摘要:腐蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、可靠性的至關(guān)重要的因素。為深入了解混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕,本文從影響混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性介質(zhì),混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機理,混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕預防措施,并結(jié)合電力工程中混凝土防腐措施的施工要點進行了闡述。為了保證防腐蝕工程的質(zhì)量,在設(shè)計中應根據(jù)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)、濃度和作用條件,結(jié)合工程部位的重要性等因素,正確選擇防腐蝕材料和構(gòu)造;在施工中應嚴格執(zhí)行科學的制度,精心施工,確保建筑工程質(zhì)量,提高建筑物使用壽命,執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵字:混凝土結(jié)構(gòu) 腐蝕腐蝕性介質(zhì) 腐蝕機理 預防措施 施工要點 工程實例
建筑(ARCHITECTURE),巨大的工藝品。它組成我們賴以生存的不可缺少的空間,建筑也以其優(yōu)美造型給我們帶來愉悅。隨著社會的不斷進步,隨著對環(huán)境資源的重視,人們對建筑質(zhì)量有更高的要求,也越來越重視建筑工程中的腐蝕現(xiàn)象。由于多種因素,在建筑工程中,腐蝕無所不在。腐蝕給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失,腐蝕給我們生存的建筑空間帶來不確定的安全隱患。
所謂腐蝕,是材料與其環(huán)境間的物理化學作用引起材料本身性質(zhì)的變化。
腐蝕反應的場所,首先是材料和腐蝕性介質(zhì)之間相界面處。在一個腐蝕系統(tǒng)中,對材料行為起決定作用的是化學成分、結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)。腐蝕過程中如伴有機械應力的作用,將加速腐蝕而出現(xiàn)一系列特殊的腐蝕現(xiàn)象。但單純的機械負荷(如拉應力、摩擦、磨損、疲勞等)造成的材料損傷,則不屬于腐蝕范疇。
由于電力工程的特點,電力工程建設(shè)中存在著大量的腐蝕行為。如何通過設(shè)計選材適當、保證施工質(zhì)量,減輕腐蝕給電力工程帶來的負面影響,應成為電力工程技術(shù)人員探索的課題。對電力土建專業(yè)來說,確保建筑物的耐久性,尤其是保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,防止或減少混凝土結(jié)構(gòu)中腐蝕出現(xiàn),應該成為我們探索的目標。
一、影響混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性介質(zhì)
為了確定建筑物不同部位的防護措施,將腐蝕性介質(zhì)按其形態(tài)并結(jié)合不同的作用部位分為5種:氣態(tài)介質(zhì)、腐蝕性水、酸堿鹽溶液、固態(tài)介質(zhì)和污染土。各種介質(zhì)對不同材料的腐蝕程度,可按介質(zhì)類別、環(huán)境相對濕度和作用條件等因素分為強腐蝕性、中等腐蝕性、弱腐蝕性和無腐蝕性共四個等級。
1.氣態(tài)介質(zhì)包括腐蝕性氣體和以液體為分散相的氣溶膠(酸霧、堿霧等),其作用的部位主要是室內(nèi)外上部建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)配件。
2.腐蝕性水系指在工業(yè)生產(chǎn)過程中受到各種介質(zhì)污染的工業(yè)水(生產(chǎn)水和廢水)或地下水,介質(zhì)在腐蝕性水中的含量較低。腐蝕性水作用的部位主要是地基、基礎(chǔ)、污水池、地面和墻面等。
3.酸堿鹽溶液:含有不同濃度介質(zhì)的酸堿鹽液體(包括完全潮解或溶解的腐蝕性固體),其作用的部位主要是地面、水溝、墻面、設(shè)備基礎(chǔ)的地上部位、儲槽和污水池等。
4.固態(tài)介質(zhì)包括腐蝕性堿、鹽的顆粒、粉塵和以固體為分散相的氣溶膠,主要作用于地面、墻面和有上部建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)配件。
5.污染土系指建筑場地由于生產(chǎn)或自然環(huán)境等綜合因素造成地基土的污染,主要作用于地下水部位的地下混凝土構(gòu)筑物。
二、混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機理
1、素混凝土結(jié)構(gòu)
素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的主要因素為堿-集料的反應(混凝土中堿含量超標,暴露在水或潮濕環(huán)境使用時,其中的堿與堿活性集料間發(fā)生反應,引起膨脹)。
2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料是混凝土與鋼筋的復合體,它的腐蝕形態(tài)可分為兩種:一是由混凝土的耐久性不足,其本身被破壞,同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導致整個結(jié)構(gòu)的破壞;二是混凝土本身并未腐蝕,但由于外部介質(zhì)的作用,導致混凝土本身化學性質(zhì)的改變或引入了能激發(fā)鋼筋腐蝕的離子,從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失,引起鋼筋的銹蝕。從化學成分來看,鋼筋的銹蝕物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等,其體積比原金屬體積增大2~4倍。由于鐵銹膨脹,對混凝土保護層產(chǎn)生巨大的輻射壓力,其數(shù)值可達30MPa(大于混凝土的抗拉極限強度)使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫(俗稱順筋裂縫)。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質(zhì)滲入鋼筋的通道,加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比裸露情況快,等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度,混凝土保護層則開始剝落,最終使構(gòu)件喪失承載能力。
在通常情況下,混凝土空隙中充滿了由于水泥水解時產(chǎn)生的氫氧化鈣飽和溶液,其堿度很高,pH值在12以上。鋼筋在高堿度的環(huán)境中,表面沉積一層致密的氫氧化鐵薄膜,而轉(zhuǎn)入鈍化狀態(tài),即使有空氣和水分進入,也不可能導致鋼筋的腐蝕。當混凝土受到外部因素作用而使混凝土的液相堿度降低時,鋼筋由鈍化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為活性狀態(tài),此時若有空氣和水分進入,鋼筋便開始生銹。造成混凝土液相堿度降低的原因,一般說來是由于酸性氣體與混凝土中氫氧化鈣作用的結(jié)果。酸性氣體沿著混凝土中的空隙或裂縫,從外部逐漸向內(nèi)部滲透,與混凝土空隙中的氫氧化鈣溶液產(chǎn)生中和反應,大大降低了混凝土空隙中氫氧化鈣的濃度??諝庵械亩趸紝儆谒嵝詺怏w,它與混凝土中氫氧化鈣作用(俗稱碳化作用),其反應式如下:
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
生成的碳酸鈣為微溶的化合物,其飽和溶液pH值為9,遠遠小于鋼筋保持鈍化狀態(tài)所要求大于11.5的數(shù)值。其它酸性氣體如SO2、H2S、HCl、NOx也可以與混凝土中氫氧化鈣作用(稱為混凝土的中性作用),但它們對鋼筋的腐蝕,除了使鋼筋成活化狀態(tài)外,還與它們中性化后生成的鹽類的性質(zhì)、種類有關(guān)。