混凝土抗腐蝕研究

1、混凝土抗腐蝕研究綜述結(jié)構(gòu)工程 05171178 康麗萍引言混凝土和鋼筋作為主要建筑材料，工業(yè)、民用、運(yùn)輸和其他建筑物、構(gòu)筑物的建造中起了很大作用。用混凝土和鋼筋混凝土建造的建筑物和構(gòu)筑物中的很大一部分，在使用期間常常受到腐蝕介質(zhì)的侵蝕。如果建筑物在建造時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)材料不采取或不實(shí)施防腐措施，則腐蝕性介質(zhì)就可能損壞建筑結(jié)構(gòu)，甚至使其喪失使用價(jià)值。這對(duì)于工業(yè)構(gòu)造物尤為密切，因?yàn)樵诠I(yè)構(gòu)筑物中，建筑結(jié)構(gòu)直接與液態(tài)、氣態(tài)等介質(zhì)接觸，或者被產(chǎn)品和生產(chǎn)中排放的廢料所污染。在有色冶金、化學(xué)、紙漿及其他工業(yè)部門中，約有20-70%的構(gòu)筑物常常受到腐蝕性介質(zhì)的作用，并由此引起結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。同樣 農(nóng)業(yè)建筑物，它們會(huì)

2、受到腐蝕性有機(jī)物的腐蝕。外部介質(zhì)的腐蝕性越強(qiáng)，在建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造和使用是對(duì)其腐蝕作用考慮的越少，那么由腐蝕引起的結(jié)構(gòu)損壞就越快和越深。據(jù)國(guó)外專家估計(jì)，由混凝土和鋼筋的腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民收入的1.25%。這些經(jīng)濟(jì)損失中不僅包括修復(fù)和重建建筑物的材料費(fèi)用和工程造價(jià)，而且還包括產(chǎn)量上的損失，這是由于建筑結(jié)構(gòu)不符合生產(chǎn)要求，或者在修理期間引起的正常生產(chǎn)的中斷造成的。據(jù)調(diào)查，我國(guó)在五六十年代，由于要求早強(qiáng)或防凍而摻用過(guò)量氯鹽的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因鋼筋銹蝕引起混凝土順筋開裂、剝落、構(gòu)件破壞的事例屢有發(fā)生、八十年代，由于混凝上外加劑的應(yīng)用不當(dāng)或施工和原材料質(zhì)量等原因，鋼筋混凝士的腐蝕也不斷出現(xiàn)。1

3、981年調(diào)查的華南地區(qū)18座海港鋼筋混凝土碼頭中，鋼筋銹蝕破壞或不耐久的就占89 ，基本完好的只有2座。短的只使用七年，如珠江5萬(wàn)噸級(jí)油碼頭建于1974年，到1981己普遍出現(xiàn)順筋裂縫，如珠江港一區(qū)碼頭建于1956年，到1981年己產(chǎn)生大面積的混凝土剝落，有資料表明，在英國(guó)因鋼筋銹蝕需要更換鋼筋或重建的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占36 。美國(guó)僅州際公路網(wǎng)56萬(wàn)多座橋梁中，處于嚴(yán)重失效的就省9萬(wàn)多座，損壞率達(dá)16%，一般使用5年后就出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞，每年損失數(shù)億美元?；炷现袖摻罡g引起結(jié)構(gòu)過(guò)早的破壞，己愈來(lái)愈引起全世界工程界的嚴(yán)重關(guān)注。為了通過(guò)提高建筑結(jié)構(gòu)在各種腐蝕性介質(zhì)中的抗腐蝕性和耐久性，消除建筑結(jié)構(gòu)

4、局部的修復(fù)工作，以減少建筑中腐蝕給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的損失。必須對(duì)于在各種腐蝕性介質(zhì)作用卜混凝十的損壞及鋼筋腐蝕過(guò)程的實(shí)質(zhì)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作特性和受力狀以及可以提供的防腐方法及其特性等，進(jìn)行深入的研究一 混凝土腐蝕機(jī)理與混凝土相接觸的周圍介質(zhì)，如空氣，水（海水 ，地下水）活 土壤中含有不 同濃度的額酸。鹽，堿類侵蝕性物質(zhì)時(shí)，當(dāng)其進(jìn)入混凝土內(nèi)部，以之相關(guān)成分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)后，混凝土遭受腐蝕，逐漸發(fā)生綻裂剝落，進(jìn)而引起鋼筋腐蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效混凝土腐蝕的原因和機(jī)理隨侵蝕介質(zhì)和環(huán)境條件而異，一般分為倆類（1） 溶蝕性腐蝕水泥的 水化物生成中，Ca(OH)2 最容易被滲入的水溶解，又促使水花硅酸概等多堿性

5、化合物發(fā)生水解，隨后破壞低堿性水化產(chǎn)物（CaO,SiO2）等，最終完全破壞水泥石結(jié)構(gòu)，某些酸鹽溶液滲入混凝土，生成無(wú)凝膠型的松軟物質(zhì)，易被水溶蝕。水泥石的溶蝕程度隨滲流速度增大 溶蝕后，膠結(jié)能力減弱，混凝土材料的整體性被破（2） 結(jié)晶膨脹性腐蝕含有硫酸鹽的水滲如混凝土中，與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2的化學(xué)作用生成石膏（CaSO4.2H2O）以溶液形式存在。石膏在和水化物鋁硫酸鹽起作用，形成多個(gè)結(jié)晶水的水化鋁硫酸鈣，體積膨脹，導(dǎo)致混凝土開列破壞二 海洋結(jié)構(gòu)中混凝土的腐蝕（1）機(jī)理海洋工程和濱海工程的混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期受海水或潮濕空氣的作用，其中含有大量的氯鹽，鎂鹽和硫酸鹽。它們與混凝土中的水泥水化

6、物Ca(OH)2作用后生成CaCl2,CaSO4等都是易溶物質(zhì)，NaCl又提高其溶解度，增大了混凝土的孔隙率，削弱了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使混凝土遭受 腐蝕1. Mg2鹽對(duì)混凝土的腐蝕機(jī)理Mg2對(duì)混凝土的侵蝕是通過(guò)分解水泥石中的Ca (OH)2,或直接分解膠凝物質(zhì)而使水泥石分解 其反應(yīng)式為: mCaO.nSiO2.aq+mMg2+-nSiO2.aq+mMg(OH)2l +mCa2+ mCaO.nAl2O3.aq+mMg2+-nA10,"aq+mMg(OH)2 l +mCa2+由于反應(yīng)生成的Mg (OH):溶解度很低(一般為18mg/I左右)，當(dāng)其溶液達(dá)到溶解平衡時(shí)， 溶液PH=10.5，比

7、飽和的水化硅酸鈣穩(wěn)定所要求的值小，致使水化硅酸鈣不斷地分解，使混 凝十的孔隙率提高，水泥漿硬化結(jié)構(gòu)疏松，結(jié)構(gòu)被削弱甚至解體，并為其它腐蝕組分的滲入 創(chuàng)造了條件。特別是Mg2+的含量較高時(shí)，混凝土外部Ca (OH)x的數(shù)量不夠被中和，因此，溶 液向混凝土內(nèi)部迅速擴(kuò)散，加速水泥石結(jié)構(gòu)的解體。這種現(xiàn)象在流動(dòng)的海水中更為嚴(yán)重。2. SO42+一對(duì)混凝土的侵蝕機(jī)理SO42+一對(duì)混凝土的腐蝕是最為常見的，也是最為嚴(yán)重的腐蝕組分之一。在含有33-35g/l 鹽類的海水中，SO42+的含量約為2500-2700mg/I,混凝十中的微孔。敞開孔的存在對(duì)混凝土111型的發(fā)展過(guò)程有很大作用。當(dāng)水中含有硫酸鹽時(shí)，會(huì)提

8、高水泥石某些組分的溶解度，從而加速腐蝕的發(fā)展。當(dāng)S認(rèn)2一的含量大于2100mg/l時(shí) 水與混凝土接觸 形成二水合石膏 CaSO4·2H20.石膏可能以溶液形式存在3.Cl-腐蝕機(jī)理鐵道部科學(xué)院研究院的研究表明.Cl-對(duì)水泥石的水化具有促進(jìn)作用; 但是當(dāng).Cl-含量過(guò) 高時(shí)，也會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生種種腐蝕和潰壞的現(xiàn)象。.Cl-對(duì)混凝土的作用表現(xiàn)為: 對(duì)于靠近液面以上的混凝土，依靠混凝土毛細(xì)管吸收作用，會(huì)將含氯鹽的溶液吸到液 面以上的部位;當(dāng)其中的水分蒸發(fā)后，或由于液面的下降而變干時(shí)，則會(huì)析出晶鹽，將鹽分 遺留于混凝土內(nèi)。如果溶液中的氯鹽含量較高，或者反復(fù)干濕循環(huán)，將會(huì)使更多的鹽分帶進(jìn) 混

9、凝土:這樣，晶鹽就會(huì)在混凝土孔隙中產(chǎn)生很高的結(jié)晶壓力，使混凝土表面剝蝕或開裂崩 碎。當(dāng)CaCl2的濃度較高(>15%)時(shí)，它能與Ca0在液相中形成氯氧化鈣(3Ca02+CaCl2.15H2O)含有大量結(jié)品水的物質(zhì)會(huì)形成極其微小的針狀結(jié)品狀態(tài)，該物質(zhì)積聚較多時(shí)就會(huì)導(dǎo)致混凝土的隆脹型腐蝕除上述之外，高濃度氯鹽的存在會(huì)使混凝土的干縮濕脹現(xiàn)象更加明顯:微觀研究表明:.Cl-,能滲入托貝莫來(lái)石凝膠內(nèi)部起破壞凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用。4 .多種組分腐蝕的交互作用機(jī)理由于海洋環(huán)境條件存在著多種侵蝕組分，當(dāng)它們同時(shí)作用于混凝十時(shí)，會(huì)相互影響，對(duì)混凝十的腐蝕，有時(shí)互相加劇，而有時(shí)則相互抑制，為了充分利用其有利的

10、方面，消除其不利的影響，必須掌握其本質(zhì)的規(guī)律性。首先，SO42- Mg2各自都對(duì)混凝土有侵害作用，當(dāng)它們同時(shí)滲入混凝土內(nèi)部時(shí)，會(huì)相互促進(jìn)而加劇對(duì)混凝土的腐蝕:從另一個(gè)方面來(lái)講，若混凝土質(zhì)量較均勻，而且比較密實(shí)，那么滲入少量的Mg2和SO42- 對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)較為有利。當(dāng)SO42-與水泥礦物結(jié)合的膨脹型礦物較少而且分布均勻時(shí)，會(huì)使水泥漿體內(nèi)部的部分孔隙被堵塞，尤其是對(duì)連通孔道有阻隔作用。同樣，在密實(shí)性較好的 混凝土中先期滲入的M擴(kuò)+與水泥礦物反應(yīng)生成了Mg(OH)2沉淀。從而堵塞了部分孔隙使后 繼的侵蝕性組分較難進(jìn)入，因此，Mg2+和SO42-的作用既取決于其濃度也取決于混凝土本身。 Cl-的存

11、在會(huì)使5042"的腐蝕作用得到抑制。由于CI一的滲入速度比SO42-的滲入速度快， 先期滲入的CI一會(huì)與水泥中CA反應(yīng)生成水化氯鋁酸鈣(3CaO·A1203·Ca CI2·10H20 )- 若Cl-濃度較人時(shí)會(huì)消耗大量的CA,當(dāng)5042"滲入時(shí)形成的膨脹型鈣礬石則相對(duì)減少，緩解 了硫酸鹽的腐蝕。當(dāng)然，先期生成的水化氯鋁酸鈣有可能被后來(lái)的SO42-置換生成鈣礬石， 但是由于這是鈣礬石生成的條件發(fā)生了變化.因而不可能產(chǎn)生較大的膨脹，也不會(huì)造成較大 的局部?jī)?nèi)應(yīng)力。這種轉(zhuǎn)化一般時(shí)在液相中的緩慢轉(zhuǎn)化，因而使得鈣礬石的體積膨脹遠(yuǎn)不及硫 酸鹽直接與CA 結(jié)合

12、生成鈣礬石時(shí)的大，況且這時(shí)混凝十己有足夠的強(qiáng)度，能抵抗較小的 膨脹應(yīng)力。近年來(lái)，許多學(xué)者的研究表明:當(dāng)水泥石孔隙液PH值低于12時(shí)，通過(guò)液相生成的鈣礬石不會(huì)膨脹，可以認(rèn)為:當(dāng)SO42-滲入到一定的濃度時(shí)，隨著水化過(guò)程的進(jìn)行，液相中的Ca (OH) 2大部分己被結(jié)合成了新的水化產(chǎn)物而使PH值有所卜降.造成鈣礬石不會(huì)膨脹的條件。Cl-的存在對(duì)SO42-的腐蝕具有緩解作用，而且由于氯鋁酸鈣較多的生成也會(huì)使混凝十中的孔隙部分被堵塞，阻礙了其它介質(zhì)的滲入。（2）概況自1824年水泥發(fā)明后，水泥就被使用于建筑的各個(gè)領(lǐng)域中，其中也包括了分布在沿海的各類混凝土構(gòu)筑物。在嚴(yán)酷的含鹽分的海水、海風(fēng)作用下，建筑物受

13、到了不同程度的腐蝕，有些構(gòu)筑物能夠長(zhǎng)期保持耐久性，使用性能良好，令人驚奇，但也有些構(gòu)筑物因?yàn)楦鞣N原因，腐蝕情況嚴(yán)重，發(fā)生了各種情況的破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了使用功能。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，分布在沿海的各種建筑越來(lái)越多，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起到的作用也越來(lái)越大。所以對(duì)近海建筑物腐蝕的研究也越來(lái)越被建筑領(lǐng)域的研究人員所重視。在近百年中，研究人員對(duì)腐蝕的各個(gè)影響因素進(jìn)行了廣泛的研究，并取得的大量的研究成果，從而進(jìn)一步的指導(dǎo)了建筑物的選材，設(shè)計(jì)以及施工等的各個(gè)方面。隨著基礎(chǔ)材料水泥以及砂等品質(zhì)、配合比例和管理水平不斷提高，人們對(duì)海洋建筑物腐蝕情況的進(jìn)一步了解，各類海洋設(shè)施中混凝土構(gòu)筑物的應(yīng)用范圍日趨廣泛，其抗拒

14、海浪、海風(fēng)的侵蝕性能不斷提高，各種使用性能也得到了很大的提高。在當(dāng)代，國(guó)內(nèi)外沿海和近海出現(xiàn)了大量混凝土構(gòu)筑物，如碼頭、防波堤、跨海橋梁、 人工島嶼和海上飛機(jī)場(chǎng)等。作為一種節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、用途極為廣泛的人工耐久性材料，混凝 土是日前世界上使用最廣泛的建筑材料之一，有許多與人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的結(jié)構(gòu) 物都是用混凝土或鋼筋混凝土建造的，如房屋建筑、公路及鐵路橋梁、港口碼頭、海岸防 波堤、水壩等。但是，如果這些結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于化學(xué)腐蝕性介質(zhì)等惡劣環(huán)境中，外部腐蝕介 質(zhì)的影響加上由于設(shè)計(jì)、施工或使用方法不當(dāng)，往往會(huì)使其壽命沒(méi)有所預(yù)期的那樣長(zhǎng)，十 兒年甚至幾年就會(huì)因鋼筋銹蝕而引起結(jié)構(gòu)開裂破損，甚至崩潰。三 不

15、同混凝土的抗腐蝕性下表是混凝土與砂漿立方體試件在侵蝕性條件下的抗壓強(qiáng)度?？梢钥闯龌炷撩軐?shí)越高,其抗壓強(qiáng)度越大,抗腐蝕性越好。四 關(guān)于混凝土抗腐蝕的一些解決方法(1)對(duì)混凝土耐久性有較大影響的設(shè)計(jì)因素中，威脅混凝土結(jié)構(gòu)的最主要形式是氯化物導(dǎo)致的鋼筋腐蝕。防止或減緩氯化物侵蝕難度較大，因?yàn)樗枰韵赂鞣矫娴慕Y(jié)合：整體的結(jié)構(gòu)和耐久性設(shè)計(jì)，根據(jù)具體情況，確保結(jié)構(gòu)在最大程度上易于接近、易于觀察、易于維修、易于更換。適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和鋼筋布置及詳細(xì)設(shè)計(jì)，以控制和限制裂縫的寬度。合適的混凝土配料設(shè)計(jì)。 非?？煽康氖┕げ僮鞒绦?，滿足要求的現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。在初期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段考慮一個(gè)有計(jì)劃的、系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)方案。(2

16、)耐久性措施1) 高性能混凝土 通過(guò)摻人粉煤灰、高爐礦渣、微硅粉中的一種或多種摻料，來(lái)提高混凝土在特定條件下所需要的特定性能，如高彈性模量、低滲透性以及抵抗某些類型破壞的性能2) 提高混凝土中鋼筋的保護(hù)層厚度 試驗(yàn)顯示即使是低水灰比、高質(zhì)量的混凝土，在暴露于有氯鹽存在的環(huán)境中，混凝土表面12ram深度內(nèi)的氯離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2550ram深度范圍內(nèi)的氯離子的含量。因此在海洋環(huán)境中的工程，混凝土保護(hù)層的厚度應(yīng)比一般的混凝土保護(hù)層厚度要大一些3) 嚴(yán)格控制混凝土水灰比及膠凝材料總量4) 混凝土表面涂層 在已施工好的浪濺區(qū)混凝土表面及時(shí)涂上防腐蝕材料，也包括在PHC樁表面包覆特殊材料(如玻璃鋼等)5) 施工控制：混凝土攪拌確保生產(chǎn)耐久性的混凝土，攪拌設(shè)計(jì)確保高質(zhì)量、高密度、永久性和耐用型混凝土。定時(shí)測(cè)定骨料中的氯化物。混凝土澆筑在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。骨料保持在陰暗處，可