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海工鋼筋混凝土的腐蝕保護(hù)

更新時(shí)間:2016-01-19      瀏覽次數(shù):2527

由于長(zhǎng)期處于海水、海風(fēng)等環(huán)境中,海工鋼筋混凝土通常會(huì)遭到腐蝕并破壞,且維修很難甚至有時(shí)無法維修。因此,海工混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期防腐是迫切需要解決的問題。這對(duì)海洋資源的開發(fā)、海工構(gòu)筑物的建設(shè)、*現(xiàn)代化等都有重要意義。

1 海洋腐蝕環(huán)境

海水中鹽分總量大約在3%,且富含Cl-、Mg2+、SO42-,這些離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的腐蝕作用。同一海工混凝土構(gòu)筑物的不同部位,由于暴露條件的不同,造成的破壞程度也有輕重之分??梢?,由于浪濺區(qū)和潮差區(qū)處于干濕交替的環(huán)境中,供氧充分,海工混凝土腐蝕和鋼筋銹蝕特別嚴(yán)重。

2 腐蝕機(jī)理

導(dǎo)致海水中混凝土腐蝕的因素主要分為5類,即鋼筋銹蝕、凍害、化學(xué)腐蝕、結(jié)晶壓力及海洋微生物作用等。

2.1 鋼筋銹蝕

    Cl-是造成鋼筋銹蝕的主要原因,而海洋環(huán)境又富含Cl-。Housmen等人的試驗(yàn)研究結(jié)果表明,在混凝土的液相中,當(dāng)濃度比值為Cl-/OH->0.61時(shí),鋼筋開始銹蝕,并以此作為“臨界值”。

    水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜。Cl-是*的去鈍化劑,Cl-吸附于局部鈍化膜處,使該處的pH值迅速降低,從而破壞鋼筋表面鈍化膜。鐵基體作為陽極受到腐蝕,大面積鈍化膜區(qū)域作為陰極。由于是大陰極對(duì)應(yīng)小陽極,腐蝕速度很快。鋼筋銹蝕體積膨脹,可超過原體積的6倍,是混凝土開裂的主要原因。

2.2 凍害

    在寒冷氣候中,海水通常不會(huì)結(jié)冰,每日兩次潮汐作用使得潮差區(qū)和浪濺區(qū)受到兩次凍融循環(huán)?;炷恋目?jié)B性是對(duì)抗凍性有很大影響的控制因素。Mehta指出,混凝土破壞原因,按重要性遞減順序排列是:鋼筋銹蝕、凍害、物理化學(xué)作用??梢妰龊σ彩鞘够炷疗茐牡闹匾蛩?。

2.3 化學(xué)腐蝕

    海洋環(huán)境對(duì)混凝土的化學(xué)腐蝕因素很多,概括起來可分為:Cl-侵蝕、碳化作用、鎂鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕及堿—骨料反應(yīng)。Cl-侵蝕前面已經(jīng)介紹了,下面介紹后三種因素。

2.3.1 碳化作用

    混凝土的碳化過程是指工程所處環(huán)境中的二氧化碳?xì)怏w,通過混凝土內(nèi)部孔隙進(jìn)入混凝土中,與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成CaCO3和水的過程。

    混凝土碳化以后,pH值急劇下降,破壞了鋼筋的鈍化膜賴以生存的環(huán)境?;炷猎诤K刑蓟⒉粐?yán)重,但在浪濺區(qū)則不同,這是由于水下C02含量不充分的緣故。

2.3.2 鎂鹽及硫酸鹽侵蝕

    由于海水滲入,海水中的鎂鹽、硫酸鹽和水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)生成:

    (1)Mg(OH)2。一種白色松軟的不定形物質(zhì),會(huì)使水泥漿體的結(jié)構(gòu)遭到破壞;

    (2)鈣礬石(3CaO•Al203•3CaS04•32H20)。一種針狀結(jié)晶體,其體積比鋁酸鈣大,一旦生成可在混凝土內(nèi)引起很大的內(nèi)應(yīng)力,致使混凝土膨脹和開裂;

    (3)硅酸鎂水化物(4MgO•SiO2•8H2O)。對(duì)硅酸鈣水化物的取代反應(yīng)使混凝土強(qiáng)度下降并變脆;

    (4)氯化鈣和石膏??扇苡谒斐苫炷恋慕鲈黾?,繼而強(qiáng)度和質(zhì)量損失增加。

2.3.3 堿—骨料反應(yīng)

    堿—骨料反應(yīng)是混凝土中某些活性礦物集料與混凝土孔隙中的堿性溶液之間發(fā)生的反應(yīng)。*的三個(gè)條件是:活性礦物集料(活性二氧化硅、白云質(zhì)類石灰?guī)r或粘土質(zhì)頁巖等)、堿性溶液(KOH、NaOH)和水。溫度、濕度和含鹽量對(duì)其有促進(jìn)作用。在海洋中,尤其是熱帶海洋中的混凝土構(gòu)筑物,堿一骨料反應(yīng)不能忽視。

2.4 鹽類結(jié)晶壓力

    在多孔結(jié)構(gòu)的混凝土中,過飽和溶液中鹽類的結(jié)晶壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力可達(dá)到足以使混凝土開裂和脫落。海水在混凝土中可因毛細(xì)作用而上行,蒸發(fā)區(qū)段一般在水平面以上(0.3~0.5)m。水平構(gòu)件表面存在的凹凸不平,也會(huì)生成鹽類結(jié)晶。因此,應(yīng)該充分重視混凝土的表面平整。

2.5 其它因素

2.5.1 氣候條件

    高溫使腐蝕速度加快,能大大縮短鋼筋脫鈍的時(shí)間。南方沿海氣溫常年較高,有助于腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。北方地區(qū)溫差變化大,冬季氣溫正負(fù)變化,混凝土孔隙內(nèi)水反復(fù)發(fā)生凍融循環(huán)。

2.5.2 微生物腐蝕

    硫桿菌能將硫、硫化硫酸鹽、亞硫酸鹽等氧化成硫酸鹽,終轉(zhuǎn)化成對(duì)混凝土有強(qiáng)腐蝕性的硫酸;硫酸鹽還原菌能將硫酸鹽還原為強(qiáng)腐蝕性硫化氫,但高pH值、高密實(shí)度及不易滲透的混凝土對(duì)其是免疫的。

    另外,流水、波浪侵襲力的磨損與沖刷,加強(qiáng)了腐蝕介質(zhì)的滲透力量;對(duì)于海港碼頭等構(gòu)筑物又常會(huì)受到船舶沖擊;荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)給腐蝕破壞創(chuàng)造了方便的條件。

 
   
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