淺析混凝土防腐技術(shù)

2012-08-28 00:00

  混凝土是現(xiàn)代緊重要的建筑材料之一,廣泛用于大壩、橋梁、地板、貯槽和建筑等。堅硬的混凝土本身也耐腐蝕的材料,經(jīng)常用于鋼結(jié)構(gòu)的保護,但是混凝土也有反應性,比如說在酸性環(huán)境中,所以它的表面也需要涂料的保護。

  混凝土是由硅酸鹽水泥、填充骨料、水和助劑等混合后經(jīng)水合澆注而成。水泥的基本化學組成為3CaOSiO2和β-2CaOSiO2,以及少量的3CaOAl2O3、4CaOAl2O3Fe2O3或者是一些鐵相的固體溶液MgO、CaO以及其痕量化合物。除了加入骨料增強其耐磨性,還使用鋼筋骨架來增加混凝土構(gòu)件的強度,這種混凝土叫作鋼筋混凝土。

  混凝土的固化通常經(jīng)過28天后可以達到最初的物理性能,國外有時候采用蒸汽來加速水合反應,混凝土構(gòu)件的固化通常只要幾個小時就可以完成。

  混凝土涂層需具備防護和裝飾兩方面功能。由于暴露於日曬、雨淋、大氣污染等的長期作用下,鋼筋混凝土的腐蝕如果不引起重視和采取措施,就會帶來嚴重后果。

  引起混凝土內(nèi)加強鋼筋腐蝕最為主要的原因是混凝土的碳化和氯化物的滲透量。

  1.混凝土的碳化

  鋼筋混凝土的發(fā)明與發(fā)展的主要因素之一是水泥漿具有保護鋼筋免受腐蝕的能力。鋼筋混凝土中水泥的水化產(chǎn)物——氫氧化鈣是一種高堿性物質(zhì),pH值在12.5以上,混凝土中鋼筋與該溶液接觸,表面會形成氧化亞鐵面膜,它可以鈍化鋼筋,阻止氧接觸鋼筋,對鋼筋起到保護作用。這種鈍化作用在堿性環(huán)境中是很穩(wěn)定的。當水份通過孔洞形態(tài)的混凝土,在里面形成氫氧化鈣。氫氧化鈣是一個堿性環(huán)境,由于外來的酸性氣體,如二氧化碳滲入混凝土與氫氧化鈣發(fā)生化學反應,變成碳酸鈣,整個反應稱為碳化作用。CO2+H2O+Ca(OH)→CaCO3+2H2O

  混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕

  當大量的碳酸鈣形成時,混凝土內(nèi)部堿性環(huán)境受到破壞,達到一定程度時,如pH在9以下時,鈍態(tài)鐵的保護層就失去作用,混凝土內(nèi)的鋼筋因為沒有受到堿性環(huán)境的保護而產(chǎn)生銹蝕。

  混凝土的碳化因素很多,例如,水泥本身的質(zhì)量,施工時水分及水泥比例,固化時間及環(huán)境等等。而多孔的混凝土比一般混凝土碳化速度快,有時甚至快十倍,此外施工也是一個十分重要的問題,例如水泥層外層與鋼筋之間的距離(水泥壁)過小等。

  2.氯化物的滲透

  混凝土施工時往往會加入一些含有氯化物的預混合料,例如污染的水源,砂石等等。混凝土固化后,在大氣環(huán)境中的氯化物污染是難以避免。

  為了防止冰雪對車輛行駛造成的事故危害,二十世紀50~60年代,以美國為主的西方國家開始大量使用防冰鹽,當時對“鹽害”認識不足,70~80年代,防冰鹽所帶來的腐蝕破壞大量表現(xiàn)出來,美國56.7萬座高速公路橋已有半數(shù)以上遭腐蝕和需要修復,至少已有50座橋出現(xiàn)了應力腐蝕斷裂現(xiàn)象,為修復道路、橋梁等,美國已花費上千億美元。至本世紀末還需花費400億美元,因修復和不安全等帶來的間接損失就難以預計了。

  英國為修復因防冰鹽腐蝕破壞的橋梁,已花費62億英磅,德國每年花費4億馬克,北歐、加拿大等國,均有受“鹽害”的損失記錄。據(jù)國外調(diào)查表明,凡使用防冰鹽的橋梁,15年左右表現(xiàn)出腐蝕破壞(北京西直六橋也如此),柏林市一座500m長混凝土,60年始建,1969年出現(xiàn)腐蝕破壞并開始修復,1977年推倒重建,經(jīng)濟損失和社會影響巨大。

  氯離子是一種穿透力極強的腐蝕介質(zhì),當接觸到鋼鐵表面,便迅速破壞鋼鐵表面的鈍化層,即使在強堿性環(huán)境中,氯離子Cl-引起的點銹腐蝕依然會發(fā)生,同時由于不論是氣態(tài)還是液態(tài)的水往往會滲透到混凝土里面,而這種水并非純水,而是含有一些雜質(zhì)的電解液,電化學作用導致銹蝕加快進行。當氯離子滲透到達鋼筋表面,氯離子濃度較高的局部保護膜破壞,成為活化態(tài)。在氧和水充足的條件下,活化的鋼筋表面形成一個小陽極,未活化的鋼筋表面成為陰極,結(jié)果陽極金屬鐵溶解,形成腐蝕坑,一般稱這種腐蝕為點腐蝕。這個過程主要有下列反應:

  Fe2++2Cl-+2H2OFe(OH)2+2HCl

  4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(鐵銹)

  Fe(OH)3若繼續(xù)失水就形成水化氧化物FeOH(即為紅銹),一部分氧化不完全的變成Fe3O4(即為黑銹),在鋼筋表面形成銹層。由于鐵銹層呈多孔狀,即使銹層較厚,其阻擋進一步腐蝕的效果也不大,因而腐蝕將不斷向內(nèi)部發(fā)展。

  國際上還沒有一致公認的引起混凝土中鋼筋腐蝕的氯化物界限值,當結(jié)構(gòu)處于干濕交替狀態(tài)下或常年濕度大于80%時,通常認為在氯化物含量與混凝土的重量比達到0.2%以上時,就比較危險。


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