混凝土防护范文

混凝土防护范文（精选9篇）

混凝土防护 第1篇

实际工程中, 混凝土结构受到酸、碱、盐等腐蚀的现象较为普遍。有关混凝土腐蚀方面的研究较多, 但大多数研究未考虑应力腐蚀作用。实际的混凝土结构在使用过程中, 除受到腐蚀环境的影响外, 还受到荷载、温度及湿度等因素的影响。上述因素的综合作用导致混凝土腐蚀的发生, 因此, 目前以无荷载状态为基础而进行的混凝土腐蚀的研究有一定的局限性。为了使研究成果更接近工程实践, 更好的增强混凝土结构的安全性和耐久性, 开展混凝土应力腐蚀及防护的研究十分必要。但从目前情况看, 对混凝土应力腐蚀的研究, 尤其是疲劳荷载应力腐蚀研究, 以及腐蚀防护的研究较少[1]。所以, 有必要对混凝土应力腐蚀及防护进行深入、全面的研究和探讨。

1 混凝土应力腐蚀的研究内容及方法

国内外对混凝土应力腐蚀的研究, 大多是通过对比应力混凝土和非应力混凝土在腐蚀介质中的性能和微观结构的变化情况来进行的。

1.1 试件形状及试验装置

在进行混凝土静荷载应力腐蚀试验研究时, 常采用棱柱体或立方体试件。国内主要采用双杠杆的三点加荷的试验装置;国外采用四点杠杆式加荷的试验装置[2]。目前国外已进行混凝土疲劳荷载应力腐蚀试验, 试验装置常采用四点疲劳加载装置, 见图1[3]。

1.2 混凝土静荷载应力腐蚀的力学性能

应力状态下混凝土结构的腐蚀不同于无应力状态下的介质腐蚀。在受腐蚀的混凝土试件上施加一定的荷载, 将会在腐蚀最严重的部位引起应力集中, 导致混凝土破坏加快;同时荷载引起的微裂缝以及腐蚀介质作用而增加的孔隙率不能被水化和反应产物全部填充, 也会使混凝土腐蚀加速。这种力学和化学作用的叠加, 导致混凝土产生应力腐蚀破坏。在测定混凝土应力腐蚀的力学性能时常用的技术指标是抗压强度、弯拉强度、弯拉变形等[1]。

1.2.1 应力腐蚀对混凝土抗压强度的影响

有人曾做过混凝土遭受应力腐蚀后抗压强度的变化情况试验, 见图2[4,5]。

从图2可看出, 对于浸泡在5%硫酸铵溶液中的混凝土, 它的抗压强度随着龄期的增长逐渐降低, 到浸泡150d龄期时, 混凝土强度降低了30%左右;对于浸泡在5%的硫酸铵溶液中, 同时承受50%弯曲应力的混凝土, 它的抗压强度急剧降低, 到浸泡150d龄期时, 混凝土强度降低了60%～80%左右。与不受荷载只浸泡在硫酸铵溶液中的试件相比, 应力会加快试件的破坏速度, 即荷载对混凝土腐蚀有促进作用。这说明了同时承受荷载和腐蚀介质的作用时, 混凝土的应力腐蚀比单纯的化学腐蚀的速度要大的多。

1.2.2 应力腐蚀对混凝土弯拉强度和弯拉应变的影响

为减少试验误差, 在评定应力腐蚀对混凝土弯拉强度和弯拉应变的影响时, 常采用各批试件中的相对变化来评定应力腐蚀效应, 即弯拉强度相对变化率αf (%) 和极限弯拉应变相对变化率βε (%) 。其定义[5]分别为如下。

式中fb, βb分别为应力腐蚀试件的弯拉强度和极限弯拉应变;

fb, 0为与应力腐蚀试验同龄期、标准养护试件的弯拉强度;

βb, 28为标准养护28d试件的极限弯拉应变。

通常经过应力腐蚀的混凝土弯拉强度和极限弯拉应变都有明显降低, 而且随腐蚀时间及荷载的增加而加剧。应力腐蚀混凝土的弯拉强度和极限弯拉应变降低主要是因为混凝土在应力腐蚀过程中引起的裂缝等结构损伤在重新受荷时进一步恶化所致。当混凝土遭受硫酸盐类腐蚀时, 它的弯拉强度却有一定提高。这是因为混凝土受硫酸盐溶液作用新生成的产物在混凝土的孔隙和裂缝中逐渐聚集和结晶, 使混凝土在初始阶段结构密实度有所提高所致。但由于遭受硫酸盐侵蚀的应力腐蚀混凝土存在内部结构的损伤和外加应力的负面效应, 混凝土在高浓度的硫酸盐溶液中的应力腐蚀更严重。当混凝土在高浓度的硫酸盐溶液中遭受应力腐蚀时, 对抗弯强度的影响大于对抗压强度的影响。因此在有应力腐蚀环境下的混凝土结构, 其安全和控制指标宜补充抗弯或抗拉强度指标。

1.3 混凝土静荷载应力腐蚀的微观结构

混凝土遭受应力腐蚀后, 微观结构受到较大的影响。常用的技术指标是孔隙率、微孔分布、氯离子渗透量等。

(1) 测定孔隙率的试样应分别从受腐蚀和受应力腐蚀试件中段的下半部 (受拉面) 钻取。尺寸一般为φ50mm40mm, 用溶剂法测定, 常用的溶剂为甲醇。在相同的腐蚀介质中, 外加应力使混凝土出现内部损伤, 从而使孔隙率增加。这说明应力因素强化了腐蚀作用。弯拉强度随孔隙率的增加而减小。

(2) 混凝土内部的微孔级配常采用小角度X衍射法测定。试样可分别取自受腐蚀和受应力腐蚀的受拉区。混凝土遭受应力腐蚀后, 改变了内部微孔结构。无害孔级减少, 有害孔级显著增加。这种变化与宏观的力学性能的降低是一致的。但混凝土遭受硫酸盐应力腐蚀后, 微孔孔径比它在酸性溶液中的应力腐蚀要小, 这也说明了硫酸盐有使应力腐蚀混凝土结构致密的一面。

(3) 氯离子渗透试验的试件一般采用与溶剂法测孔隙率相同的圆柱体。混凝土抗氯离子的渗透能力表征着混凝土的密实度。在应力腐蚀条件下氯离子在混凝土中渗透量比无应力腐蚀时大, 特别是在酸性介质中, 氯离子渗透量显著增加。这说明了在酸性介质中的应力腐蚀混凝土密实度降低, 因而弯拉强度降低。从变化的幅度看, 应力腐蚀对混凝土内部微观结构的影响比对宏观力学性能的影响更明显。

1.4 混凝土疲劳荷载应力腐蚀的力学性能

国外在混凝土疲劳荷载应力腐蚀已取得了以下研究结论[6], 国内关于这方面的研究尚未见报道。

(1) 在一定条件下, 承受疲劳荷载应力腐蚀的试件与不承受应力的试件相比, 前者的抗弯强度要显著降低。降低的程度取决于疲劳荷载加载方式、介质浓度, 介质类型以及混凝土配合比。

(2) 试件在疲劳荷载应力腐蚀作用下的抗弯强度比在静荷载应力腐蚀作用下降低的更快。

(3) 腐蚀介质越强烈, 疲劳荷载应力腐蚀效果越突出。

2 涂层防护技术

通过以上对混凝土应力腐蚀的力学性能及微观结构的分析可知, 要提高混凝土抵抗应力腐蚀的能力, 应从两方面入手。一方面要选择优质的材料确定适当的配比 (如掺入一些高分子材料等) , 以改善混凝土本身的密实性;另一方面要将混凝土同周围介质隔离开以保证混凝土不受侵蚀, 即在混凝土表层进行涂层防护。由于从目前的发展趋势来看, 涂层防护是抑制混凝土应力腐蚀的重要措施[7], 下面主要介绍涂层防护技术。

2.1 常规防护技术

在混凝土表面涂敷耐腐、抗渗、无毒、耐久的防腐材料是防腐技术中最有效、最经济、应用最普遍的技术。防腐材料的种类很多, 具体采用时要根据所处的环境特点和防腐蚀要求, 选用相应的品种。为了提高防腐效果并方便工程应用, 一般选用有机高分子涂层材料。从涂料的性质、功能及物理性质看主要有鳞片涂料和粉末涂料等。常用的品种有:水溶性环氧、纯丙烯酸、改性丙烯酸、氯丁胶、硅橡胶乳液等。试验结果见表1[7]。

由表1可看出, 在不同涂层材料中, 以纯丙烯酸和氯丁胶两种材料的防腐效果较好。实验表明, 当未经防护的混凝土已处于侵蚀崩毁的阶段时, 有涂层保护的混凝土的不仅未受到侵蚀, 其强度还在增加。

2.2 新型防护技术-喷涂聚脲弹性体技术

随着材料技术的不断发展, 一些更加有效的涂层防护技术相继问世。喷涂聚脲弹性体 (SPUA) 技术是国外近年来研制开发的一种新型环境友好型材料技术。该技术在我国研发成功后, 以其优异的防腐性能和先进的施工技术, 取得了非常好的防护效果, 引起了国内防腐界的极大关注。

SPUA材料的化学稳定性好, 能抵抗一般酸、碱、盐及盐雾等化学物质的侵蚀。而且, 该材料致密、连续、无针孔、无接缝, 有效地阻止了腐蚀介质的侵入。可在基材表面形成高化学稳定性的防腐保护涂层, 是一种高性能的防腐蚀材料。SPUA耐介质性能见表2[8]。

优异的材料性能是SPUA技术在防腐领域成功应用的软件基础, 而专业化设备则是该技术产业化应用的硬件基础。该设备系统由平稳的物料输送系统、精确的物料计量系统、均匀的物料混合系统、良好的物料雾化系统和方便的物料清洗系等四大系统组成, 保证在极短的化学反应时间内, 顺利完成所有的施工操作, 快速固化, 高效施工。

喷涂聚脲弹性体技术已在北京、广州、上海、大连和青岛的化工储罐、建筑防水、海洋工程的钢结构防腐等众多工程成功应用, 在应力腐蚀防护领域有广阔的应用前景。

3 结论

(1) 混凝土应力腐蚀的研究远远不能满足工程应用的要求。

(2) 静荷载作用下的应力腐蚀对混凝土内部微观结构的影响比对宏观力学性能的影响更大。

(3) 混凝土在疲劳荷载作用下的应力腐蚀不同于静荷载作用下的应力腐蚀。其腐蚀的机理更复杂。

(4) 纯丙烯酸和氯丁胶对应力腐蚀有一定的防护效果。喷涂聚脲弹性体 (SPUA) 技术, 为抑制混凝土应力腐蚀提供了一种新型技术。

(5) 混凝土应力腐蚀机理复杂, 需要进行长期、系统、全面的研究, 以满足工程应用的要求。

参考文献

[1]冷发光, 冯乃谦, 邢锋.混凝土应力腐蚀研究现状及问题[J].混凝土, 2000, (4) :6-10.

[2]SUNW, YANHD, M.Damage and damage resistance of high strength concrete under the action of load and freeze-thaw cycles[J].Cement and Concrete Research, 1999, 29 (9) :1519-1523.

[3]AHNW, D.Galavanostatic testing for the durability of marine concrete under fatigue loading[J].Cement and Concrete Research, 2001, (31) :343-349.

[4]张志兴, 张根亮, 冷发光.5%硫酸铵溶液中混凝土应力腐蚀试验研究[J].中国建材科技, 2002, 11 (3) :26-30.

[5]林毓梅, 冯琳.在海水中混凝土应力腐蚀试验研究[J].水利学报, 1995, (2) :40-44.

[6]金伟良, 赵羽习.混凝土结构耐久性的回顾与展望[J], 浙江大学学报:工学版, 2000, (4) :371-380.

[7]李金玉, 彭小平, 田平涛等.应力硫酸盐侵蚀的防护及在海堤工程中的应用[J].混凝土与水泥制品, 2000, (6) :3-6.

混凝土防护 第2篇

关键词：海港工程；钢筋混凝土腐蚀；原因；防护技术

我国在改革开放之后就非常重视建设港口和航道，尤其是进入二十一世纪，国家加大了资金投入和技术投入，我国海港工程取得了很大的成就。但是在建成后，经过海水的侵蚀等影响，工程各建筑钢筋混凝土腐蚀现象严重，造成严重的浪费，而且水上建筑物维修的时候存在危险，尤其是在海啸、海风等天气，所以国家和相关部门要重点研究。

一、海港工程钢筋混凝土腐蚀的表现

第一，钢筋混凝土出现断裂问题，部分脆弱位置被腐蚀，时间累积后导致断裂，还有就是全部在海水下的钢筋混凝土整体被腐蚀；第二，钢筋混凝土沿着结构的方向受到腐蚀，这样就会先裂开，然后倒塌，这主要就是表面的防腐蚀图层厚度不达标，或者图层本身防腐蚀的能力弱，而且还受到热胀冷缩的影响；第三，钢筋混凝土沿着结构的方向裂开后，缝隙会越来越宽，逐渐整体就会有坍塌、断裂的危险；第四，上面三点共同作用，海港工程整体的抗压能力就会减弱，即使表面看不出问题，但是一旦受到挤压、海风等，就会出现严重的后果[1]。

二、我国海港工程出现钢筋混凝土腐蚀的原因分析

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土共同构成的，所以出现腐蚀的原因主要有两个，即钢筋被腐蚀和混凝土被腐蚀。一方面，混凝土受到腐蚀。上文已经提到，海港工程的钢筋混凝土主要就是由钢筋和混凝土构成的，混凝土包裹着钢筋，主要就是保护钢筋不受伤害，但是现有技术水平有限，混凝土自身的缺陷无法抗击海水等非地面常见因素的腐蚀，混凝土是由沙石和水泥等混合而成的原料，从它的构成就可以了解，它存在一定的缝隙，这些缝隙以孔的形式存在，那么在受到海水侵蚀的时候，如海水中的氯元素从这些缝隙进入，使缝隙越来越大，导致混凝土受到腐蚀，相应的也就失去保护钢筋的作用；另一方面，在混凝土被侵蚀后，钢筋也会受到侵蚀，但是钢筋受腐蚀与外面混凝土的薄厚有很大的关系，外表的混凝土比较薄，那么受到海水侵蚀的时间快，主要就是受到海水各类化学元素的影响，那么里面钢筋就会受到海水的影响，而如果表面的混凝土较厚，那么这个过程就是综合各类因素影响，里面钢筋容易受到天气情况、人为污染液体排放和海水自身的三重冲击，混凝土会全部损坏，钢筋也逐渐被腐蚀，出现断裂的现象[2]。

三、关于钢筋混凝土腐蚀防护技术措施的合理思考

明确钢筋混凝土受腐蚀的原因后，采取相应的手段加以防护是工作的重要内容，在现有技术水平的基础上，国家加大投入，提高防腐蚀防护技术，而且也要提高设备的先进性，保证人员操作规范。关于钢筋混凝土防腐蚀技术的思考主要有以下三个方面：

（一）提高制作混凝土的技术。提高海港工程钢筋混凝土的防腐蚀功能，首先要注意的就是提高制作混凝土的技术。现有制作混凝土的技术只适用于路面建筑，缺少海面上腐蚀方面的研究，所以要减小混凝土的缝隙，现有的先进技术就是加入煤炭的粉末，这样可以起到填充缝隙的功能，那么在投入使用后，海水中有害元素就不能从这些缝隙进入建筑内部，大大延长它受腐蚀的时间。此外，加入煤炭的粉末还能使混凝土更有“弹性”，这样可以保护钢筋结构，而且也可以加入一些不可溶性的胶状物，达到零缝隙的效果。

（二）在钢筋混凝土中加入自动防锈物质并提高除锈设备的先进性。一方面，根据多年的事实证明，钢筋混凝土受到腐蚀是导致海港工程出现事故、影响经济效益的重要原因，所以结合国内外先进技术，在提高混凝土的性能的基础上，还要通过添加一些物质来防腐蚀，现有的主要就是硝酸钙粉末、亚硝酸钙粉末等，将它们添加到混凝土和钢筋的制作过程中，可以自动防护腐蚀，但是要先进行测试；另一方面，提高除锈设备的先进性，现阶段的除锈设备笨重，操作起来非常困难，所以要将除锈设备的体积减小，并且制作人工智能机器人进行操作，不仅提高工作效率，也减少人员伤亡[3]。

（三）在钢筋混凝土表面涂上防腐蚀的物质。除了上面两点内容外，还要注意在钢筋混凝土表面的防腐蚀操作，主要就是在表面涂上具有防腐蚀功能的物质。这个原理与地面建筑表面涂料相似，就是通过这种物质，阻止外力对涂料下面钢筋混凝土的腐蚀，也减少自然天气等的影响，如酸雨、日照、潮湿天气等。这种物质包括上文中提到的非可溶性胶，同样具有高吸附力和防渗透的功能，在钢筋混凝土表面涂上这种物质，可以填充缝隙，但是当前我国的这种物质吸附能力比较弱，在一定时间内就会脱落，所以要通过研究提高它们的吸附能力。这个过程要注意考虑环保的问题，也就是所有的原料应该符合绿色建筑的要求，生产的能耗要低，产生的废弃物要尽可能少，而且尽量使用可持续使用资源，这样可以在实现防腐蚀功能的同时，保证环境效益，而且也减少维修等产生的费用。

四、结论

总之，海港工程对我国经济增长有重要的贡献，尤其是发展贸易，所以国家和相关部门一定要重视起来，提高工程原料的防腐蚀能力。除了文中提到的内容外，国家还要提高信息化水平，加大对相关专业的投入，提高他们的教学水平，为我国海港工程做好人才储备。

参考文献：

[1]石建光，余志勇，林挺宁，李钢.沿海混凝土桥梁工程的腐蚀环境评价以及耐久性设计要求[J].混凝土，201.

[2]王铠.论水对混凝土腐蚀强度公式与混凝土工程实践——2012年《岩土工程勘察规范》全面修订的建议[J].勘察科学技术，2012.

混凝土中钢筋腐蚀原理及防护 第3篇

混凝土的耐久性已经是当前世界的重大问题，而钢筋腐蚀则是钢筋混凝土结构破坏的主要原因。到本世纪末，美国预计要花4000亿美元用于修复和重建钢筋腐蚀破坏的工程，而在我国的工程实践中，京秦线、衮石线、川黔线等，钢筋腐蚀已经给铁路造成了相当大的经济损失。譬如京九铁路唐庄特大桥则因为加冰保温车的盐水渗入道碴槽造成1800孔梁被氯盐腐蚀，而不得不更换106孔梁并加固部分桥墩。

钢筋锈蚀给建设工程质量和安全带来的巨大威胁迫使建筑界从根源上反思，在以往的工程建设中，只关心前期施工，不注重后期养护，抱着“坏了再修”的想法而不愿为建筑物结构的“全寿命”负责。针对这种落后的工程观念，美国《联邦基础设施投资原则》(第12893政府令)明确要求，投资成本要细化、量化、合理化，工程项目的投资成本包含整个使用寿命的一切费用。因此美国政府出台了“全寿命经济分析法” (LCCA) 。[1]采取措施防止钢筋腐蚀早已经不是单纯的技术问题，它直接促进了投资管理和工程设计理念的全面革新。

2 钢筋锈蚀机理

2.1 钢筋的电化学腐蚀

混凝土中钢筋锈蚀的本质是电化学腐蚀。众所周知，在金属表面进行任何一种化学腐蚀过程都必须具备4个条件：

(1) 金属表面各处之间有电位差;

(2) 组成原电池的电解质溶液的电阻较小;

(3) 在阳极区金属表面处于活化状态，能发生电离的阳极反应;

(4) 在阳极区金属表面上的电解质具有足够数量的氧化剂(通常是水和氧)，能够进行还原阴极反应。

国内外研究与实践均表明，混凝土的高碱度对于保护钢筋和保持结构物的耐久性都是极端重要的。研究表明，当pH<9.88时，钢筋表面的氧化物是不稳定的，即对钢筋没有保护作用;而当pH=9.88～11.5时，钢筋表面的氧化膜不完整，即不能完全保护钢筋免受腐蚀;只有当pH>11.5时，钢筋才能完全处于钝化状态[2]。

2.2 混凝土的中性化（碳化过程）

混凝土的碳化是指大气中的CO2与混凝土中的Ca (OH) 2起化学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3，反应方程式如下：

其中式 (1) 是CO2气体的直接中和作用，式 (2) 是CO2溶解于水中，然后起中和作用。

混凝土是将水泥、沙石和水混合搅拌，并经过一定时间凝固而形成的一种多微孔材料。在微小的孔洞中，混凝土孔溶液的pH值可高达13左右，它的高碱度能够使钢筋及其它预埋件的表面形成一层钝化膜，从而起到一定的耐腐蚀作用。但是混凝土的自然碳化会逐渐降低该溶液的碱度，使得钝化膜破坏而在阳极区生成疏松的铁氧化物。该氧化物体积可增大2.5至7倍，这也是混凝土沿筋破裂的重要原因。所以曾有正常条件下可以使用50年以上的钢筋混凝土结构，在腐蚀介质中仅能使用15年就会严重破坏。

一般情况下，CO2浓度越大，碳化速度越快，但空气湿度同碳化速度却没有绝对的线性关系。试验证明，当空气湿度在50%以下，由于不能提供阴极反应所必须的H2O，湿度跟碳化速度是正相关关系;当空气湿度大于90%，反而在混凝土表面和内部孔洞形成致密的保护水膜，阻碍了CO2和O2的进入，抑制了碳化反应;湿度在50%～80%时，最利于混凝土的中性化。

2.3 钢筋的Cl-腐蚀

当孔溶液pH值下降到一定程度，混凝土中的氯化铝酸盐会释放出Cl-，Cl-浓度增加到0.2%时，将和铝酸三钙 (3CaO.Al2O3) 反应，生成比反应物体大几倍的固相化合物，其应力足够将混凝土保护层胀裂。混凝土保护层一旦开裂，钢筋锈蚀速度会大大加快，这是因为钢筋锈蚀引起的锈胀裂缝首先开始于钢筋表面，然后才发展到混凝土表面。当混凝土表面出现裂缝，裂缝深度到达钢筋表面，大气环境中氧气、水及腐蚀介质就会通过裂缝传递到钢筋表面，加剧钢筋的腐蚀，混凝土保护层的作用将会严重减弱，这就是我们通常说的混凝土顺筋破坏。

即使混凝土碳化锋面未到钢筋表面或碳化反应一般，但来自于海水、海砂、防冰盐、外加剂中的大量Cl-穿过保护层疏松的孔洞，穿透钝化膜后比OH-, O2-等阴离子优先吸附到Fe2+，生成易溶的FeCl24H2O (绿锈) ，绿锈随即分解后生成的H+与钝化膜周围的OH-发生中和反应，造成钝化膜局部酸化，孔溶液pH值降低，而在钢筋表面随机出现大大小小的锈蚀点。化学反应式如下：

Cl-本身对钢筋和混凝土并无腐蚀作用，在上述反应中只起催化作用。因此一旦没有外界因素中断该反应，点蚀长期发展下去则会引起双重的循环反应，钢筋有效截面减小，体积明显膨胀，混凝土表面会因此发生鼓胀、开裂和剥落，致使混凝土结构顺筋破坏。

3 钢筋腐蚀的抑制

基于钢筋腐蚀对混凝土结构的巨大破坏，在工程设计阶段就必须全盘考虑混凝土结构物在施工、养护、使用过程中可能接触的有害环境和介质。

3.1 采用高性能混凝土

钢筋混凝土腐蚀的内因是钢筋的不均匀性、混凝土本身的多孔性和脆性，又存在干缩裂纹;腐蚀的外因是介质的逐渐侵入，改变了钢筋环境。这种侵入是一个长期过程。针对腐蚀的内因首先要改变对混凝土裂纹的认识，着眼于提高混凝土的致密性和耐久性，因此我国在当前的铁路客专建设中大力推行高性能混凝土，并保证合适的钢筋保护层厚度。

3.2 采用更抗腐蚀的钢筋

可以从钢筋本身采取附加防护措施，在混凝土内部限制、抵消有害离子的破坏作用。经过多年的建筑实践，环氧涂层钢筋得到了工程界的高度评价，大量使用在重要工程或重要结构中。

环氧涂层同钢筋本体粘接良好，不会降低钢筋与混凝土的握裹力;环氧树脂粉末涂层还具备以下性能：能长期经受混凝土的高碱性环境，耐化学侵蚀，及膜层的不渗透性，因此能阻止水、氧、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触，同时保证了良好的弹性和摩擦性能。虽然此类钢筋有很多优点并且在国内外工程界大量使用，但是对加工、运输、使用、养护等环节提出了更高的要求。若出现破损，开裂，局部锈蚀比未涂钢筋还快，因此使用中应给予充分注意。

优化钢筋结构的设计，避免使用环境干湿循环，混凝土表面进行潮湿养护，尽量减少裂纹，都可以减轻钢筋的腐蚀程度。

3.3 阴极保护法（CP）[3]

CP方法有两种，牺牲阳极CP和外加电流CP，其中使用最多的是牺牲阳极法。

牺牲阳极CP被认为是一种被动方法，牺牲阳极CP是基于两种金属具有不同的腐蚀电位的原理。钢筋CP中使用的牺牲阳极是锌或铝块。牺牲阳极CP的优点是无需外部电源，然而它本身会溶解和消耗，所以主要应用于已建成混凝土结构的修复及地下管道工程、船舶工程。

4 事后修复

尽管从设计阶段、施工阶段、养护阶段都可以采取各种措施抑制钢筋的锈蚀，但在建筑工程中，钢筋腐蚀是不可避免的。一旦发现混凝土腐蚀或破坏的迹象，就要及时对混凝土的破坏原因、破坏程度进行分析和评估，尽快拿出修复方案并实施，减轻国家和人民生命财产的损失，杜绝安全事故的发生。

混凝土修复的最佳时期应当在表面没有破损之前的钢筋腐蚀初期阶段进行，此时钢筋表面已经处于活化状态，可用渗透型涂层进行简单处理。但关键的是此阶段难于及时鉴定，往往是混凝土保护层鼓胀、开裂、脱落后才能发现，给修复工作带来一定的难度。

5 展望

目前国内外对钢筋的电化学腐蚀机理认识很明确，但是在工程实践中仍然存在在桥面上轻率使用防冰盐的行为。建设投资和工程设计中没有彻底践行“全寿命经济分析法”理念，距离“百年工程”的目标尚有一定差距。当前都是等混凝土保护层破坏后才能发现钢筋已经充分腐蚀，发展能在腐蚀介质未到“临界点”的无损检测和修复方法，将会成为工程界新的研究热点。

摘要：本文通过对造成混凝土中钢筋锈蚀的主要影响因素进行分析, 有针对性地提出了若干抑制钢筋锈蚀的有效措施, 以达到最大可能延长钢筋混凝土结构的使用寿命的目的。

关键词：混凝土,钢筋,腐蚀,耐久性,修复

参考文献

[1]陈树深.钢筋混凝土腐蚀修复技术研究[J].腐蚀与防护, 2005, 26 (1) , 39～41.

[2]韩清春.钢筋腐蚀与混凝土的耐久性[J].山西建筑, 2009, 35 (19) , 82～83.

混凝土防护 第4篇

在冬季进行电力工程混凝土施工时，常常会面临气温低于零摄氏度以及雨雪、霜冻等极端恶劣天气。若电力工程需要在-10~5℃之间的气温条件下进行混凝土施工，那么需要使用蓄热法控制施工温度。所谓的蓄热法指的就是将混凝土原材料进行加热，同时对混凝土进行保温，以防止因低温出现冻裂。若电力工程需要在-15~-10℃之间的气温条件下进行混凝土施工，则需要采用暖棚法控制施工温度。所谓的`暖棚法指的就是在混凝土施工场地上搭建暖棚，从而有效控制混凝土施工需要的温度和湿度。为确保电力工程混凝土施工能够到达较高质量，在温和地区其浇注温度需要控制在3℃左右，若是在高寒地区其浇注温度则需要控制在5℃左右[1]。

1.2质量控制

电力工程在冬季进行混凝土分层浇筑时，只有当前一层混凝土表面温度在1℃以上时才可进行浇筑，严禁在地面上直接浇筑混凝土。而在寒冬腊月即气温最低的时间段内，电力工程在进行混凝土施工前的72h内需要进行加热处理，譬如说使用火炉加热法用火炉将施工范围的温度控制在10℃左右；或是使用红外线加热法即利用高温电加热器、气体红外线发射器等通过密封辐射加热的方式进行温度控制，这也是确保电力工程混凝土施工实现高质量的必然要求。

2影响电力工程冬季混凝土施工的因素

2.1冻胀因素

由于长时间的低温冷冻会使得电力工程混凝土土体受到强烈的外力作用而造成变形。具体来说土体本身含有一定水分，但由于水的密度与冰的密度不同，低温情况下土体中的水分将会凝固成冰，因此与原混凝土土体积相比会迅速膨胀变大，因此直接破坏混凝土内部结构，导致其出现裂缝甚至直接断裂。

2.2施工质量

混凝土结构中钢筋的腐蚀与防护 第5篇

钢筋的腐蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素之一,造成钢筋腐蚀的主要因素有[1]:混凝土的碳化、氯化物的侵入。此外,混凝土本身的质量也是造成钢筋腐蚀的主要因素。通常,混凝土本身具有的高密实性、高电阻性和高碱性能够有效阻止腐蚀介质的侵入和腐蚀电流的流动,并在钢筋表面形成一层钝化膜,从而抑制或减缓钢筋的腐蚀[2,3],为钢筋提供很好的保护。在腐蚀环境中(如海洋和沿海地区、盐湖和盐碱地等),钢筋会发生不同程度的腐蚀,导致混凝土结构不能耐久,出现工程事故。

过去,在进行混凝土结构设计时,很少考虑钢筋腐蚀的因素,造成混凝土的优点在服务年限内不能很好的发挥。为此,简述了混凝土结构中钢筋的腐蚀机理及腐蚀过程,分析了其影响因素,在此基础上提出了一些腐蚀防护措施,希望能为延长钢筋使用寿命及增强混凝土结构耐久性提供帮助。

1 钢筋腐蚀过程及机理

1.1 钢筋腐蚀过程

混凝土结构中钢筋的腐蚀过程可分为4个阶段[1]:

(1)腐蚀孕育期t0 从浇注混凝土到混凝土碳化层深度达到钢筋表面,或从氯离子侵入开始破坏钢筋钝化层,即钢筋开始腐蚀为止。

(2)腐蚀发展期t1 从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈胀而出现破坏。

(3)腐蚀破坏期t2 从混凝土表面因钢筋锈胀开始破坏发展到混凝土严重胀裂、剥落破坏。

(4)腐蚀危害期t3 钢筋锈蚀使混凝土结构发生区域性破坏而不能安全使用。

通常,t0>t1>t2>t3。混凝土结构的服务年限与钢筋的腐蚀情况密切相关,可认为其值为t0+t1。

1.2 机理

混凝土结构中钢筋的腐蚀过程实际上是一个电化学腐蚀过程,其原理与钢铁在大气中或在水溶液及土壤电解质中发生的自然腐蚀一样,都是氧化还原反应,通过阳极反应(氧化反应)和阴极反应(还原反应)同时或分别进行的[4]。

钢筋表面存在水分时,就发生铁电离的阳极反应和溶液中氧还原的阴极反应,相互等速进行,其反应式为:

FeFe2++2e (1)

O2+2H2O+4e4OH- (2)

腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合,在钢筋表面析出Fe(OH)2,被溶解氧化后生成Fe(OH)3,其反应式为:

2Fe+O2+2H2O2Fe2++4OH-2Fe(OH)2 (3)

4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 (4)

式(4)中的产物Fe(OH)3进一步转化为nFe2O3mH2O(红锈),一部分氧化不完全的变成Fe3O4(黑锈),在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的4倍,黑锈体积可大到原来体积的2倍。铁锈体积膨胀(锈胀)对周围混凝土产生压力,使混凝土沿钢筋方向开裂形成裂缝,进而使保护层成片脱落,而裂缝的形成及保护层的剥落又会进一步导致钢筋更为剧烈的腐蚀[1,5,6]。

2 腐蚀影响因素

混凝土结构中钢筋腐蚀的影响因素可分为外因和内因。外部因素包括钢筋表面氧原子数量和混凝土湿度,相对湿度,温度,酸性气体的污染,碳化作用,氯离子的作用,杂散电流,细菌作用等。内部因素包括混凝土配比,材料杂质,制作,养护所使用的水,水灰比,水泥用量,骨料粒径和骨料级配,制作过程,保护层厚度,钢筋的成分和组织结构等[1,5]。其中,混凝土碳化和氯离子侵入是造成钢筋腐蚀的主要原因。

2.1 混凝土碳化

空气中的CO2通过混凝土空隙和混凝土中的Ca(OH)2产生中和作用(碳化),导致混凝土碱性下降。碳化是介质与混凝土相互作用的一种很广泛的形式,最典型的例子是空气中的CO2渗入,与孔隙中的Ca(OH)2反应,生成CaCO3,使pH值下降。当pH值小于11.5时,钢筋表面的钝化膜就开始变得不稳定;当pH值降到9左右时,钝化膜遭到破坏,钢筋开始腐蚀[1,4]。混凝土结构的碳化是一个缓慢的过程,其速率取决于CO2穿透混凝土的渗透速率,渗透速率在很大程度上又取决于混凝土的空隙率和渗透性。密实度好的混凝土碳化深度仅局限在表面,而密实度差的混凝土碳化深度就较大。

理论分析和试验研究表明,在大气环境下,混凝土的碳化深度与时间的关系为:

x=kt1/2 (5)

式中 x混凝土碳化深度

k 混凝土碳化系数

t 混凝土暴露时间

2.2 氯离子侵入

现场经验及研究表明,对于受氯离子污染的混凝土结构,0.026%氯离子足以破坏钢筋表面的钝化膜而引起钢筋腐蚀,腐蚀反应的最终产物为Fe(OH)3,即铁锈。

至于氯离子的由来,一方面是来自于混凝土组成材料(水泥、砂、石、外加剂);另一方面是在混凝土硬化后从其孔隙由外界渗入的[5,7,8]。当混凝土结构长期处于含氯环境时,氯离子就会通过混凝土中的气孔,随水进入混凝土的内部,最终会接触钢筋并开始积累。当氯离子达到临界浓度后,在足够的氧气和水分条件下引起腐蚀。氯离子的临界浓度与钢筋周围混凝土的碱度有关,碱度愈高,氯离子临界浓度值愈大。通常,用氯离子和氢氧根离子的浓度比值来表示氯离子临界浓度,当混凝土中的Cl-/OH-大于0.6时,钝化膜就成为可渗透性和不稳定,即使pH值仍然大于11.5,钝化膜也会被破坏。

氯离子很容易引起钢筋腐蚀,有3种理论可以解释:

(1)氧化膜理论 钢筋在碱性介质中生成氧化膜,可以保护钢筋不受侵蚀,氯离子比其他离子(如硫酸根离子)更容易通过膜的缺陷或孔隙穿透氧化膜,引起锈蚀。

(2)吸附理论 氯离子吸附于钢筋表面,促进金属离子的水化,因而使金属更容易溶解。

(3)过渡配位物理论 氯离子生成氯化铁,氯化铁自阳极扩散,从而破坏 Fe(OH)2保护层,使腐蚀继续进行。

3 腐蚀防护措施

混凝土结构中钢筋的腐蚀防护措施归纳起来分为2大类[2,5,7,8]:(1)基本措施(内部措施),主要是提高混凝土及其钢筋自身的防护能力,如采用高性能混凝土和特种钢筋(如不锈钢钢筋);(2)附加措施(外部措施),主要包括混凝土外涂层、特制钢筋、钢筋缓蚀剂及阴极保护。2大措施各有特点与利弊,提高混凝土自身对钢筋的保护能力,是最根本的防护原则。

3.1 混凝土外涂层

(1)水泥砂浆层

对于很轻微的腐蚀环境,在混凝土表面涂抹5~20 mm厚的普通水泥砂浆层,能减缓混凝土的碳化作用,这是最简单、经济的方法。为了提高砂浆的密实性和黏结力,将一些聚合物以乳液形式注入水泥砂浆中,制成聚合物改性水泥砂浆,这对钢筋的保护更强,可用于各种盐类(氯盐、硫酸盐)的腐蚀环境中,如工业建筑、盐碱地建筑、海洋工程等,现已大量用于已有建筑物的修复工程。

(2)渗透性涂层

大致可分为沥青、煤焦油类,油漆类,树脂类。渗透性涂层在混凝土表面涂覆后,可与混凝土组分起化学作用并堵塞孔隙或自行聚合形成连续性憎水膜。渗透性涂层材料可深入混凝土内部3~5 mm,形成一个特殊的防护层,能有效地阻止外界环境中腐蚀介质进入混凝土中,从而保护钢筋免受腐蚀。

(3)隔离性涂层

在特别强烈的腐蚀环境中(如化工厂)可设置隔离性涂层,如玻璃鳞片覆层、玻璃钢隔离层、橡胶衬里层等。

3.2 钢筋外涂层

目前,镀锌钢筋、包铜钢筋已很少使用,合金钢钢筋(耐蚀钢筋)得到一定发展,特别是环氧涂层钢筋,被认为是钢筋防腐蚀的有效措施之一。环氧粉末的独特性能与静电喷涂工艺技术的发展,能保证涂层与基体钢筋的良好黏结,抗拉、抗弯(短半径180 °弯曲仍不出现裂缝),这些是其他涂层难以达到的。环氧树脂粉末涂层还具有极强的耐化学侵蚀的性能,并且涂层具有不渗透性,因而能阻止腐蚀介质如水、氧、氯气等化学成分与钢筋接触,有效地保护钢筋,使其抗氧气腐蚀寿命至少延长50 a。环氧树脂粉末涂层还能长期经受混凝土的高碱性环境而不被破坏。然而,环氧涂层钢筋的主要问题集中在钢筋表面涂层的完整性上。如果涂层不完整,有孔洞、龟裂等缺陷,在腐蚀环境下,钢筋就会被腐蚀。因此,环氧涂层钢筋的关键问题,是在生产和使用过程中如何消除涂层质量缺陷。

3.3 钢筋缓蚀剂

钢筋缓蚀剂(阻锈剂)通过抑制混凝土与钢筋界面孔溶液中发生的阳极或阴极电化学腐蚀反应来保护钢筋。通常,缓蚀剂直接参与界面化学反应,使钢筋表面形成氧化物的钝化膜,或者吸附在钢筋表面形成阻凝层,或者2种机理兼而有之。早期使用的钢筋缓蚀剂主要有苯甲酸钠、重铬酸钾、硅酸钠、氨水、二环己胺亚硝酸盐和各种亚硝酸盐等。对比研究表明,亚硝酸钠的缓蚀效果比其他无机盐要好,但可能会引起“碱集料反应”,而对混凝土性能有不利影响,又因对人体有致癌作用,现已很少使用。亚硝酸钙具有缓蚀效率高,对混凝土无劣化作用且价格低廉等优点,但应注意其毒性及孔蚀危险。新型、高效、低毒的环境友好型缓蚀剂将成为未来缓蚀剂的发展趋势。

3.4 阴极保护

阴极保护是保护钢筋的有效措施之一。采用外加电流或牺牲阳极的阴极保护方法,给钢筋提供较高的负电压,使钢筋的电位处于负极(阴极),钢筋的电位降低到阳极开路电压之下,从而可有效地保护混凝土结构中的钢筋。另外,在电场作用下,带负电的氯离子可向阳极(混凝土表面)迁移,等于从钢筋表面除掉氯离子,这对钢筋的腐蚀防护十分有利。

4 结 语

混凝土结构中的钢筋腐蚀是混凝土耐久性研究中的一个难点。在处理混凝土结构中的钢筋腐蚀问题时,必须从具体情况出发,根据工程特点、环境条件、使用功能、结构设计、构件制作以及施工技术和管理等方面,全面分析引起钢筋腐蚀的各种外部和内部因素及它们之间的主次关系,采取有效、经济的防护措施,从根本上消除钢筋腐蚀对混凝土结构带来的危害。所以,处理钢筋腐蚀问题需要着眼于整体,要以保证结构耐久性为最终目的。

目前,国内外正致力于混凝土结构中钢筋的腐蚀防护的微观研究,以期增强其紧密度,减少内部微缺陷,但仍难使多孔性材料的混凝土完全密实,也无法彻底解决施工中产生的裂纹,故附加措施在设计中是十分重要且必不可少的。在腐蚀较重的环境里,仅依赖于混凝土自身的性能不足以实现对钢筋的耐久保护,基本措施与附加措施的相互搭配、有机结合才是最佳方案。

参考文献

[1]林龙镔,吕李青.钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀问题初探[J].西部探矿工程,2005(11):215～216,218.

[2]郭育霞,贡金鑫.盐水条件下不同混凝土中钢筋的快速腐蚀行为的研究[J].腐蚀科学与防护技术,2007,19(3):218～220.

[3]鲁照玲.酸性气氛下钢筋混凝土结构腐蚀行为及其机理[J].中国腐蚀与防护学报,2007,27(2):119～123.

[4]范颖芳,胡志强,张英姿.受腐蚀钢筋混凝土材料力学性能研究现状[J].四川建筑科学研究,2007,33(2):59～64.

[5]阮广雄,刘国荣.钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的治理[J].四川建筑,2006,26(1):83～86.

[6]耿欧,李果,袁迎曙.电化学检测技术在混凝土内钢筋腐蚀研究中的应用现状与展望[J].混凝土,2005(2):20～23.

[7]刘二喜,刘峥.有机缓蚀剂在钢筋混凝土腐蚀与防护领域的研究现状及发展趋势[J].腐蚀与防护,2007,28(8):407～410.

浅谈混凝土冬季施工的防护措施 第6篇

1.1 温度与砼强度的关系

混凝土捣拌浇灌后之所以能逐渐凝结和有高的温度, 是由本身水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土组合材料和配合比有关外, 主要是随着温度的高低而变化。当温度升高时, 水化作用加快, 强度增长也快;而当温度降至0℃时, 存在于混凝土中的游离水有一部分开始结冰, 逐渐由液相变为固相, 这时水泥水化作用基本停止, 强度也不再上升。温度继续下降, 当混凝土中的水全部结成冰, 由液相变为固相时, 体积膨胀约9%, 同时产生大约20k N/m的侧压力。这个应力值一般大于混凝土浇筑后内部形成的初期强度值, 致使混凝土受到程度不同的早期破坏而降低强度。此外当水结成冰后会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌, 这种冰凌会减弱水泥浆与骨料同钢筋的粘结力, 也会影响混凝土的抗压强度。当气温回升冰融化后又会在混凝土内部留下众多的空隙和孔洞, 降低混凝土的密实性和耐久性。

1.2 砼应预防早期冻害

由此可知, 在冬季混凝土施工中, 水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行的大量研究结果表明, 新浇混凝土在冻结前有一段预养期, 可以增加其内部液相, 减少固相, 加速水泥的水化作用。研究还表明, 混凝土受冻前预养期愈长, 强度损失愈小。混凝土化冻后 (即处在正常温度条件下) 继续养护, 其强度还会增长, 不过增长的幅度大小不一。对于预养期长, 获得初期强度较高的混凝土受冻后, 后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短, 获得初期强度比较低的混凝土受冻后, 后期强度都有不同程度的损失。当混凝土在受冻前只有1h的养护期, 强度损失会超过50%;在受冻前得到6h的养护期, 强度损失不超过20%。由此可见, 混凝土冻结前, 要使其在正常温度下有一段预养期, 以加速水泥的水化作用, 使混凝土获得不遭受冻害的最低强度, 一般称临界强度。对于临界强度, 各国规定取值不等, 我国规定为不低于设计标号的30%, 也不得低于3.50MPa, 因而应预防砼早期冻害。

2 混凝土冬季施工方法及措施

从以上浅析认识到, 在冬季混凝土施上中, 一般要解决和处理好以下几个问题:一是如何确定混凝土最短最佳的养护龄期;二是如何防止混凝土早期受冻;三是如何使冻后混凝土的后期强度能达到设计的需要。在实际施工中, 在根据施工现场气温变化、工程结构部位和数量、工期要求期限、水泥品种、外加剂、保温材料性能和现场条件、供热来源等情况, 采取合适的施工方法和组织措施。一般情况下, 同样一个工程可以有多种方法和措施来保证工期和质量, 但最佳方案必须满足工期短、造价低且质量有保证。目前, 基本上采用以下五种方法:

2.1 调整配合比法

主要适用于在0℃左右的混凝土施工。具体做法:a.选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明, 应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大, 且在早期放出强度最高, 一般3d抗压强度大约相当于普通硅水泥7d的强度, 效果较明显。b.尽量降低水灰比, 稍增水泥用量, 从而增加水化热量, 缩短达到临界强度的时间。c.掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下, 加入引气剂后生成的气泡, 相应增加了水泥浆的体积, 提高拌和物的流动性, 改善其粘聚性及保水性, 缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力, 提高混凝土的抗冻性。d.掺加早强外加剂, 缩短混凝土的凝结时间, 提高早期强度。应用较普遍的有硫酸钠和MS-F复合早强试水剂。e.选择颗粒硬度高和缝隙少的集料, 使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。

2.2 采用蓄热法

主要用于气温-10℃左右, 结构比较厚大的工程。做法是:对原材料 (水、砂、石) 进行加热, 使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后, 还储备有相当的热量, 以使水泥水化放热较快, 并加强对混凝土的保温, 以保证在温度降到0℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单, 施工费用不多, 但要注意内部保温, 避免角部与外露表面受冻, 且要延长养护龄期。

2.3 外加热法

适用于气温在-15℃以下环境施工, 且构件并不厚大的工程。通过加热施工现场周围的空气, 保持混凝土的环境温度, 或者直接对构件加热, 使混凝土处在正温下正常硬化。使用热源有火炉、蒸气、暖棚、电及红外线等工艺。

2.3.1 火炉加热。

一般在较小的工地使用, 方法简单, 但室内温度不高, 比较干燥, 且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化, 影响质量。

2.3.2 蒸气加热。

用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制, 加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备, 费用较高。且热损失较大, 劳动条件亦不理想。

2.3.3 电加热。

将钢筋作为电极, 或将电热器贴在混凝土表面, 使电能变为热能, 以提高混凝土的温度。此法简单方便, 热损失较少, 易控制, 不足之处是电能消耗量大。

2.3.4 红外线加热。

以高温电加热器或气体红外线发生器, 对混凝土进行密封幅射加热。

2.4 防冻法

目前生产的防冻剂可应用在-10℃及其以下气温中施工。它是采用降低冰点, 使混凝上中的水在负温下仍处于液相状态, 使水化作用能继续进行, 从而改善孔结构, 达到强度增长不受影响的目的。防冻法分为早强、负温防冻和结构法等, 常用防冻剂是亚硝酸钠, 它不但可以降低冰点, 而且是极好的防锈剂, 费用低, 大小工地皆可使用。

2.5 综合法

是同时采用任意的两种以上保温及防冻措施进行施工。应根据结构类型等特点, 施工队伍素质和当地能源状况来确定方案。

3 结论

上述几种冬季施工方法都有利有弊, 其适用范围都受一定条件的制约。应根据工地现有条件, 采用一种或两种以上施工方法结合使用。

参考文献

[1]GB50119-2003混凝土外加剂应用技术规范[S].

混凝土防护 第7篇

关键词：沥青混凝土路面,裂缝,防治措施

0引言

目前公路交通量的日益增大, 公路路面面临着严峻的考验, 很多公路沥青路面出现一定的破坏, 最常见的一项早期破坏就是路面的纵、横向裂缝。沥青混凝土路面产生的各种裂缝, 对路面的连续性和平整性产生了破坏, 也容易造成水份侵入路基, 影响公路的使用寿命。沥青混凝土路面的裂缝维修和保养, 长期以来一直是公路建设和养护部门解决的主要问题。因此, 对沥青混凝土路面产生裂缝的预防与处理, 是保证行车质量, 延长公路使用周期的关键。

1沥青混凝土路面裂缝类型

1.1荷载疲劳裂缝:公路在行车荷载的反复作用下, 半刚性基层底部产生拉应力, 当拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度时, 半刚性基层的底部就会很快开裂, 进而影响到沥青面层。

1.2非荷载型裂缝:主要是路面基层温缩、干缩引起的裂缝。通过横向裂缝、纵向裂缝、网裂和基层反射裂缝等形式表现出来。这种类型的裂缝是由于施工工艺不当或用了不合格的材料产生的。

1.2.1低温裂缝:当气温大幅度下降时, 沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时沥青混合料的应力松弛比不上温度应力的增长。混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受约束的, 面层产生的收缩拉应力一旦超过沥青混合料的抗拉强度或极限拉应变, 沥青面层就会开裂。

1.2.2温度疲劳裂缝:这种裂缝主要发生在日温差较大的地区, 由于温度反复升降导致沥青面层温度疲劳, 使沥青混合料的极限拉伸应力变小。加上沥青的老化使沥青劲度增高, 应力松弛性能降低, 最终达到极限抗拉强度, 使路面产生开裂。

1.2.3发射裂缝:寒冷地区在结合得好的沥青面层下, 开裂的半刚性基层的水平位移, 使得直接在裂缝上的面层内产生的拉应力或拉应变。由于在较低温度下沥青面层通常较硬, 它能产生小的拉应力或拉应变。因此容易被拉裂。

1.2.4设计施工原因引起的裂缝: (1) 新建公路中由于碾压工艺不合理或违规施工, 出现填土压实或两侧密实度不均匀, 使路基产生不均匀沉陷形成裂缝。 (2) 改建公路中, 新路与老路相接处没有进行处理或处理不符合技术规范要求, 造成路基不均匀的沉陷导致纵向裂缝。 (3) 路基被雨水长期浸泡或填料含水量偏大, 在冻胀作用下产生裂缝。 (4) 沥青混合料摊铺时由于接缝处理不当造成路面早期渗水或压实度达不到要求, 在行车作用下形成裂缝。 (5) 沥青混合料摊铺时由于施工配合比不合理或混合料离析造成路面渗水, 在长时间行车状态下, 形成龟裂。

2裂缝产生的主要因素有以下几种:

2.1沥青性能差, 低温抗变形能力过低。没有达到本地区施工气候要求或者没有达到相关技术标准。沥青混合料质量差, 拌合时间过长, 拌合温度过高或在储料仓中储存时间过长, 沥青本身老化, 导致混合料离析严重, 抗变形能力降低。

2.2半刚性基层由于水泥剂量、施工质量等综合因素产生的路面收缩裂缝。

2.3施工接缝处理不当, 接缝不紧密, 造成不同部位结合不良, 产生裂缝。

2.4桥梁、涵洞等结构物回填部位没有按照要求进行施工, 或处理不当产生不均匀沉降, 导致路面裂缝产生。

2.5路基边坡坡度小于设计值, 路基边坡压实度不足产生滑坡。路基填筑使用了不合格的材料, 路基吸水膨胀引起路面开裂。

2.6河塘回填路段或软基处理路段, 软基处理不当或没有按设计图纸规定进行填土预压, 导致路基整体稳定性较差, 形成侧向位移或纵向裂缝。

3沥青混泥土路面裂缝的处理方法

3.1施工时间的选择:基层裂缝发射行成的裂缝, 一般较深而且不规则, 因此施工时间的选择是关系到裂缝处理成败的关键, 经过长期实践, 裂缝处理时间最好选择在34月份, 此时裂缝的宽度基本处于较大状态, 外露现象明显, 比较容易进行处理。

3.2主要材料的选择:

3.2.1沥青:结合本地区的气候条件选用符合要求的沥青种类, 减少温缩引起裂缝。

3.2.2填充材料:采用筛过的0.5厘米的细碎石、石屑、细砂。

3.3不同情况裂缝的处理方法:

3.3.1缝宽在6毫米以内的基层反射裂缝, 先将裂缝缝隙清干净, 并用压缩空气吹去尘土后, 采用乳化沥青灌缝, 撒料法封堵。

3.3.2缝宽在6毫米以上的裂缝, 先将缝隙清干净, 吹去尘土。将筛好的石屑、细砂或细碎石与沥青按一定比例拌合均匀, 将拌合好的料填入缝隙中, 并夯实, 比原路面高0.5厘米, 最后在上面撒上干净的石屑, 即可开发交通。

3.3.3在高温季节可采用喷洒沥青撒料压入法进行处理或者进行小面积的封层。在低温、潮湿季节宜采用阳离子乳化沥青封层。

3.3.4因土基、路面基层的病害或强度不足引起的裂缝, 首先要处理土基, 然后再修复面层。

3.3.5因路龄较长产生大面积的裂缝, 可用稀浆封层或采用铺设土工布后, 在其上加铺沥青混合料上封层的方法。

4沥青混凝土路面防治措施

4.1设计方面:从目前的设计规范来看, 在车辆荷载等级换算方面可能有较大的偏差, 特别是考虑特大车辆荷载对路基路面所产生的影响, 采用新的、规范的配合比设计方法, 停止实用Ⅱ型及B型抗滑表层级配, 推广采用S型矿料级配。

4.2施工质量方面:合理的工期是修筑高质量的基础, 而科学施工则是高质量的保证。材料的选配, 特别是集料场应固定, 选择1-2家能保证施工进度的厂家供料使材料级配始终处于受控状态, 不能偏离级配中线太远。从施工机具来讲, 拌合能力摊铺机碾压机具必须配套, 摊铺机应选择两台前后错开同时施工, 尽量避免采用全断面摊铺机, 注意路面纵向接缝的成型及碾压工艺。

4.3路面维护:只有长期保持良好的路面实用性能, 公路建设的巨额投资才能充分发后其投资效益。要做好预防性养护, 它是一种周期性的强制保养措施, 虽然需要投入一些费用, 但它是一种效益比非常良好的养护措施。

5结束语

氯离子对混凝土结构的侵蚀及其防护 第8篇

因氯化物侵蚀引起的钢筋混凝土构筑物破坏而造成重大损失的现象很普遍。在通常情况下,水泥石中Ca(OH)2和其他的碱性水化产物形成的高碱度,使钢筋表面形成1层由Fe2O3组成的保护性氧化膜,从而使钢筋免受腐蚀。当钢筋表面钝化膜因混凝土保护层被碳化或者氯离子侵入而遭破坏时,钢筋开始锈蚀。氯离子侵蚀引起的钢筋局部腐蚀的危害很大,如何采取有效措施避免氯离子对钢筋的侵蚀,是一个值得关注的问题。

1 氯离子对钢筋锈蚀的机理

1.1 氯离子的侵入

氯离子进入混凝土中通常有两种途径,一是混入,如掺用含Cl-离子的外加剂、使用海砂、施工用水含Cl-离子、在含盐环境中拌制、浇注混凝土等;二是渗入,环境中的氯离子通过混凝土的宏观或微观缺陷渗入到混凝土中,并到达钢筋表面。混入现象大多是由于施工管理的问题;而渗入现象则是综合技术的问题,与混凝土材料的多孔性、密实性、工程质量、钢筋表面混凝土层厚度等多种因素有关。

1.2 破坏钝化膜

水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生1层致密的钝化膜,该钝化膜由铁的氧化物构成,它对钢筋有很强的保护能力,但该钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。当pH<11.5时,钝化膜就开始变得不稳定;当pH<9.88时,该钝化膜生成困难或已经存在的钝化膜逐渐破坏。Cl-离子是极强的去钝化剂,Cl-离子进入混凝土中到达钢筋表面,吸附于局部钝化膜处时,使该处的pH值迅速降低,可使钢筋表面pH值降低到4以下,从而破坏钢筋表面的钝化膜。

1.3 形成腐蚀电池

如果在大面积的钢筋表面上具有高浓度的氯化物,则氯化物所引起的腐蚀可能是均匀腐蚀,但在不均质的混凝土中,常见的是局部腐蚀。Cl-离子对钢筋表面钝化膜的破坏发生在局部,这些部位露出了铁基体,与尚完好的钝化膜区域形成电位差(作为电解质,混凝土内一般有水或潮气存在)。铁基体作为阳极而受腐蚀,大面积的钝化膜区域则作为阴极。腐蚀电池作用的结果是,在钢筋表面产生坑蚀,由于大阴极(钝化膜区域)对应于小阳极(铁基体),因而蚀坑发展十分迅速。

1.4 去极化作用

Cl-离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池,而且会加速电池的作用。Cl-离子与阳极反应产物Fe2+结合形成FeCl2,使阳极反应过程得以顺利进行甚至加速进行。通常把使阳极过程受阴称作阳极极化作用,而将加速阳极极化作用称作去极化作用,Cl-离子发挥的是阳极去极化作用。

在有Cl-离子存在的混凝土中,在钢筋的锈蚀产物中是很难找到FeCl2的,这是因为FeCl2是可溶物,在向混凝土内扩散时遇到OH-离子就会生成Fe(OH)2沉淀,再进一步氧化为铁的氧化物,即通常所说的铁锈。由此可见,Cl-离子在钢筋锈蚀中起着介质的作用,其本身并不被消耗,凡是进入混凝土中的Cl-离子,会周而复始地起到破坏作用,这也是Cl-离子危害的特征之一。

1.5 钢筋发生腐蚀的条件

通常,钢筋腐蚀的可能性随着混凝土中氯化物含量的增加而增大,但不是混凝土中只要含有氯化物钢筋就一定会发生腐蚀。在钢筋混凝土体系中,只有当氯离子浓度达到临界值,且具备其他必要条件(水和氧)时,钢筋表面才会去钝化而发生腐蚀。

2 防止氯离子侵蚀混凝土中钢筋的措施

为防止氯离子侵蚀钢筋混凝土可采取两类措施,一类为基本措施,另一类为补充措施。前者旨在提高混凝土的性能,以增强对钢筋的防护功能,后者主要指在环境侵蚀作用下,当采取基本措施难以对钢筋实施有效保护时而增加的其他防护措施。

2.1 控制原材料中氯化物的含量

除按照施工的质量要求选择合适的原材料外,严格控制材料中的氯化物含量和避免氯化物污染,是确保混凝土中Cl-离子不超标的前提条件。

混凝土的原材料主要有水泥、水、砂、石子和外加剂等,对因特殊需要而在生产过程中引入氯化物的水泥要严格控制氯含量,并对其使用范围有所限制。饮用水、天然的洁净淡水及河砂一般含氯盐量很少,可直接用于拌制混凝土;钢筋混凝土工程不允许使用海水;对海砂应检验其氯盐含量,符合标准的规定方能使用,而且最好同时采取防止钢筋腐蚀的措施(如掺加钢筋阻锈剂);混凝土中掺用的外加剂要符合标准的规定,对于预应力混凝土结构,严禁使用含氯化物的外加剂。

2.2 提高混凝土对钢筋的防护性能

在正常情况下,正确设计和施工的优质钢筋混凝土结构,具有长期抵制环境介质侵蚀的功能。因此,最大限度地提高混凝土本身的低渗透性和保持对钢筋的防护性能,是预防混凝土中钢筋腐蚀最有效的措施,也是最根本的方法。

提高混凝土对钢筋防护性能的主要方法有:在设计、施工中采取护筋措施;适当增加混凝土保护层厚度;改善混凝土结构,如选择优质原材料、引入外加剂,按规范的要求进行施工;使用新型混凝土等。

2.3 混凝土表面处理

硬化后的混凝土总是存在着孔隙,这给环境中的水、二氧化碳和氯离子等介质的侵蚀提供了通道。因此,通过对混凝土表面进行处理,提高混凝土层的抗渗性,也是保护钢筋的一项有效措施。混凝土表面处理方法主要有:混凝土的脱水处理、镶面板和表面涂覆。脱水处理是在混凝土刚浇捣成型后,用真空脱水模板对混凝土表层进行真空脱水,以排走混凝土中多余的水分和空气,使混凝土表层更为密实,提高抗氯化物等介质渗透的能力。在混凝土表面涂覆涂料作为抵制侵蚀性介质渗入混凝土的第一道防线,是一种经济、简便和有效的方法。表面涂覆一般可分为浸入型和隔离型,前者是通过将涂料吸入到混凝土表层,降低混凝土的吸水性;后者则是在混凝土表面成膜,形成隔离层。但由于涂料的耐久性不佳,其对钢筋混凝土结构往往只能提供暂时性保护。

2.4 采用耐腐蚀钢筋

在钢筋表面施加覆盖层已广泛应用于钢筋的防腐蚀,钢筋表面覆盖层有金属与非金属两种形式。

金属覆盖层大体上可分为钝化膜型(如铬基镀层)和牺牲型(如镀锌层)两种。前一种镀层在钢筋服役、生产、运输和施工等过程中,如果局部受到破坏将使基体金属相对于阴极钝化膜作为阳极而发生局部腐蚀;而后一种则是作为牺牲阳极对基体金属起防护作用,即使镀层发生局部破坏,钢筋仍可受到保护。目前,镀锌钢筋已获得了较广泛的应用。

非金属覆盖层主要是有机涂层,包括环氧涂层、聚氯乙烯、聚丙烯和聚氨酯等,其中以环氧涂层最为常用。环氧涂层钢筋是在抛光净化的钢筋表面热喷涂1层致密、坚韧的膜。涂层可以极大地提高钢筋的防腐蚀性能,有效地抵制侵蚀性介质,适合于含氯离子的环境。但有研究表明,环氧涂层会使钢筋与混凝土的附着强度减少15 %～25 %,而且在使用中对环氧涂层钢筋的质量要求高,使其应用受到了一定的限制。

2.5 应用钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂通过影响钢筋与电介质之间的电化学反应,可以有效地阻止钢筋腐蚀的发生。因为阻锈剂的作用可以自发地在钢筋表面上形成,只要有致钝环境,即使钝化膜被破坏也可以自行再生,自动维持。在拌制混凝土时掺加阻锈剂,是防止钢筋腐蚀的一种经济而有效的方法。

亚硝酸盐是近20年来大规模应用的钢筋阻锈剂,特别是亚硝酸钙对抑制钢筋腐蚀很有效,现在常作为复合阻锈剂的重要组分。

近年来,有机阻锈剂已发展成为抑制混凝土中钢筋腐蚀的有效方法,其主要是胺与酯组成的水基有机外加剂。

3 结语

氯离子的侵蚀是引起混凝土中钢筋腐蚀的主要原因。氯离子是极强的去钝化剂,在一定的条件下,当其浓度达到临界值,钢筋就会去钝化而腐蚀。为了防止钢筋腐蚀,首先应提高混凝土的护筋性,同时必须采取一些措施来抑制氯离子的侵蚀。采用钢筋阻锈剂和电化学阴极保护,是较为经济和有效的保护钢筋的方法。

参考文献

[1]洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[2]GB 50209—95,建筑地面工程施工及验收规范[S].

混凝土防护 第9篇

关键词：桥梁,混凝土结构,腐蚀,监测技术

沿海桥梁混凝土结构将遭受远比内陆更为严峻的自然环境考验,如海风、海雾、海浪、海水等腐蚀作用,桥梁混凝土中钢筋可能发生腐蚀,将会大大降低了桥梁结构的使用寿命。如2000年5月20日美国North Carolina某高速公路桥由于钢筋腐蚀疲劳破坏而发生倒塌。因此,对沿海公路桥梁来说,研究和制定科学合理、经济的混凝土结构防腐蚀技术措施,并进行混凝土结构腐蚀监测和评估,保证桥梁结构使用寿命的要求,具有十分重要的意义。

1 国内外研究现状分析

1.1 混凝土防腐蚀措施

海工耐久混凝土是指采用常规原材料、常规工艺、掺加矿物掺合料及化学外加剂、经配合比优化而制作的,在海洋环境中具有耐久性及良好工作性能的结构混凝土。20世纪90年代中期交通部四航局科研所即开展了大掺量粉煤灰高性能混凝土研究、抗盐污染高性能混凝土配制成套技术研究,研究成果突破了传统使用活性掺合料掺量的规定,配制的高性能混凝土抗氯离子渗透性和使用寿命可成倍增长。该技术被国内许多海港工程使用,已成为港口工程、跨海桥梁、铁路工程等交通土木工程领域的新技术,推动了海工混凝土耐久性设计的进程。然而,由于海工混凝土所处环境的复杂性,影响耐久性参数众多,因此各个具体工程建设时必须对耐久性参数进行调整。目前还未建立一个公认的同时考虑混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的配合比设计方法。

为了阻止或减少海洋环境中氯离子对混凝土结构的侵蚀作用,国内外从20世纪开始对海工混凝土腐蚀防护附加措施开展了大量研究。在混凝土表面涂层方面,开发了浸入型和隔离性涂层技术,20世纪末在欧美已应用于撒除冰盐的混凝土桥梁结构。英国谢菲尔德大学与日本海港研究所于1993年研制了一种高弹性的丙烯酸橡胶涂层,特别适合于湿热的海洋浪溅区。我国四航局科研所、上海建科院和南京水科院等单位已开发出憎水型硅烷浸渍涂层和可在潮湿表面施涂固化的隔离性涂层技术,并应用于大型海港工程。如杭州湾跨海大桥承台以上部分混凝土结构均使用了表面涂层。20世纪70年代开始,美国联邦公路管理局对钢筋阻锈剂进行了大量研究,在美国、加拿大、日本和中东等,阻锈剂应用已有20余年历史。使用检查表明,这些结构的阻锈剂含量仍保持不变,即使混凝土中氯化物的含量较高,钢筋仍保持钝态。我国1970年起,湛江港浪溅区暴露试验也表明,掺阻锈剂的钢筋混凝土试件,长期阻锈效果好。我国杭州湾跨海大桥承台、墩身混凝土使用了阻锈剂。但是,阻锈剂使用时会降低混凝土强度,另外阻锈剂与其他外加剂的相容性需专门研究。阴极保护原理早在钢筋混凝土成为常用建筑材料之前的1824年即已确立,但应用于海港工程始于20世纪50年代。1995年美国佛罗里达采用预埋锌合金阳极方式,成功地保护了处于潮湿的跨海桥墩和桩帽的潮差段钢筋。1998年日本采用膨润土加水调成导电腻子回填于锌合金板和混凝土表面之间的间隙中,确保回路长期低电阻,使海港码头浪溅区混凝土梁板钢筋受到充分的阴极保护。我国杭州湾跨海大桥主墩承台、塔座及下塔柱采用欧洲标准设计了外加电流阴极保护。但是只有采用均布于整个被保护表面的阳极系统,才能成功的实施阴极保护,另外该系统成本较高。

综上所述,尽管目前有海工耐久混凝土技术、混凝土表面防护技术、阻锈剂技术、钢筋涂层技术、阴极保护技术等,但由于海洋环境的复杂性,混凝土耐久性很难通过单一措施保证,而必须根据具体的环境条件和设计条件,考虑技术和经济两方面采取综合耐久性措施以保证整体耐久性达到设计要求。

1.2 桥梁混凝土结构腐蚀监测技术

目前海工混凝土结构耐久性检测参数主要是氯离子扩散系数、氯离子含量及钢筋腐蚀状况。关于氯离子扩散系数的检测方法主要有自然扩散法、RCM方法及NEL方法等。然而自然扩散法试验时间太长,一般需要几十天至几个月,19世纪80年代美欧采用该方法(AASHTOT259及NT-build443)。90年代瑞典华人L.Tang教授提出氯离子电迁移快速试验方法(RCM),并研制RCM测定仪。该方法已纳入我国GB/T 50476-2008混凝土结构耐久性设计规范。但上述方法都有一个共同的特点,即需要取样在实验室操作,无法在现场对既有结构进行检测。针对这一问题,英国Belfast女王大学开发研制了PERMIT离子迁移仪,可在实验室及现场对混凝土抗氯离子侵入的能力进行检测。检测结果可提供混凝土的电阻率、最大电流及现场氯离子扩散系数。关于混凝土中氯离子含量测定主要采用硝酸盐滴定方法,该方法需现场取样。最近,中交四航工程研究院研制出了埋入混凝土内可以检测混凝土中氯离子浓度的传感器和新型TTS多元传感器。初步研究成果表明,Nernst电极电位线性响应好、灵敏度高、参比电极抗干扰能力强。通过封装和排布研究,新型TTS使传感器可以进行与混凝土深度相关的的氯离子浓度、混凝土电阻和钢筋腐蚀电流等电化学测试,但是该传感器在混凝土中的长期稳定性有待于进一步研究。关于混凝土中钢筋锈蚀状态检测,传统方法应用存在较大局限性。钻孔取样法虽然检测钢筋锈蚀程度较准确,但会破坏结构的整体性。鉴于电化学测试技术(半电池电位法、线性极化法、恒电量法)虽然很早就引入钢筋锈蚀检测,如半电池电位法已纳入我国规范,但是电化学方法易受外界因素影响,检测工作量大,对难以到达的结构表面还无法检测。20世纪80年代,德国亚琛工业大学首先发明了梯形阳极混凝土结构预埋式耐久性无损检测系统,主要以建立钢筋脱钝前锋面发展进程的数学模型。但该系统仍需模拟实际环境,利用实验室测试数据建立钢筋锈蚀中电学参数和输出光功率变化的脱钝判据。另外,该预埋系统价格昂贵,每只传感器价格达1 000欧元。目前国内外学者开展了光纤传感和无线传感等技术用于钢筋锈蚀智能监测研究,并在少数海港工程中应用,但目前未能在实际工程中推广应用。

1.3 海工混凝土结构寿命预测方法

混凝土结构寿命预测是一个世界性课题,已引起国际上学者的高度重视,开展了大量研究工作并取得了许多阶段性成果。国际上有代表性的混凝土结构寿命计算模型有欧洲Duracrete模型、美国Life-365模型和日本土木学会模型,都是基于Fick扩散定律。如欧洲的Duracrete项目提出的耐久性设计和寿命预测方法,是分别以碳化和氯离子引起钢筋锈蚀为主,这个项目建立了一套相对完整的耐久性设计新体系和相应的服役寿命预测方法。但其中不足在于该寿命预测方法主要是基于实验室的模拟试验得出的,与工程实际情况有差异。东南大学等结合润扬长江公路大桥、苏通大桥和泰州大桥等重点工程在混凝土耐久性评价和寿命预测方面开展了大量研究,提出了荷载与环境因素耦合作用的混凝土耐久性评价与寿命预测方法。中交四院工程研究院以海洋工程长期暴露实验和实体工程调查成果对耐久性劣化模型参数进行修正,首次建立了与我国典型海工混凝土结构相适应的寿命预测模型。采用对数年前暴露试验“室内复原”的方法,建立了海工混凝土耐久性质量控制指标与设计使用年限之间的定量关系,实现了海工混凝土结构寿命预测的突破。但是一些耐久性关键参数还暂时停留在理论和凭经验判断的技术水平上。另外目前与使用寿命密切相关的氯离子在力学与环境共同作用下在混凝土中传输机理还不是很明确。因此与耐久性直接相关的新建工程使用寿命仍无法准确预测。

2 研究展望