于部分碳化区的存在,钢筋经历了从饨化状态经逐步脱钝转化为完全脱钝状态的过程。
(2)CI—作用。当钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离 CI—浓度超过一定值时,即使在碱度较高,pH 值大于 11. 5 时,CI—也能破坏钝化膜,从而使钢筋发生锈蚀。因为 CI—的半径小,活性大,溶液吸附在位 错区,晶界区等氧化膜有缺陷的地方。CI—有很强的穿透氧化膜的能力,在氧化物内层( 铁与氧化物界面) 形成易溶的FeCI2 ,使氧化膜局部 溶解,形成坑蚀现象。如果 CI—在钢筋表面分布比较均匀,这种坑蚀现象便会广泛地发生,点蚀坑扩大、合并,发生大面积的腐蚀。
(3) 混凝土中钢筋锈蚀的电化学机理。混凝土中钢筋锈蚀的发生 必须具备三个条件:一是钢筋表面存在电位差,构成腐蚀电池; 二是钢 筋表面钝化膜遭到破还,处于活化状态;三是钢筋表面有电化学反应和 离子扩散所需的水和氧气。
1.2 混凝土中钢筋锈蚀的影响因素
(1) 钢筋锈蚀不仅与混凝土保护层厚度、混凝土密实度有关,还涉
及到混凝土的组成、空隙中液相的 pH 值、环境的湿度、温度、有害离子含量及混凝土含水量等相关。
(2) 环境湿度是影响钢筋锈蚀速度的重要因素,相对湿度低,钢筋 腐蚀速率减慢。试验和分析数据结果表明,相对湿度达到80% 时,钢筋 锈蚀的速率最快保护层厚度的加大,钢筋锈蚀速度减慢。
(3) 钢筋锈蚀速度与混凝土液相 pH 值有着密切的关系。在不同的温度和不同 pH 值的影响下,钢筋的锈蚀情况也会出现明显的差别。
(4) 有害离子( 如氯离子等) 会严重的影响对钢筋的锈蚀,其含量的多少也就会影响到钢筋锈蚀速度的快慢。
2 钢筋锈蚀的防御措施
2.1 基本防腐蚀措施
根据混凝土中钢筋锈蚀的影响因素可知提高混凝土的密实度、增 加混凝土的保护层厚度是最基本的防止钢筋锈蚀的措施,从而达到提高混凝土结构耐久性的目标。
(1) 增加保护层厚度,可以推迟由碳化引起的钢筋锈蚀; 还可以减缓氧气扩散,减慢由氧气扩散控制的钢筋锈蚀; 同时还可以减缓氯离子 在混凝土中的渗透量。(2) 适当增加混凝土的搅拌时间和振捣力度等 方法最大限度提高混凝土的密实度,降低混凝土的孔隙率,减缓混凝土 的碳化速度,减缓有害离子的传递速度甚至可以阻止有害离子的扩散。(3) 控制混凝土中的最大水灰比和最小水泥用量,在混凝土中掺入适宜 的减水剂,减小混凝土中水的含量。
2.2 防腐蚀的附加措施
(1) 添加钢筋阻锈剂。钢筋阻锈剂是混凝土外加剂的一种,添加钢 筋阻锈剂是钢筋锈蚀长期防护的有效措施之一,掺入混凝土或灌浆中能提高混凝土结构自身的保护能力,使钢筋表面的钝化膜更为完整、致 密。但是,必须注意的是采用阻锈剂同时应使用低渗透性混凝土,以防止阻锈剂流失。
(2) 环氧涂层钢筋。常用的钢筋表面涂层有环氧树脂涂层和镀锌 等,其中环氧树脂涂层钢筋应用最为广泛,它是在钢筋表面涂保护膜,隔离钢筋与腐蚀介质的接触。可以与钢筋阻锈剂联合使用,但在复杂 的交叉部位,钢筋弯曲时存在较大的应力,会影响到环氧树脂涂层钢筋的粘结性,则不宜使用环氧涂层钢筋。
(3) 阴极保护。阴极保护常作为一种补助措施来防止混凝土中钢 筋的腐蚀。阴极保护可以应用外加电流的方法,也可以将比铁更活泼的金属与铁相连。但是阴极保护应在克服其自身缺陷的条件下采用, 否则也会加速钢筋的锈蚀,起到负面的作用。
(4) 混凝土外涂层。混凝土表面涂层是降低氯离子渗透速度和混凝 土碳化速度的有效辅助措施。混凝土外涂层基本上可以分为侵入型和隔离型两种,它可以包括薄涂层、复合型涂层或厚涂层、渗透型涂层等。
(5) 采用高强度混凝土。高强度混凝土可以降低氯离子在混凝土 中的渗透速率,同时还可以增加混凝土的电阻率增加,延迟腐蚀的开始和降低腐蚀开始后的速率。
3 结 语
虽然钢筋锈蚀会给混凝土www.bet36365.com物带来严重的危害,但在实际施工 中,只要加强领导,严格管理,精心施工,并根据环境的特点和材料的性质,采取相应的措施,是完全能够防止和推迟混凝土中钢筋的锈蚀,从 而提高混凝土的适用性和耐久性
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