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混凝土结构中的钢筋锈蚀及防腐蚀措施

2015-10-07 16:12:12

近年来,混凝土在房屋建筑、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,我国工业环境中的建筑物,其钢筋锈蚀破坏十分普遍与严重,据初步统计,大多数工业建筑达不到设计 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。

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 OK2 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左右时,钝化膜不再稳  pH 值降至 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.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。

钢筋锈蚀的防御措施

2.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.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。

 

虽然钢筋锈蚀会给混凝土建筑物带来严重的危害,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。

——摘自《中国减水剂网》