【摘 要】 氯離子(Cl-)是影響砼結構耐久性的根本原因,本文對Cl-進入砼中的破壞機理及預防控制措施提出心分析探討。
【關鍵詞】 鹽漬土;氯離子(Cl-);鋼筋的銹蝕;耐久性措施
鹽漬土和海水一樣含的氯離子(Cl-)是影響砼結構耐久性的根本原因。砼中鋼筋銹蝕可由兩種因素誘發(fā),一是鹽漬土及海水中Cl-侵蝕,二是大氣中的CO2使砼產生中性化。國內外大量工程調查和科學研究結果表明,鹽漬土和海水環(huán)境下導致砼結構中鋼筋銹蝕破壞的主要因素是Cl-進入砼中,并在鋼筋表面聚集,導致鋼筋產生電化學腐蝕。鹽漬土和海水通常含有約3%的鹽,其中主要成分是氯離子。以Cl-計的含量約為19000 mg/L左右。
1氯離子對鋼筋的銹蝕
Cl-進入砼中通常有兩種途徑:一是“混入”,如施工時摻用含氯離子成分的外加劑、施工用水含氯離子、在含鹽環(huán)境中拌制和澆筑砼等;其二是“滲入”,環(huán)境中的氯離子通過砼的宏觀、微觀缺陷滲入到砼中,并通過長期滲透到達鋼筋表面。“混入”現(xiàn)象大都是施工管理的問題;而“滲入”現(xiàn)象則是砼表面裂縫等技術問題,與砼材料的多孔性、密實性、工程質量以及鋼筋表面砼保護層厚度,使用現(xiàn)場環(huán)境等多種因素相關。
1.1破壞鋼筋表面鈍化膜,水泥水化的高堿性使砼內鋼筋表面產生一層致密的鈍化膜。鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的,當pH11.5時,膜層就開始不穩(wěn)定;當pH9.88時該鈍化膜生成困難,或將已經生存的鈍化膜逐漸破壞。Cl-是極強的去鈍化劑,Cl-進入砼到達鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時,可使鋼筋表面pH值降低到4以下,從而破壞鋼筋表面的鈍化膜,使鋼筋表面逐漸產生腐蝕。
1.2鋼筋表面逐漸形成腐蝕電池,如果在大面積的鋼筋表面上形成高濃度氯化物,則氯化物所引起的腐蝕可能是均勻性腐蝕,但是在不均質的砼中,常見的是局部坑狀腐蝕。腐蝕電池作用的結果是,在鋼筋表面產生蝕坑,由于大陰極對應于小陰極,蝕坑發(fā)展迅速很快。
1.3加速了去極化作用,Cl-不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池,而且加速了電池的作用。砼中Cl-的存在強化了離子通道,降低了陰陽極之間的歐姆電阻,提高了腐蝕電池的效率,從而加速了電化學腐蝕過程,使鋼筋承載力大幅度下降。
2提高砼耐久性的技術措施
2.1結構采用高性能混凝土?,F(xiàn)今高性能砼以耐久性作為首要指標,就鹽漬土及海水工程而言,側重于高性能、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性、強度等。目前,國內外在鹽漬土工程采用高性能砼的研究與應用極其重視。如荷蘭,對已使用3~63年的64座海工結構(其中90%的結構采用磨細礦渣砼)調查發(fā)現(xiàn),結構基本完好,氯離子擴散系數(shù)僅為普通砼的1/10~1/15。典型事例為東謝爾德?lián)醭遍l工程,其設計使用壽命是250年,80年不維修,其基本防腐措施就是采用水膠比為0.4的大摻量(65% )磨細礦渣混凝土。在英、美、加、日和中東等國家和地區(qū),也都有類似的成功工程應用實例。國內外有關實驗研究和工程實踐證明,養(yǎng)護對高性能砼的質量和耐久性十分重要。常溫下養(yǎng)護不夠,對高性能砼的質量與耐久性的影響程度有時甚至高于普通砼。因此,及時、充分的濕養(yǎng)護是使其獲得高強度、低孔隙率和高抗氯離子擴散能力所必不可少的。
2.2鋼筋要經阻銹劑處理。鹽漬土及海水砼中鋼筋的腐蝕,其實也是一種電化學腐蝕,其陰、陽極反應都在鋼筋與電解質界面上發(fā)生。若能阻止其中任何一種界面反應,就能抑制腐蝕。使用阻銹劑時,首先應控制開裂程度,尤其是對梁類構件的受彎拉區(qū)域。因此,宜采用高性能砼來控制裂縫的產生與發(fā)展,再用鋼筋阻銹劑抑制腐蝕,最后用具有一定彈性的涂層封閉涂裝,以起到協(xié)同保護作用。這樣鋼筋阻銹劑起到"拾遺補缺"的作用,有效地阻止鋼筋腐蝕發(fā)生,從而延長鋼筋砼的使用耐久壽命。
2.3涂料涂刷結構表面層保護。海洋工程鋼筋砼中實施涂料涂裝保護是一種經濟實用的防腐蝕技術措施。但涂裝質量的控制十分關鍵,一旦局部存在各種缺陷與針孔被氯離子突破,則在一定范圍內涂層的封閉保護作用將會喪失。因此,實施涂料涂裝的鋼筋混凝土構件,首先必須進行控裂設計,至少達到構件在不同工況條件下受拉彎區(qū)裂縫的縫寬基本不變,以確保涂層保護的效果。完好的砼保護涂層具有阻擋腐蝕性介質與砼表面的接觸特點,從而延長砼和鋼筋混凝土的使用壽命。同時對鋼筋進行涂層處理,由于海水環(huán)境中的氯鹽對不受凍地區(qū)的素砼是無害的,腐蝕破壞是通過對鋼筋砼結構中鋼筋的腐蝕銹脹實現(xiàn)的。因此,若將鋼筋表面預先施加一層不腐蝕或耐腐蝕的涂層來阻擋或隔離氯離子的侵蝕,是最為直接的技術措施。環(huán)氧涂層鋼筋是在嚴格控制的鋼廠流水線上涂覆的,可以保證涂層高質量。
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