混凝土中的鋼筋銹蝕與防護(梁李概).doc

分類號： 密級： UDC： 學號： 東南大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告題 目 混凝土中的鋼筋銹蝕與防護 _院（系）_土木工程 _專業(yè)學 號_學生姓名_梁李概_指導教師_起訖日期_2015年1月-2015年6月 _設(shè)計地點_東南大學（揚州站點）_ _ 東南大學畢業(yè)論文混凝土中的鋼筋銹蝕與防護摘要隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應用，許多混凝土構(gòu)件由于耐久性的不足而過早的失效。近年來的工程調(diào)查表明，在役鋼筋混凝土橋梁因耐久性問題引起破壞的情況越來越多，其中鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的重要原因，其造成的負面影響和經(jīng)濟損失是難以估量的。因此，開展對混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的研究，特別是對鋼筋銹蝕進行評估的研究顯得尤為重要。本文介紹了混凝土碳化和氯離子侵蝕的機理和其影響因素及各因素對混凝土損壞過程的影響；概述了混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的機理和其他影響因素；總結(jié)了混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的防護方法及原理，并指出了這些方法在實際應用中的缺陷與不足。關(guān)鍵詞：混凝土；鋼筋銹蝕；防護CORROSION AND PROTECTION OF CONCRETEABSTRACTWith the application of reinforced concrete structures widely，the effectiveness on many concrete structures is lost early due to the deficiency of the structural durability mostlyAs the recent engineering survey，the situation of destruction，caused by the durability which is resulted in reinforcement corrosion，is raised in service bridges. It is difficult to estimate that economic losses and the negative impaction caused by durability destruction Therefore ， it is a matter of great importance to carry out the study of the corrosion of reinforced concrete structures，especially for the evaluation of reinforcement corrosionThe mechanism and the influenced factors of the concrete carbonation and the chloride are introduced and the influence of all kinds of reasons in the process of concrete corrosion are described；the reinforcement corrosion mechanism and the other factors in reinforced concrete structures are presented ； summarized the protection methods and principles of the reinforcement corrosion in concrete structures and indicated the defections and the insufficient of these methods in practical applicationsKeywords：Concrete; corrosion; protectionII東南大學畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論1第二章 混凝土中的鋼筋銹蝕22.1混凝土中鋼筋銹蝕的機理22.2鋼筋腐蝕過程22.3鋼筋銹蝕的影響因素32.3.1 混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響32.3.2 氯離子的侵蝕對鋼筋銹蝕的影響52.4 鋼筋銹蝕的其他影響因素62.4.1 混凝土方面62.4.2 其他方面7第三章 鋼筋銹蝕的防護83.1 阻銹劑的應用83.1.1 化學阻銹劑83.1.2 阻銹劑在混凝土中的應用93.2電化學保護方法103.2.1電化學的幾個方法103.2.2電化學方法的優(yōu)缺點113. 3 環(huán)氧涂層鋼筋的應用12第四章 結(jié)論14致 謝15參考文獻1617第一章 緒論之前一直認為，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)很好地結(jié)合了鋼筋與混凝土材料的優(yōu)點，可模性好、可塑性強、整體性好、耐久性好、后期維護費用較低以及易于就地取材等諸多優(yōu)點使得當今世界上的橋梁建造大多選擇采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。但隨著時間的推后和累積，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遠遠沒有人們當初想象的那樣耐久，其良好性能會在使用期內(nèi)由于諸多因素的影響而逐漸退化從而引起世界上對耐久性問題的關(guān)注?；炷林械匿摻钿P蝕的造成混凝土耐久性損傷的最重要原因，研究混凝土中的鋼筋銹蝕是分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)性能退化及耐久性評估的關(guān)鍵工作，對于預測混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命和剩余壽命具有非常重要的現(xiàn)實意義。我國最早對鋼筋銹蝕的研究開始于南京水利科學研究院，從上世紀八十年代開始日益引起重視。目前，我國基礎(chǔ)建設(shè)處于一個較大的發(fā)展階段，每年都會投資上萬億元來修建高速公路、橋梁等。有專家估計，我國大力修建基礎(chǔ)建設(shè)的高潮時間還將延續(xù)數(shù)十年，但是由于忽視耐久性的重要性，我國在不久的將來還會出現(xiàn)維修加固的高潮段。針對鋼筋銹蝕的普遍存在性，對鋼筋銹蝕的防護刻不容緩。關(guān)于鋼筋銹蝕防護的主要策略是提高混凝土自身的防護能力，還有就是其他之外的輔助措施，兩者結(jié)合起來使用。主要的防護措施有以下幾種：使用環(huán)氧涂層鋼筋；使用高性能混凝土，添加礦物摻合料和外加劑；適當加大混凝土保護層厚度；電化學保護主要用于工程修復；盡量減少混凝土表觀質(zhì)量缺陷等等。第二章 混凝土中的鋼筋銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于材料層次原因、使用環(huán)境條件以及隨著時間的遞增，結(jié)構(gòu)的受力性能會慢慢下降，從而承載能力也會漸漸下降，更進一步的影響結(jié)構(gòu)的正常安全使用性能，縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命，對結(jié)構(gòu)的耐久性造成很大的影響。當外界環(huán)境中的二氧化碳氣體、氯離子等腐蝕介質(zhì)侵入到混凝土內(nèi)部時，很多時候造成了表層混凝土剝落開裂，其內(nèi)部堿性大大降低，最后破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋發(fā)生銹蝕。當局部的鋼筋發(fā)生銹蝕時，會和還沒有開始銹蝕的鋼筋形成腐蝕電池，在其他條件都具備的情況下進而擴大到整個結(jié)構(gòu)的所有鋼筋。銹蝕開始主要都是分布在鋼筋的表層面上，形式一般為斑狀銹蝕。2.1混凝土中鋼筋銹蝕的機理在自然界中，鋼筋里的鐵元素的穩(wěn)定性不是很好，一般情況下都是以鐵的氧化物形式存在于鐵礦石中?；炷林械匿摻钿P蝕為電化學銹蝕，這種反應需要具備以下幾個條件：陰陽兩極、離子電荷以及閉合的電流回路，鋼筋的銹蝕過程就是發(fā)生在這樣一個條件都完全具備的腐蝕電池中。二氧化碳和氯離子對混凝土本身都沒有破壞作用，但是這兩種物質(zhì)在鋼筋鈍化膜破壞的過程中起著非常重要的作用?；炷两Y(jié)構(gòu)所處的環(huán)境在實際工程中可以分為三種類型：1、干燥環(huán)境混凝土濕度分布情況大致是外面潮濕而內(nèi)部干燥，電位最高的部分是順筋裂縫處的鋼筋，陰極是那些尚未受到銹蝕影響的深層次鋼筋，其銹蝕速度會加快，這種腐蝕反應能夠加速其他部位也同樣產(chǎn)生順筋裂縫。因為混凝土電阻相對較大，作為腐蝕電池中的陰陽極鋼筋表層作為孤立電極，面積較大從而導致銹蝕速率慢。2、表面濕潤環(huán)境該環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要包括長期潮濕環(huán)境結(jié)構(gòu)、處于雨季的暴露結(jié)構(gòu)和頻繁干濕循環(huán)環(huán)境等。如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在著順筋裂縫，其銹蝕的電化學特點為外部潮濕內(nèi)部干燥，順筋裂縫電位是最低的，尚未發(fā)生銹蝕處的鋼筋作為陰極會加快此處的銹蝕速度，出現(xiàn)大陰極小陽極的明顯特點，鋼筋銹蝕速度會在一個很大的數(shù)值上繼續(xù)再加速銹蝕。3、長期浸泡環(huán)境處于此環(huán)境的電化學銹蝕特點與表面潤濕環(huán)境的情況基本相同，但是氧氣濃度差別不大并且內(nèi)外濕度相差也不是很大，從而使得不同部位鋼筋的電位差也會較小。當順筋裂縫寬度較大時，一方面混凝土濕度較大，另一方面其電阻率較小，這樣有可能產(chǎn)生比較高的宏電流，如此將增大順筋裂縫附近鋼筋銹蝕速度。2.2鋼筋腐蝕過程混凝土中鋼筋銹蝕過程大致可分為下圖幾個階段1、腐蝕孕育期開始澆筑混凝土直至混凝土碳化層已經(jīng)接觸到鋼筋表面，或者說氯離子的侵蝕已經(jīng)深入到混凝土內(nèi)部鋼筋表面，并開始對鋼筋發(fā)生去鈍化作用也就是鋼筋銹蝕為止，這段時間以t0表示。2、腐蝕發(fā)展期氯離子侵蝕鋼筋表面，鋼筋開始發(fā)生銹蝕到混凝土的保護層表面因為受到鋼筋的銹脹力而出現(xiàn)開裂、剝落等破壞，這段時間以t1表示。3、腐蝕破壞期因鋼筋銹蝕而使得混凝土表面最后嚴重開裂、大面積剝落等嚴重破壞，到不得不經(jīng)過全面大修為止，這段時間以t2表示。4、腐蝕危害期鋼筋銹蝕的范圍已經(jīng)擴大到整個混凝土結(jié)構(gòu)并遭受嚴重破壞，致使結(jié)構(gòu)不再能夠安全使用，這段時間以t3表示。一般情況下，t0t1t2t3。2.3鋼筋銹蝕的影響因素2.3.1 混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的主要因素，而一般情況下，混凝土碳化是鋼筋銹蝕的前提條件。因此，研究混凝土碳化對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評估具有重要的理論意義，混凝土碳化是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個很重要的因素。一般情況下早期混凝土堿性很高，pH 值一般都會大于 12.5，在如此高堿環(huán)境中，鋼筋會很容易發(fā)生鈍化，在其表面形成了一層鈍化膜，從而能保護鋼筋不受銹蝕。然而當空氣中的CO2和H2O從混凝土表面的細縫中深入進來時，與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應，直接降低了混凝土的 pH 值。最終，鋼筋表面的鈍化膜被直接氧化破壞，鋼筋直接與其他物質(zhì)接觸，在條件都具備的情況下很容易發(fā)生銹蝕。鋼筋的銹蝕又會導致混凝土保護層開裂，結(jié)構(gòu)耐久性降低等不良后果。更甚，隨著全球溫室效應的影響加重，空氣中二氧化碳的濃度也越來越高，大量處在暴露環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面臨的碳化問題越來越嚴重。從上世紀六十年代開始，國際上一些發(fā)達國家就著手重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，對混凝土碳化進行了大量的試驗研究及理論分析。我國在此方面的研究起步比較晚，從八十年代開始才注重對混凝土碳化造成鋼筋銹蝕問題的研究，通過多次調(diào)查實際混凝土工程、碳化模型試驗來研究影響混凝土碳化的因素。經(jīng)過近五十年的研究，國內(nèi)外學者對混凝土碳化機理與影響因素已經(jīng)有了相當深刻的了解與認識，并在此基礎(chǔ)上提出了很多關(guān)于碳化深度的計算數(shù)學模型，為更深入的研究混凝土中的鋼筋銹蝕提供了理論基礎(chǔ)。1、混凝土碳化對結(jié)構(gòu)力學性能的影響國內(nèi)外多項研究結(jié)果表明，混凝土在碳化后的抗壓強度是有所提升的，但是它的延展性卻大大下降，具有非常明顯的脆性性質(zhì)，對整個混凝土結(jié)構(gòu)會有很大的影響。很大程度上說因為碳化之后的混凝土孔隙率降低，相對而言密實度就會有較大提高，從而就使混凝土的抗壓強度增加。另一方面，混凝土在碳化過程中，碳化反應會釋放出大部分水分，碳化層混凝土收縮，對內(nèi)部有明顯的壓力產(chǎn)生，而對外層來說就自然產(chǎn)生了拉應力，最后可能致使表層出現(xiàn)細小的裂縫。關(guān)于混凝土碳化現(xiàn)象的研究如果只是停留在對材料層次上的深入探討沒有很大的實際應用工程意義，不止要在這個層次上研究對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能影響，更應深入研究結(jié)構(gòu)層次上的影響。就目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀而言，針對混凝土結(jié)構(gòu)的碳化研究主要是混凝土碳化后對鋼筋銹蝕產(chǎn)生的深遠影響的耐久性問題，還有就是使混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力降低的影響。不僅如此，還應加大力度研究混凝土碳化之后本身對結(jié)構(gòu)力學性能有哪些方面的影響這些重大方向。由于混凝土碳化之后，其結(jié)構(gòu)關(guān)系也會隨之發(fā)生了一定的變化，但是之前計算結(jié)構(gòu)力學性能時對它進行了假定不變，這就直接導致計算結(jié)果不準確，繼而引起其他系列影響，關(guān)于這個方面的研究也是比較少的。有相關(guān)文獻認為：混凝土碳化之后提高的混凝土強度緊緊局限于表面碳化層，對整個結(jié)構(gòu)影響意義不是很大。但是這種概述只看到了混凝土碳化對強度有所提高的層面上，而完全沒有注意到碳化之后的混凝土在變形以及延展性性能方面都有了非常顯著的變化。2、混凝土碳化對結(jié)構(gòu)耐久性的影響混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生碳化后，碳化內(nèi)部pH值下降幅度比較大，由強堿性變?yōu)槿鯄A性，使得鋼筋脫鈍，很容易導致鋼筋的銹蝕。鐵銹的主要成分為Fe2O3Fe3O4H2O，相對銹蝕之前的體積可能會要增長24倍，這對混凝土結(jié)構(gòu)來說非常不利，主要體現(xiàn)在：銹蝕的發(fā)生使得鋼筋與混凝土隔離開來，粘結(jié)受到嚴重破壞，失去了鋼筋混凝土一起承受結(jié)構(gòu)外力的性能，嚴重的會造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效破壞；碳化后鋼筋銹蝕會造成混凝土膨脹開裂，保護層會逐漸剝落；減小了鋼筋受力的有效截面面積，承載能力隨之下降。由以上內(nèi)容可知：混凝土碳化后易發(fā)生的鋼筋銹蝕問題嚴重影響著結(jié)構(gòu)的耐久性能及使用壽命。通過研究快速碳化試驗，研究出混凝土開始碳化直至碳化層達到鋼筋層表面所需時間來確保結(jié)構(gòu)所需要的保護層厚度以及提高結(jié)構(gòu)的耐久性。3、混凝土碳化對混凝土結(jié)構(gòu)鑒定的影響前面已經(jīng)提到混凝土結(jié)構(gòu)完全發(fā)生碳化之后，強度會有所提高，但是另一方面關(guān)于結(jié)構(gòu)的延展性會下降，其本身性能發(fā)生改變，對結(jié)構(gòu)所能承載的抗力也會降低，尤其是在結(jié)構(gòu)抗震方面?，F(xiàn)行的各種混凝土技術(shù)規(guī)范標準都不曾考慮這個問題，也就是碳化后自身的性能變化。這樣，整個混凝土結(jié)構(gòu)就處在一個安全到不安全的過渡期間。可以確立一個新的課題研究，主要從事于研究混凝土碳化后的結(jié)構(gòu)抗震性能，隨時勘測跟蹤混凝土碳化對結(jié)構(gòu)抗震造成影響卻是相當有必要存在的。2.3.2 氯離子的侵蝕對鋼筋銹蝕的影響我國沿海邊上的混凝土結(jié)構(gòu)工程會長期受到海洋環(huán)境中氯離子侵蝕，結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕現(xiàn)象日益嚴重，很多海港碼頭完全達不到設(shè)計壽命的要求就不得不重新翻建。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用壽命期間會遇到的各種暴露條件中，氯化物是其中最危險的侵蝕介質(zhì)，它的危害非常之大且普遍存在。氯離子分布十分廣泛，主要存在于除冰鹽、工業(yè)環(huán)境、海洋環(huán)境、混凝土中的原材料、鹽湖和鹽堿池以及結(jié)構(gòu)遭受火災時的一些化學反應。一般情況下氯離子進入混凝土的途徑主要有兩種：其一是毛細吸附作用；其二是自由氯離子的擴散作用。通常，氯離子是以幾種方式侵入到混凝土中的。大部分情況下，氯離子的主要傳輸方式還是擴散作用。使用含氯離子的添加劑、攪拌混凝土是在含鹽環(huán)境中、大氣環(huán)境氯離子通過混凝土的表觀缺陷侵蝕進入到混凝土，各種現(xiàn)象普遍存在。1、破壞鈍化膜在混凝土施工后初期，水泥水化后結(jié)構(gòu)處在一個高堿性的環(huán)境下，鋼筋表面會逐漸形成一層致密的鈍化膜。最開始的研究都認為該膜的主要成分是鐵的某些氧化物組成，不過最近研究表明，鈍化膜中含有能夠強有力保護鋼筋不被破壞的Si-O鍵。但是，它的穩(wěn)定存在是有一定條件的，那就是混凝土必須始終處在堿性很高的環(huán)境中。如果環(huán)境中的pH值由于碳化等一些原因?qū)е孪陆禃r，Si-O鍵的穩(wěn)定性也將會慢慢降低，當pH值降低到10以下時，該鈍化膜也將會由于環(huán)境的改變漸漸被破壞并不會再生成。而侵入混凝土中的氯離子就是去鈍化很強的物質(zhì)，氯離子進入到混凝土內(nèi)部后會吸附在鋼筋表面的鈍化膜上，通過一系列的化學反應會很快的降低pH值，當達到一定的程度時，鋼筋表面的鈍化膜就會完全被破壞。2、形成腐蝕電池當大量的外界氯離子侵蝕到混凝土內(nèi)部時，鋼筋表面會聚集濃度很高的氯化物，在時間的推移以及各方面條件都齊全的情況下，氯化物對鋼筋的腐蝕作用將凸顯出來。如果混凝土結(jié)構(gòu)中氯化物的存在出現(xiàn)不均質(zhì)的情況，就會發(fā)生局部腐蝕。腐蝕發(fā)生后，鋼筋失去鈍化膜的保護，裸露在氯化物的環(huán)境下，此時會和還沒有發(fā)生腐蝕的鋼筋鈍化膜部分形成一個電勢差，失去鈍化膜的鋼筋作為陽極，完好的鈍化膜部分作為陰極，形成了一個腐蝕電池。在腐蝕電池作用的影響下，鋼筋表面漸漸產(chǎn)生蝕坑，由于電勢差的存在以及各方面條件都成熟，蝕坑發(fā)展將變得非常迅速直至最后鋼筋完全被銹蝕。3、去極化作用氯離子的侵蝕使得混凝土內(nèi)部鋼筋表面形成腐蝕電池，而且還增強了腐蝕電池的作用。鈍化膜被破壞處的鋼筋聚集著 Fe2+，氯離子會結(jié)合反應生成 FeCl2，在電池的作用下又會將反應后的產(chǎn)物及時運走，這樣不僅使的陽極反應過程十分順利進行甚至還加快了整個反應的進行。陽極極化作用是指脫鈍鋼筋反應過程受阻情形，去極化作用就是加速陽極極化作用，整個過程中氯離子在陽極去極化作用扮演了很重要的角色。在混凝土中，由于氯離子侵蝕造成鋼筋銹蝕的產(chǎn)物中一般是找不到FeCl2的，因為它是一種可溶性物質(zhì)，在擴散運輸?shù)倪^程中遇到氫氧根離子就生成了Fe(OH)2沉淀，再進一步被氧化成鐵銹。我們從中可知氯離子的危害一個很重要的特點就是它在整個過程中都不會被消耗，只是一直起著搬運工的作用，從而會始終在混凝土內(nèi)部發(fā)生破壞作用。4、導電作用必須要有離子的參加才能構(gòu)成一個完整的腐蝕電池。而混凝土中存在的氯離子起到了一個連接作用，接通了整個電池。它甚至降低了陰陽極之間的電阻，使得腐蝕電池的電化學反應速率更加迅速。另一方面，氯化物的存在加強了混凝土吸濕性，也可以降低兩級之間的電阻。2.4 鋼筋銹蝕的其他影響因素2.4.1 混凝土方面1、水泥品種和摻合料不同品種的水泥對強度的形成、化學結(jié)合能力、抗凍性、抗?jié)B性有相當大的差別。一般大氣環(huán)境下，會優(yōu)先考慮選用含堿量低和水化熱較低的水泥，而不會選用早強的水泥。摻有添加劑的水泥制成的混凝土能夠提高抵抗各種化學侵蝕的能力，防止鋼筋快速銹蝕。國內(nèi)外研究表明，混凝土中摻有粉煤灰等摻合料時，雖然使混凝土的堿性降低了，但同時又能提高混凝土的密實度，使混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，有效地阻止外界環(huán)境中腐蝕介質(zhì)等的滲入，這對防止鋼筋銹蝕是非常有利的。綜合考慮，可以認為在混凝土結(jié)構(gòu)中摻入符合標準的粉煤灰不會影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，有時反而會提高。2、混凝土密實度和保護層厚度混凝土密實度決定了混凝土的抗?jié)B能力，在環(huán)境較差的情況下可以提高混凝土的密實度?；炷帘Ｗo層厚度是混凝土結(jié)構(gòu)抗腐蝕的關(guān)鍵因素，要適當?shù)募哟蠡炷恋谋Ｗo層厚度利于構(gòu)件的長時間使用。保護層對外界腐蝕介質(zhì)、氧氣和水分等滲入的阻止起著重要的保護作用。3、混凝土液相pH值鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH值也會有很大關(guān)系。當pH值大于10時，鋼筋銹蝕速度很小，當pH值低于4的時候，鋼筋銹蝕速度會快速增加。4、混凝土中氯離子含量影響鋼筋銹蝕很大的一個因素就是混凝土中氯離子的含量。氯離子會在混凝土澆筑的時候隨著外加劑的添入而進入到混凝土內(nèi)部，進而破壞鋼筋的保護膜，造成鋼筋局部銹蝕。一般情況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的氯鹽摻量盡量不大于水泥重量的1%，而且澆筑混凝土結(jié)構(gòu)必須完全振搗密實。對其不宜采用蒸汽養(yǎng)護，不然會加重鋼筋的銹蝕程度與速度。5、混凝土表觀質(zhì)量混凝土的表觀質(zhì)量影響混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力，表觀質(zhì)量好的混凝土結(jié)構(gòu)，外界侵蝕物質(zhì)很難進入到混凝土內(nèi)部對結(jié)構(gòu)造成破壞，能夠有效的保護鋼筋的銹蝕。2.4.2 其他方面1、鋼筋材質(zhì)和型號鋼筋材質(zhì)好的金相組織比較均勻，鋼筋本身的防銹蝕能力就會比較強。另一方面，混凝土結(jié)構(gòu)的實際承載能力由鋼筋的型號大小所決定，它也會制約著在混凝土結(jié)構(gòu)中的布置情況，從而影響結(jié)構(gòu)耐久性。選取合適的鋼筋型號對承載能力和耐久性都有著大的影響。鋼筋的應力狀態(tài)也對銹蝕起著很大影響，因為應力腐蝕破壞性會顯得更大，它與鋼筋的蝕坑或者鋼筋均勻銹蝕又會有本質(zhì)上的不同，而且是以裂縫的形式出現(xiàn)，最后不斷受到腐蝕直至被完全破壞，最重要的是這種破壞是脆性破壞，在破壞之前是沒有任何征兆出現(xiàn)的。2、環(huán)境條件良好與否的環(huán)境條件對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕有著明顯影響。溫度濕度等條件能夠制約混凝土內(nèi)部的水化作用的發(fā)生，海洋氯鹽環(huán)境下時鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)處在一個惡劣的條件下，不注意重視防護會很快使鋼筋發(fā)生銹蝕，特別是如果混凝土自身的保護能力不足以滿足要求或者由于澆筑原因混凝土保護層有裂縫等某些缺陷時，外界因素的影響會突顯得更加明顯。很多實際調(diào)查結(jié)果表明，在環(huán)境干燥且不存在大量腐蝕介質(zhì)情況中，混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命要比在潮濕環(huán)境及腐蝕介質(zhì)中使用要長兩倍以上。第三章 鋼筋銹蝕的防護在所有對混凝土耐久性影響的因素中，鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)造成的危害是最大的。鋼筋銹蝕對全世界混凝土工程造成的直接經(jīng)濟損失超過上千億美元。我國從前幾十年到后幾十年都一直在注重交通的高速發(fā)展，興修土木，隨著時間的推移，每年的鋼筋銹蝕情況也是越來越嚴重。如今急切的需要投入大量科研力量、資金來研發(fā)鋼筋銹蝕該如何預防。實際工程中應該高度重視，在經(jīng)過多方面的努力后，提出了相應的一些措施來減小危害。在鋼筋材質(zhì)方面可采取環(huán)氧涂層鋼筋、鍍鋅鋼筋和耐蝕合金鋼筋等；在混凝土外加劑方面可以使用鋼筋阻銹劑、硅灰等；在設(shè)計方面，可通過選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、水灰比、混凝土保護層厚度和排水系統(tǒng)來進行防護；在施工方面，可嚴格按照施工規(guī)范來進行施工、進行溫度與裂縫的控制等；在電化學方法方面，可采取陰極保護和電化學除鹽等，應盡一切可行性方法來防護鋼筋的銹蝕。3.1 阻銹劑的應用面對鋼筋銹蝕的嚴重問題，多年來，人們一直在研究能否找到一種阻止鋼筋銹蝕或者至少能將腐蝕速率降低到一定程度來使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)達到設(shè)計所需使用年限要求的物質(zhì)。人們從事了大量研究實踐，想采取一切可能采用的方法來延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，包括施工選材、鋼筋涂層保護、替換鋼筋材質(zhì)、對混凝土表面作憎水處理、混凝土中加入火山灰等摻合料和在混凝土中添加阻銹劑等。上述諸多措施中，阻銹劑的使用能在很長一段時間里非常有效的防止內(nèi)部鋼筋混凝土發(fā)生銹蝕。阻銹劑是能夠阻止或者減緩內(nèi)部鋼筋銹蝕的一種化學物質(zhì)，通常是摻入混凝土中來起到保護作用。近幾十年來，很多工程領(lǐng)域都開始使用阻銹劑并獲得了很大成功。另一方面，腐蝕反應過程中也會允許阻銹劑的參加，提高混凝土的抗?jié)B性能夠有效的阻止腐蝕介質(zhì)進入到混凝土從而造成鋼筋發(fā)生銹蝕，但是阻銹劑的使用與這種方式有本質(zhì)上的差別，不管混凝土內(nèi)的鋼筋是否開始發(fā)生銹蝕，阻銹劑都可以在任何時刻發(fā)揮它阻止鋼筋銹蝕的作用。也就是說，鋼筋即便開始腐蝕，阻銹劑的作用可以相當于是在對混凝土結(jié)構(gòu)進行補救。3.1.1 化學阻銹劑混凝土阻銹劑一般定義為一種通過降低鋼筋腐蝕速率來實現(xiàn)對鋼筋腐蝕過程進行干預的物質(zhì)。阻銹劑被成功的應用到很多工程方面，使用阻銹劑能有效解決混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕問題。在很多使用阻銹劑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，有很多的使用壽命都得到了顯著提升。鋼筋在中性和酸性條件下會發(fā)生腐蝕，其原因都是因鋼筋表面缺少一層保護膜所致。鋼筋表面被均勻地腐蝕，將導致鋼筋所有表面都會產(chǎn)生腐蝕損耗。很多情況下阻銹劑的作用機理還不是很確定，所以對阻銹劑進行分類都是比較困難的?？蓪⒆桎P劑粗略的分成幾類：1、吸附型阻銹劑混凝土內(nèi)部鋼筋腐蝕過程中產(chǎn)生的電化學反應，如陰極氧氣的減少和陽極的氧化反應，都發(fā)生在鋼筋表面。如果其他物質(zhì)吸附于鋼筋的活化表面并干擾這些反應過程，則可以有效地降低腐蝕速率。吸附型阻銹劑通過化學或者物理方式吸附于鋼筋表面，并將參與電化學反應過程。2、鈍化劑當 pH 值小于10的時候，鋼筋表面也可以形成一層具有保護作用的鈍化膜。但是形成鈍化膜層需要較高的腐蝕電流密度，這就要求電解質(zhì)溶液中有相當高的氧化物濃度。由于氧化物在電解質(zhì)溶液中的溶解度有限，因此，只有加入其他的氧化物才能形成鈍化保護膜，這些氧化物就是鈍化劑。當保護膜分解的電流密度超過其形成所需的臨界電流密度時，鋼筋表面就可以自發(fā)地形成鈍化膜。當鈍化劑濃度低于金屬產(chǎn)生保護膜所需的臨界濃度值時，處于摻加有阻銹劑的溶液中的鋼筋，其腐蝕速率就會比未摻加阻銹劑者要快。鈍化劑會被持續(xù)的消耗掉，這就導致鈍化劑濃度不斷降低。因此，混凝土結(jié)構(gòu)需要持續(xù)不斷的補充阻銹劑，才能減緩腐蝕速率。3、鈍化促進阻銹劑通過添加鈍化劑促進型阻銹劑來改變電解質(zhì)溶液以促進鈍化膜的形成，從而阻止鋼筋的腐蝕。該類型的阻銹劑通常會降低形成保護膜所需要的電流密度，這樣溶解在電解質(zhì)溶液中的氧氣就可以參與鈍化保護膜的形成過程。大多數(shù)摻加了鈍化促進型阻銹劑的情況下會生成溶解度很低的鐵鹽。與鈍化劑不同的是，當鈍化促進型阻銹劑的濃度低于臨界值時，不會引起鋼筋腐蝕加快的問題。4、罩面層形成型阻銹劑混凝土中摻加了阻銹劑后，如果能在鋼筋表面生成沉淀物，則可以顯著地影響到鋼筋表面所發(fā)生的電化學反應。這種阻銹劑可以阻止氧化物到達鋼筋表面，或是能減小鋼筋的溶解速率。罩面層形成型阻銹劑有很多種，它們都可以在鋼筋的表面甚至是鋼筋腐蝕產(chǎn)物的表面形成一層保護膜，從而降低腐蝕反應速率。3.1.2 阻銹劑在混凝土中的應用在混凝土拌合物中摻加或在混凝土表面涂阻銹劑可采取不同的方法。具體使用阻銹劑時不僅要考慮所能預測到的腐蝕危害程度，還要考慮阻銹劑的化學性質(zhì)。如果要保證阻銹劑在混凝土中分散的均勻性，則應該在混凝土拌合物制備時將阻銹劑加入拌合水后一起攪拌，但這樣會影響到水泥混凝土的性能。因此，在考慮選擇阻銹劑的時候，應該同時考慮到所設(shè)計的混凝土性能、所預測到的腐蝕危害程度以及所選擇的阻銹劑的基本性能。將阻銹劑加入至拌合水攪拌制備混凝土，保證了阻銹劑在混凝土結(jié)構(gòu)中分散的均勻性，解決了在混凝中使用阻銹劑的一個關(guān)鍵性的技術(shù)問題。采用這種使用方法能使阻銹物質(zhì)比后來才滲入的氯離子先到達鋼筋表面，在大多數(shù)防止腐蝕的方法中，鋼筋表面阻銹劑的濃度必須和侵入的氯離子濃度保持在同一數(shù)量級才能保證達到足夠的阻銹效果。但是，從另一方面來說，阻銹劑會對混凝土的凝結(jié)、硬化過程產(chǎn)生影響。因此要想獲得最佳效果，還應該多搜集原始資料進行多方面統(tǒng)籌考慮。如果阻銹劑會對水泥漿體的性能產(chǎn)生副作用，或一開始沒有計劃使用阻銹劑，則需要在還沒有發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的既有結(jié)構(gòu)表面上涂阻銹劑。當結(jié)構(gòu)由于受到腐蝕危害而不能滿足設(shè)計使用壽命要求時，需要立即在其表面涂阻銹劑來改善。然而目前阻銹劑最重要的作用目的是作為一種補救措施來應用，大量的混凝土結(jié)構(gòu)受到腐蝕危害后，引起的修復費用比較大，非常需要采取一種簡便、經(jīng)濟的措施。盡管使用阻銹劑是一種效果很好的補救措施，但實際工程中仍然會發(fā)現(xiàn)很多大的問題，主要是由于當前我們對于表面使用阻銹劑的研究還比較少，沒有進行非常系統(tǒng)的研究。對于阻銹劑在混凝土中的傳輸過程并不是非常清楚；由于混凝土孔溶液中存在大量鈣離子，許多阻銹劑與其相遇會發(fā)生反應而生成難溶物質(zhì)。而一般情況下，需要將阻銹劑直接加入拌合水制備混凝土才能發(fā)揮其阻銹效應。3.2電化學保護方法混凝土的碳化作用以及氯離子的滲透會破壞混凝土鋼筋保護層的保護作用。處理這種不利影響的手段通常是清除掉已經(jīng)碳化或者被氯離子污染的那一部分混凝土，然后清洗露出的鋼筋，再在干凈的表層補上新的堿性混凝土或砂漿。這樣處理的弊端顯而易見：工作量過于巨大，全面清理需要耗費大量的勞動力，而且維修的費用也相當高，而新興的電化學保護法就可以巧妙的處理這一傳統(tǒng)手段的缺點。3.2.1電化學的幾個方法1、陰極保護陰極保護就是通過在結(jié)構(gòu)上部或者內(nèi)部增加一個永久的電極材料，并且保持穩(wěn)定低密度的電流通入。此法主要是通過用結(jié)構(gòu)中較低電位來中和結(jié)構(gòu)中的氯離子和碳化作用對結(jié)構(gòu)的腐蝕效率。這種對還未開始腐蝕的混凝土中通電流的方法就叫陰極保護法，而此法又包括了外加電流和犧牲陽極等兩種方式。外加電流方式通過在結(jié)構(gòu)外加電流的方法使得結(jié)構(gòu)鋼筋上所有的陽極區(qū)變位陰極區(qū)，這樣就可以保證結(jié)構(gòu)的陽極避免被腐蝕。再通過在混凝土的表層處理后直接連到直流電流的正極，以形成新的電位差就可以使得結(jié)構(gòu)的鋼筋全部轉(zhuǎn)化為陰極以抵抗鋼筋銹蝕，主要用于陽極腐蝕的結(jié)構(gòu)。犧牲陽極的方法使之在結(jié)構(gòu)的陽極上采用電化學中較活躍的金屬，如鋅和鋁等，該金屬直接連接被保護的鋼筋，通過犧牲這種活躍金屬提供自由電子來保護鋼筋，避免其被腐蝕犧牲。這樣的方法可以不用提供外部電流，施工過程簡單并且不需要經(jīng)常性的護理，但是其提供的保護是很有限的，同時也不適宜暴露在大氣中。2、電化學脫氯這種方法也被稱為電化學除鹽或者脫氯，通過在一定時間內(nèi)想被腐蝕的結(jié)構(gòu)中通入一個高密度的直流電來強迫結(jié)構(gòu)中的氯離子向外部遷移，從而使得氯離子的含量降到允許標準從而保護鋼筋避免受到侵蝕。在沿?；蛘吖I(yè)區(qū)的一些城市，周邊的氯離子含量較高，由于存在氯離子的散作用，結(jié)構(gòu)長期處于銹蝕狀態(tài)，還有北方除冰時候要用到大量的鹽，導致局部地方的氯離子含量高。而采用電化學方法可以防止氯離子的侵入，保護結(jié)構(gòu)避免其銹蝕。電化學脫鹽和陰極保護法十分相似，原理上就是把陽極系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)置在被保護的混凝土結(jié)構(gòu)上，然后施以大電壓和電流密度，并在讓電流短時間通過結(jié)構(gòu)中的鋼筋，此舉可以大大降低構(gòu)件周圍環(huán)境中的氯離子濃度，同時可以提高氫氧根離子的濃度，這樣就可以不損傷結(jié)構(gòu)而達到排除結(jié)構(gòu)周圍的鹽類的目的。當鋼筋達到了容許情況后則停止施加電流，拆除陰極保護系統(tǒng)，然后再在原結(jié)構(gòu)上覆蓋一層新的保護層以延緩氯離子侵蝕的速率。但是此法有一定的副作用，比如周圍環(huán)境中會出現(xiàn)析氫的現(xiàn)象，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘接力等。3、電化學再堿化再堿化是通過在混凝土上進行有限時間的電流通過來恢復碳化掉的混凝土的堿度，此舉可以讓構(gòu)件周圍發(fā)生電化學反應，從而讓氫氧根離子進入到混凝土中。通過再堿化處理的鋼筋周圍的堿度能達到新澆筑混凝土時候的水平，設(shè)置還要高而使得鋼筋鈍化，就能有效的防止鋼筋被腐蝕。電化學再堿化通常使用的電解質(zhì)是通過紙漿纖維和碳酸鈉溶液混合制成，結(jié)構(gòu)體內(nèi)的鋼筋作為陰極，布置在結(jié)構(gòu)表面的鋼絲網(wǎng)作為陽極，在注入直流電流后，高堿性的電解質(zhì)溶液經(jīng)過混凝土中的空隙滲入到發(fā)生談話反應的混凝土中，再堿化過程就完成了。這種方法在中性化腐蝕的結(jié)構(gòu)物上能夠取得良好的效果，因為使用的電解質(zhì)碳酸鈉為碳化物，不和大氣中的二氧化碳發(fā)生反應形成碳化物，故耐久性得到了保證；在電場的作用下，溶液中的鈉離子跟鋼筋附近的氫氧根離子結(jié)合有形成了氫氧化鈉，再與二氧化碳形成碳酸鈉，進一步增強了穩(wěn)定性。在操作實施過程中也有很強的優(yōu)勢，不用破壞結(jié)構(gòu)而進行維修，容易操作，花費不高，時間不長，不影響結(jié)構(gòu)的正常使用，但在操作過程中應該注意控制電流和電壓的強度。3.2.2電化學方法的優(yōu)缺點電化學方法對完整的結(jié)構(gòu)不需要加以破壞與修復，只要去除掉已發(fā)生剝落和分層的混凝土。用較少的施工時間就能夠讓結(jié)構(gòu)恢復其承載能力。同時能夠全面系統(tǒng)地排除腐蝕的影響，使得整個區(qū)域內(nèi)的混凝土都得到了有效的處理，比傳統(tǒng)方法更可靠和更耐久?？善洳蛔阋彩谴嬖诘?，像是如果引起銹蝕的是混合氯離子，電化學脫氯的效果就沒那么顯著了，陰極保護的弊端就是導電性涂層和混凝土之間的粘接性不能夠得到保證，要取決于粘接錢混凝土表面的處理。另一個顯著的局限就是對高強鋼筋的強極化產(chǎn)生了氫氣釋放和氫脆的危險?；炷两Y(jié)構(gòu)維修費用是一個很復雜的主題，很多方面與個體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。在某些國家或地區(qū)使用比較普遍的方法可能在其他國家或者地區(qū)根本就不使用。根據(jù)資料調(diào)查得出了各方法費用的對比情況：方法每平米花費費用陰極保護，導電涂層100陰極保護，鈦板和罩面層200-300再堿化100脫氯1503. 3 環(huán)氧涂層鋼筋的應用環(huán)氧涂層是通過靜電在普通鋼筋的表面噴涂一層環(huán)氧樹脂薄膜，從而隔離鋼筋和腐蝕性物質(zhì)，通過這種物理隔離達到防腐的目的。在表面噴涂的樹脂薄膜質(zhì)量能夠保證的前提下，鋼筋則能有效的延緩被侵蝕的速率。在工程中，保護鋼筋最直接的方法就是采用環(huán)氧樹脂噴涂。實踐表明采用環(huán)氧樹脂處理過的鋼筋能夠有效地延長使用壽命。目前日、美、歐和中東國家和地區(qū)廣泛的使用了這種方法，并規(guī)定在惡劣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)必須采用含環(huán)氧樹脂涂層的鋼筋來防止可能發(fā)生的腐蝕。環(huán)氧樹脂有很好的化學抗腐蝕性，形成的涂層和鋼筋之間的粘接力非常高，干縮量小，延性大，能夠有效的阻隔腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，可延長建筑 50 年及以上的使用壽命，避免中途因為鋼筋腐蝕而引起的維修費用和工程事故。同時環(huán)氧樹脂不和酸、堿物質(zhì)發(fā)生反應，具有很強的化學穩(wěn)定性。液態(tài)環(huán)氧樹脂的添加工藝也相對簡單，主要包括三種方法:刷涂法、噴涂法和浸漬法。其用途也相當廣泛，適用于冬天需除冰的路橋工程，特別是直接接觸的面板；適用于最易發(fā)生剛剛進腐蝕破壞的河海工程。但環(huán)氧樹脂 保護層不能和電流陰極保護法共同使用。環(huán)氧樹脂鋼筋的使用方法與普通鋼筋一致，施工人員只需在施工過程中注意常識，如環(huán)氧樹脂的薄膜具有一定的脆性，要注意在鋼筋安裝過程中薄膜的完整性。環(huán)氧樹脂涂層鋼筋因為其能夠隔絕腐蝕介質(zhì)延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命而漸漸被我國所采用，但是使用此種鋼筋則需增加成本、施工成本等，是的工程的成本增幅較大，但是獲得的經(jīng)濟效益和社會效益卻遠遠大于前期的成本投入。環(huán)氧鋼筋作為一種防腐的材料具有其獨特的優(yōu)越性，如防腐工藝的操作簡單，效果明顯。但目前國內(nèi)的使用還處于起步階段，其使用增加了工程的成本，但是站工程總費用比重小，與提高的使用壽命、減小的維護而得到的經(jīng)濟效益相比小得多。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和體制的改革，涂層鋼筋的使用將會得到越來越廣泛的領(lǐng)域。涂層的主要作用是阻隔腐蝕介質(zhì)的入侵和腐蝕結(jié)構(gòu)，保護混凝土結(jié)構(gòu)不受機械、應力和裂縫的影響。在混凝土表面形成了一個0.1-5mm 厚的密封層。隨著實際情況的不同也有可能相應的提升。主要使用的材料包括環(huán)氧、