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淺談混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕因素及預(yù)防辦法
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論文關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu);腐蝕;因素;預(yù)防辦法
論文摘要:隨著人們對(duì)建筑質(zhì)量的要求越高,也越來越重視建筑工程中的腐蝕現(xiàn)象。由于多種因素,在建筑工程中,腐蝕無所不在。本文就腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的因素進(jìn)行分析,進(jìn)一步指出預(yù)防腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的處理辦法。 1腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的因素: 1.1素混凝土結(jié)構(gòu) 素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的主要因素為堿-集料的反應(yīng)(混凝土中堿含量超標(biāo),暴露在水或潮濕環(huán)境使用時(shí),其中的堿與堿活性集料間發(fā)生反應(yīng),引起膨脹)。 1.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料是混凝土與鋼筋的復(fù)合體,它的腐蝕形態(tài)可分為兩種:一是由混凝土的耐久性不足,其本身被破壞,同時(shí)也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞;二是混凝土本身并未腐蝕,但由于外部介質(zhì)的作用,導(dǎo)致混凝土本身化學(xué)性質(zhì)的改變或引入了能激發(fā)鋼筋腐蝕的離子,從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失,引起鋼筋的銹蝕。從化學(xué)成分來看,鋼筋的銹蝕物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等,其體積比原金屬體積增大2~4倍。由于鐵銹膨脹,對(duì)混凝土保護(hù)層產(chǎn)生巨大的輻射壓力,其數(shù)值可達(dá)30MPa(大于混凝土的抗拉極限強(qiáng)度)使混凝土保護(hù)層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫(俗稱順筋裂縫)。這些裂縫進(jìn)一步成為腐蝕性介質(zhì)滲入鋼筋的通道,加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比裸露情況快,等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度,混凝土保護(hù)層則開始剝落,最終使構(gòu)件喪失承載能力。 影響混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多,但主要的因素是混凝土的密實(shí)度,即抗?jié)B性能?;炷劣軐?shí),即抗?jié)B性能愈高,則外界的氣體只能作用于混凝土表面,向內(nèi)部滲透比較困難。影響混凝土密實(shí)度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對(duì)混凝土的中性化速度有一定的影響;不同品種的水泥,因其摻合料的品種及含量不同,水解時(shí)生成的堿性物質(zhì)數(shù)量不同,使混凝土的中性化速度也就不同了。 普通硅酸鹽水泥的熟料含量多,摻合料的含量一般不大于15%,其堿度比其它品種的水泥高,中性化速度相對(duì)的要慢?;鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥,由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時(shí)產(chǎn)生的氫氧化鈣結(jié)合,從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度,加快了碳化或中性化的速度。 1.3預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕除了具有普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型外,由于采用高強(qiáng)度鋼筋和鋼筋在高應(yīng)力條件下工作,所以可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和鋼材的氫脆。 1.3.1應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕是鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機(jī)械應(yīng)力破壞不同,它可以在較低的拉應(yīng)力作用下破壞;這種破壞又與單純的電化學(xué)腐蝕破壞不同,它可以在腐蝕性介質(zhì)很弱的情況下而破壞。 腐蝕性介質(zhì)與鋼筋作用,在鋼筋表面形成一個(gè)大小不等彌散分布的腐蝕坑后,每個(gè)腐蝕坑相當(dāng)于一個(gè)缺口,鋼筋在拉應(yīng)力的作用下,形成應(yīng)力的不均勻分布和應(yīng)力集中,在缺口的邊緣,當(dāng)鋼筋平均應(yīng)力不高時(shí),其集中的應(yīng)力即可達(dá)到斷裂應(yīng)力的水平,而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在,形成了拉應(yīng)力三軸不相等狀態(tài),阻礙了鋼筋塑性變形的開展,使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發(fā)揮出來,延伸率、冷彎等塑性指標(biāo)均有明顯下降。預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的結(jié)果,腐蝕因素對(duì)鋼筋斷裂的最初形成起主要作用,而拉應(yīng)力則促進(jìn)了腐蝕的發(fā)展。 1.3.2氫脆 氫脆是預(yù)應(yīng)力鋼筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應(yīng)力腐蝕的機(jī)理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽極,而氫脆發(fā)生在鋼筋的陰極區(qū)域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫,而使其變脆,所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中,表面可能有少量氫氣產(chǎn)生,在通常情況下,生成的原子氫會(huì)迅速結(jié)成分子氫,在常溫下是無害的,但當(dāng)這一過程受到阻礙時(shí),氫原子就會(huì)向鋼筋內(nèi)部擴(kuò)散而被吸收到金屬內(nèi)部的晶格中去,如果鋼筋內(nèi)部有缺陷存在,氫原子很可能重新結(jié)合成為氫分子。氫分子的生成產(chǎn)生很大的壓力,出現(xiàn)“鼓泡”現(xiàn)象。使鋼筋變脆。產(chǎn)生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時(shí),便會(huì)發(fā)生斷裂。硫化氫是能引起預(yù)應(yīng)力鋼筋氫脆的介質(zhì)之一。 1.4纖維混凝土結(jié)構(gòu) 纖維混凝土的腐蝕機(jī)理與普通混凝土基本相同,但纖維的直徑較細(xì),且均勻分布,其耐久性相對(duì)普通混凝土要強(qiáng)一些。開裂的纖維混凝土構(gòu)件在潮濕的環(huán)境下,裂縫處的混凝土碳化后,碳化區(qū)的鋼纖維開始銹蝕。有研究表面,鋼纖維混凝土中鋼筋的銹蝕較普通混凝土鋼筋的銹蝕減輕,其原因除了鋼纖維阻裂作用的影響外,還在于細(xì)小纖維在混凝土中亂向均勻分布,從而改變了鋼筋電化學(xué)銹蝕的離子分布狀態(tài),阻止了鋼筋的銹蝕。 1.5輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)及加氣混凝土 輕骨料混凝土的腐蝕機(jī)理與類型基本與普通混凝土相同,由于大多數(shù)輕骨料抵抗氣體擴(kuò)散能力較低,腐蝕性氣體較易滲入內(nèi)部,因此必須控制輕骨料混凝土的密實(shí)度。 加氣混凝土的顯氣孔較多,不致密,吸水率高,碳化速度較快,在正常使用條件下尚需對(duì)鋼筋進(jìn)行表面涂覆保護(hù)層,而且加氣混凝土表面氣孔多,不容易進(jìn)行保護(hù),所以在腐蝕環(huán)境下不宜使用加氣混凝土。 2預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的辦法 對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防應(yīng)針對(duì)其不同的結(jié)構(gòu)組成制定不同的辦法。 2.1原材料的選擇 2.1.1水泥 水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結(jié)材料。水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié)、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蝕,水泥砂漿和混凝土的性能將不復(fù)存在。由于各種水泥的礦物質(zhì)組份不同,因而它們對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)的耐蝕性就有差異。正確選用水泥品種,對(duì)保證工程的耐久性與節(jié)約投資有重要意義 2.1.2粗、細(xì)集料 發(fā)生堿-集料反應(yīng)的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細(xì)集料的耐蝕性和表面性能對(duì)混凝土的耐蝕性能具有很大影響。集料與水泥石接觸的界面狀態(tài)對(duì)混凝土的耐蝕性有一定影響。 混凝土中所采用粗細(xì)集料,應(yīng)保證致密,同時(shí)控制材料的吸水率以及其它雜質(zhì)的含量,確保材質(zhì)狀況。 2.1.3拌合及養(yǎng)護(hù)用水 混凝土拌合及養(yǎng)護(hù)用水,應(yīng)考慮其對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強(qiáng)度值的大小。拌合水應(yīng)檢查其雜質(zhì)情況,防止影響砂漿及混凝土生成時(shí)雜質(zhì)影響其耐久性。 海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物,除了對(duì)水泥石有腐蝕作用外,對(duì)鋼筋的腐蝕也有影響,因此在腐蝕環(huán)境中的混凝土不宜采用海水拌制和養(yǎng)護(hù)。 2.1.4外加劑 混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入,用以改善混凝土性質(zhì)的物質(zhì)。 混凝土外加劑的范圍很廣,品種很多,我國外加劑的品種目前已超過百種,其中包括減水劑、早強(qiáng)劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實(shí)劑、抗凍劑等。 在建筑防腐工程中,外加劑的使用主要是為了提高混凝土密實(shí)性或?qū)︿摻畹淖桎P能力,從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。實(shí)踐證明,采用加入外加劑的方法,可以在一定范圍內(nèi)達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力,是一種經(jīng)濟(jì)而有效的技術(shù)措施。 但由于外加劑的化學(xué)組成,來自外加劑中的氯鹽可能使混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋脫鈍,給結(jié)構(gòu)物帶來隱患。在進(jìn)行外加劑選擇時(shí)需對(duì)其中氯鹽的含量進(jìn)行檢測(cè),并做相關(guān)實(shí)驗(yàn)。 2.2防腐混凝土的配合比設(shè)計(jì) 為提高混凝土的密實(shí)性和抗中性化能力,混凝土的強(qiáng)度等級(jí)宜大于或等于C25。受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時(shí),鋼筋混凝土構(gòu)件中可摻入鋼筋阻繡劑。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C35,后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)整體制作,不得采用塊體拼裝的構(gòu)件。 混凝土配合比的設(shè)計(jì),應(yīng)按以下兩種情況進(jìn)行:一是按設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度(即按正常要求的強(qiáng)度)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì);二是按密實(shí)度的要求(即按最大水灰比和最小水泥用量的要求)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),但強(qiáng)度等級(jí)往往大于前者。腐蝕環(huán)境中的混凝土配合比設(shè)計(jì),必須取用上述兩種情況中強(qiáng)度等級(jí)的較高者。 2.3針對(duì)不同的腐蝕環(huán)境應(yīng)設(shè)計(jì)不同的保護(hù)層厚度。 2.4加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù),控制混凝土表面裂縫,確保施工質(zhì)量。- 1商住宅樓施工方案
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