鋼筋混凝土耐久性劣化模式及對(duì)策分析

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摘要：鋼筋混凝土耐久性問(wèn)題是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)話題，主要集中在腐蝕機(jī)理、評(píng)價(jià)手段、防腐方法等幾個(gè)方面。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外關(guān)于混凝土耐久性設(shè)計(jì)資料，分析了混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)狀以及環(huán)境特點(diǎn)，提出根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部位不同、腐蝕機(jī)理不同的特點(diǎn)，應(yīng)用基于耐久性劣化模式的防腐蝕措施。

關(guān)鍵詞：耐久性；劣化模式；防腐蝕措施

混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕問(wèn)題屬于耐久性問(wèn)題的范疇，通常是指環(huán)境中某些物質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行侵蝕，促使結(jié)構(gòu)功能劣化的過(guò)程。對(duì)于水泥混凝土結(jié)構(gòu)物來(lái)說(shuō)，環(huán)境中的氧、氯鹽、硫酸鹽、鎂鹽，以及酸類(lèi)物質(zhì)都是腐蝕性物質(zhì)，但是腐蝕方式互不相同，最終的腐蝕表現(xiàn)形式也互不一樣。

一、影響混凝土耐久性的劣化模式

溶解氧腐蝕模式

1、碳化過(guò)程

通常情況下水泥混凝土具有保護(hù)鋼筋不被腐蝕的能力，因?yàn)橛不乃嗷炷潦歉邏A性物質(zhì)，PH值＞11.5，在這種環(huán)境下，鋼筋表面存在一層穩(wěn)定而致密的鈍化膜。鈍化膜對(duì)腐蝕性的介質(zhì)具有有效的隔離作用，能使鋼筋得到有效的保護(hù)。但是當(dāng)外界因素使混凝土的PH值＜11.5時(shí)，鈍化膜就開(kāi)始不穩(wěn)定，當(dāng)PH值小于9.88時(shí)，鈍化膜生成困難或已經(jīng)生成的鈍化膜開(kāi)始逐漸破壞即“脫鈍”，致使鐵基體裸露，從而逐漸失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。

碳化的過(guò)程就是空氣中CO2溶解于水中后進(jìn)入混凝土內(nèi)部，消耗水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2生成碳酸鈣的過(guò)程。由于Ca(OH)2的持續(xù)消耗，混凝土的PH值持續(xù)下降，到了一定的程度將引起鋼筋的脫鈍。

碳化的速度取決于混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層的厚度、混凝土的抗?jié)B性、混凝土的含氣量、空氣濕度、二氧化碳濃度等多種因素。一般情況下，碳化的深度和時(shí)間的平方根成正比，當(dāng)環(huán)境的濕度為50%左右時(shí)混凝土的炭化速度最快，混凝土自身的抗?jié)B透性對(duì)炭化速度具有決定性的影響。

2、鋼筋表面的電池反應(yīng)過(guò)程

通常情況下，鋼筋表面的電位是不均勻的，沿鋼筋長(zhǎng)度方向具有電勢(shì)差。當(dāng)保護(hù)層被完全碳化后，空氣中的氧通過(guò)溶解滲透作用達(dá)到鋼筋的鐵基體表面將形成電化學(xué)作用，誘發(fā)鋼筋銹蝕，造成破壞。這種破壞模式的反應(yīng)式如下：

上式中氧化生成物Fe(OH)2的體積為原被腐蝕鐵基體體積的兩倍以上，生成后將對(duì)周?chē)炷列纬珊艽蟮呐蛎浟?，即通常所說(shuō)的鋼筋銹脹作用。鋼筋銹蝕通常從局部點(diǎn)蝕開(kāi)始，數(shù)量逐步增多并擴(kuò)展，最終形成大片鋼筋銹蝕，鋼筋保護(hù)層剝落。通常情況下當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度處于70～80%時(shí)最利于電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。

由于氯鹽作用引起的鋼筋銹蝕破壞模式

氯鹽對(duì)鋼筋的腐蝕作用在原理上和溶解氧腐蝕有共同之處，都由鋼筋脫鈍和電化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程構(gòu)成，但在作用的細(xì)節(jié)上卻存在較大差異，主要表現(xiàn)為：1、Cl-加速了局部鋼筋鈍化膜的破壞速度；2、由于Cl-的參與加速了電池反應(yīng)的速度。正是由于以上作用特點(diǎn)，在有Cl-存在的情況下，鋼筋銹蝕的速度大大加快了，并且發(fā)生了更為不利的點(diǎn)蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重削弱了鋼筋的承載力和延性。所以氯鹽腐蝕作用一旦發(fā)生，其危害程度遠(yuǎn)超過(guò)溶解氧引起的鋼筋銹蝕作用。

Fe+O2+O2H→Ｆe2

由于Cl-離子來(lái)源廣泛，以及其對(duì)鋼筋造成的銹蝕影響的嚴(yán)重性，被工程界公認(rèn)為導(dǎo)致混凝土破壞頻率最高的因素。

硫酸鹽腐蝕引起的混凝土破壞模式

硫酸鹽腐蝕混凝土的過(guò)程比較復(fù)雜，但總體上看，主要由硫酸鹽和Ca(OH)2反應(yīng)生成石膏的過(guò)程以及石膏和水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣生成的過(guò)程兩部分構(gòu)成，其中又包含了許多次生的過(guò)程。

混凝土發(fā)生硫酸鹽腐蝕破壞表現(xiàn)的特征為表面發(fā)白，損害從棱角處開(kāi)始，隨后裂縫開(kāi)展并造成混凝土表面剝落，最終使混凝土成為一種易碎，甚至松散的狀態(tài)。硫酸鹽腐蝕的速度隨其溶液的濃度增大而加快。如果混凝土處于干濕循環(huán)的狀態(tài)，將有利于生成物的溶出和反應(yīng)物的滲入，配合以干縮濕脹的作用，將加劇硫酸鹽腐蝕。

凍融和鹽凍作用破壞模式

凍融破壞型式是受潮混凝土在負(fù)溫條件下，由于水分結(jié)冰--融化反復(fù)作用造成的混凝土的破壞型式。混凝土受凍破壞的原理是水分結(jié)冰膨脹和相伴的由于水分遷移形成的滲透壓作用。當(dāng)水分中含有鹽份時(shí)，這種破壞作用會(huì)顯著加劇。

鹽凍作用是指在負(fù)溫條件下鹽水對(duì)混凝土的凍融破壞作用。通常情況下，氯鹽對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是通過(guò)腐蝕混凝土中的鋼筋形成的，但鹽凍作用是氯鹽對(duì)混凝土本體形成的腐蝕作用。

堿骨料反應(yīng)破壞模式

堿骨料反應(yīng)是混凝土原材料攜帶的可熔性堿在有水的作用下和骨料中含有的堿活性物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)。這種反應(yīng)會(huì)在骨料界面，有時(shí)也可能在裂隙內(nèi)，生成可吸水腫脹的凝膠或體積膨脹的晶體，使混凝土發(fā)生膨脹開(kāi)裂。

一般把堿骨料反應(yīng)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是堿-硅酸反應(yīng)，是指堿和骨料中的活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅凝膠，吸水腫脹導(dǎo)致混凝土膨脹或開(kāi)裂。另一類(lèi)是堿-碳酸鹽反應(yīng)，是指堿與骨料中的微晶白云石反應(yīng)生成水鎂石和方解石晶體，使骨料膨脹，進(jìn)而使混凝土膨脹開(kāi)裂。

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