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鹽漬土環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性控制

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  【摘 要】 氯離子(Cl-)是影響砼結(jié)構(gòu)耐久性的根本原因,本文對(duì)Cl-進(jìn)入砼中的破壞機(jī)理及預(yù)防控制措施提出心分析探討。
  【關(guān)鍵詞】 鹽漬土;氯離子(Cl-);鋼筋的銹蝕;耐久性措施
 02
   Durability control of concrete structures under saline environment
  【Abstract】 The chloride ion (Cl-) is the durability of the root causes of the concrete structure, this paper Cl-into concrete in the fail-
  ure mechanism and prevention and control measures put forward analysis of the heart.
  【Key words】 Durability; Chloride ion (Cl-); Environment
  
  鹽漬土和海水一樣含的氯離子(Cl-)是影響砼結(jié)構(gòu)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(chǎn)生中性化。國(guó)內(nèi)外大量工程調(diào)查和科學(xué)研究結(jié)果表明,鹽漬土和海水環(huán)境下導(dǎo)致砼結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕破壞的主要因素是Cl-進(jìn)入砼中,并在鋼筋表面聚集,導(dǎo)致鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)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(jì)的含量約為19000 mg/L左右。
  1氯離子對(duì)鋼筋的銹蝕
  Cl-進(jìn)入砼中通常有兩種途徑:一是“混入”,如施工時(shí)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(zhǎng)期滲透到達(dá)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(shù)問題,與砼材料的多孔性、密實(shí)性、工程質(zhì)量以及鋼筋表面砼保護(hù)層厚度,使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等多種因素相關(guān)。
  1.1破壞鋼筋表面鈍化膜,水泥水化的高堿性使砼內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)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(dāng)pH<11.5時(shí),膜層就開始不穩(wěn)定;當(dāng)pH<9.88時(shí)該鈍化膜生成困難,或?qū)⒁呀?jīng)生存的鈍化膜逐漸破壞。Cl-是極強(qiáng)的去鈍化劑,Cl-進(jìn)入砼到達(dá)鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時(shí),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(chǎn)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(zhì)的砼中,常見的是局部坑狀腐蝕。腐蝕電池作用的結(jié)果是,在鋼筋表面產(chǎn)生蝕坑,由于大陰極對(duì)應(yīng)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(qiáng)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(xué)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(shù)措施
  2.1結(jié)構(gòu)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(biāo),就鹽漬土及海水工程而言,側(cè)重于高性能、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性、強(qiáng)度等。目前,國(guó)內(nèi)外在鹽漬土工程采用高性能砼的研究與應(yīng)用極其重視。如荷蘭,對(duì)已使用3~63年的64座海工結(jié)構(gòu)(其中90%的結(jié)構(gòu)采用磨細(xì)礦渣砼)調(diào)查發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)基本完好,氯離子擴(kuò)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(shè)計(jì)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(xì)礦渣混凝土。在英、美、加、日和中東等國(guó)家和地區(qū),也都有類似的成功工程應(yīng)用實(shí)例。國(guó)內(nèi)外有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐證明,養(yǎng)護(hù)對(duì)高性能砼的質(zhì)量和耐久性十分重要。常溫下養(yǎng)護(hù)不夠,對(duì)高性能砼的質(zhì)量與耐久性的影響程度有時(shí)甚至高于普通砼。因此,及時(shí)、充分的濕養(yǎng)護(hù)是使其獲得高強(qiáng)度、低孔隙率和高抗氯離子擴(kuò)散能力所必不可少的。
  2.2鋼筋要經(jīng)阻銹劑處理。鹽漬土及海水砼中鋼筋的腐蝕,其實(shí)也是一種電化學(xué)腐蝕,其陰、陽極反應(yīng)都在鋼筋與電解質(zhì)界面上發(fā)生。若能阻止其中任何一種界面反應(yīng),就能抑制腐蝕。使用阻銹劑時(shí),首先應(yīng)控制開裂程度,尤其是對(duì)梁類構(gòu)件的受彎拉區(qū)域。因此,宜采用高性能砼來控制裂縫的產(chǎn)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(hù)作用。這樣鋼筋阻銹劑起到"拾遺補(bǔ)缺"的作用,有效地阻止鋼筋腐蝕發(fā)生,從而延長(zhǎng)鋼筋砼的使用耐久壽命。
 2.3涂料涂刷結(jié)構(gòu)表面層保護(hù)。海洋工程鋼筋砼中實(shí)施涂料涂裝保護(hù)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的防腐蝕技術(shù)措施。但涂裝質(zhì)量的控制十分關(guān)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(nèi)涂層的封閉保護(hù)作用將會(huì)喪失。因此,實(shí)施涂料涂裝的鋼筋混凝土構(gòu)件,首先必須進(jìn)行控裂設(shè)計(jì),至少達(dá)到構(gòu)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(hù)的效果。完好的砼保護(hù)涂層具有阻擋腐蝕性介質(zhì)與砼表面的接觸特點(diǎn),從而延長(zhǎng)砼和鋼筋混凝土的使用壽命。同時(shí)對(duì)鋼筋進(jìn)行涂層處理,由于海水環(huán)境中的氯鹽對(duì)不受凍地區(qū)的素砼是無害的,腐蝕破壞是通過對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕銹脹實(shí)現(xiàn)的。因此,若將鋼筋表面預(yù)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(shù)措施。環(huán)氧涂層鋼筋是在嚴(yán)格控制的鋼廠流水線上涂覆的,可以保證涂層高質(zhì)量。
  2.4增加混凝土保護(hù)層厚度。增加砼保護(hù)層厚度,這是提高劣質(zhì)土及海洋工程鋼筋砼使用壽命的最為直接、簡(jiǎn)單而且經(jīng)濟(jì)有效的方法。但是保護(hù)層厚度并不能無限制地增加。當(dāng)保護(hù)層厚度過厚時(shí),砼材料本身的脆性和收縮會(huì)導(dǎo)致砼保護(hù)層出現(xiàn)裂縫反而削弱其對(duì)鋼筋的保護(hù)作用,在正常情況下接觸鹽漬土或海水的結(jié)構(gòu)件保護(hù)層厚度不小于40mm為宜。
  3上述方案優(yōu)缺點(diǎn)比較
  不同處理方法措施增強(qiáng)砼耐久性優(yōu)劣升的對(duì)比見表。
  表不同方法增強(qiáng)混凝土耐久性措施比較
  4高性能混凝土的質(zhì)量保證措施
  為確保混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的目標(biāo),須從三大環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。
  4.1切實(shí)在了解工程背景、使用環(huán)境以及砼材料在鹽漬土及海水環(huán)境中的性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,必須進(jìn)行質(zhì)量控制與使用評(píng)估,通過對(duì)材料性能的試驗(yàn)研究,建立砼結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)和依據(jù),并預(yù)測(cè)砼結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用性能及影響程度。
  4.2充分考慮各種可變因素對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)使用壽命的影響,如環(huán)境條件及溫度、砼內(nèi)應(yīng)力、裂縫等,以建立使用壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng),為耐久性方案的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和依據(jù)。再以使用壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ),制定有針對(duì)性的耐久性解決方案。
  4.3在質(zhì)量控制與評(píng)估過程中,方案的實(shí)施過程是如何控制各個(gè)方面的質(zhì)量以及如何對(duì)已完成部分的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估,需要確立各種質(zhì)量控制措施和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn),建立各種性能試驗(yàn)的評(píng)價(jià)體系,保證混凝土性能符合方案設(shè)計(jì)要求。
  5氯離子浸蝕工程混凝土耐久性對(duì)策
  根據(jù)以上淺要分析,從使用材質(zhì)本身的性能出發(fā),對(duì)主因和導(dǎo)因?qū)ΠY施治,在處于海水環(huán)境的砼梁、板、墻、柱采用強(qiáng)度不低于42.5 MPa的硅酸鹽水泥,要求水泥中C3A含量不超過8%,水泥細(xì)度不超過350 m2/kg,游離氧化鈣不超過5%。強(qiáng)度等級(jí)為C40時(shí),最大水灰比為0.45,最小水泥用量320 kg/m3,最大堿含量3 kg/m3,最大氯離子含量0.1%。添加了有機(jī)胺鹽類與亞硝酸鈉的復(fù)合阻銹劑,并輔助JS復(fù)合材料。為保證砼的均勻性,攪拌砼采用臥軸式攪拌機(jī),泵送砼的坍落度不能過大,以避免離析和泌水。要求在混合使用膨脹劑、阻銹劑及其他防腐劑時(shí),應(yīng)事先專門測(cè)定它們之間的相容性,嚴(yán)格控制外加劑中的氯離子含量不得大于砼中膠凝材料總重的0.02%。砼保護(hù)層為50mm,保護(hù)層定位采用工程塑料夾,墊塊的尺寸和形狀必須滿足保護(hù)層厚度和定位的允差要求,墊塊的強(qiáng)度應(yīng)高于構(gòu)件本體砼,水膠比不大于0.4。施工澆筑砼前,應(yīng)仔細(xì)檢查定位夾,并應(yīng)指定專人做重復(fù)性檢查以提高保護(hù)層厚度尺寸的施工質(zhì)量保證率。在保證施工質(zhì)量和原材料品質(zhì)的前提下,使鹽漬土及海水中的砼結(jié)構(gòu)的耐久性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
  綜上所述,鹽漬土及海水中結(jié)構(gòu)砼耐久性的首要因素是砼的Cl-滲透方式及速度。針對(duì)這一具體情況,并考慮當(dāng)?shù)厮幍沫h(huán)境實(shí)際情況-如原材料的可行性、工藝設(shè)備的可行性等,以及經(jīng)濟(jì)上的合理性,采取以高性能砼技術(shù)為核心的綜合耐久性對(duì)策和方案。確保工程實(shí)際使用中技術(shù)水平的提高,施工措施和質(zhì)量保證措施以保證在惡劣環(huán)境下砼構(gòu)件的設(shè)計(jì)達(dá)到使用年限。
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