淺談混凝土結構的腐蝕因素及預防辦法

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淺談混凝土結構的腐蝕因素及預防辦法
摘要:隨著人們對建築質量的要求越高,也越來越重視建築工程中的腐蝕現象。由於多種因素,在建築工程中,腐蝕無所不在。本文就腐蝕混凝土結構的因素進行分析,進一步指出預防腐蝕混凝土結構的處理辦法。

關鍵詞:混凝土結構;腐蝕;因素;預防辦法
  
  
  1 腐蝕混凝土結構的因素:
  
  1.1 素混凝土結構
  素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結構的耐久性的主要因素為鹼-集料的反應(混凝土中鹼含量超標,暴露在水或潮溼環境使用時,其中的鹼與鹼活性集料間發生反應,引起膨脹)。
  1.2 鋼筋混凝土結構
  鋼筋混凝土結構材料是混凝土與鋼筋的複合體,它的腐蝕形態可分為兩種:一是由混凝土的耐久性不足,其本身被破壞,同時也由於鋼筋的裸露、腐蝕而導致整個結構的破壞;二是混凝土本身並未腐蝕,但由於外部介質的作用,導致混凝土本身化學性質的改變或引入了能激發鋼筋腐蝕的離子,從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失,引起鋼筋的鏽蝕。從化學成分來看,鋼筋的鏽蝕物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等,其體積比原金屬體積增大2~4倍。由於鐵鏽膨脹,對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力,其數值可達30MPa(大於混凝土的抗拉極限強度)使混凝土保護層沿著鏽蝕的鋼筋形成裂縫(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,最終使構件喪失承載能力。
  影響混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多,但主要的因素是混凝土的密實度,即抗滲效能。混凝土愈密實,即抗滲效能愈高,則外界的氣體只能作用於混凝土表面,向內部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對混凝土的中性化速度有一定的影響;不同品種的水泥,因其摻合料的品種及含量不同,水解時生成的鹼性物質數量不同,使混凝土的中性化速度也就不同了。
  普通矽酸鹽水泥的熟料含量多,摻合料的含量一般不大於15%,其鹼度比其它品種的水泥高,中性化速度相對的要慢。火山灰質矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥,由於摻合料中的活性氧化矽與水泥熟料中水解時產生的氫氧化鈣結合,從而降低了混凝土孔隙中的液相鹼度,加快了碳化或中性化的速度。
  1.3 預應力混凝土結構
  預應力混凝土結構的腐蝕除了具有普通混凝土結構的腐蝕型別外,由於採用高強度鋼筋和鋼筋在高應力條件下工作,所以可能發生應力腐蝕和鋼材的氫脆。
  1.3.1 應力腐蝕
  應力腐蝕是鋼筋在拉應力和腐蝕性介質共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機械應力破壞不同,它可以在較低的拉應力作用下破壞;這種破壞又與單純的電化學腐蝕破壞不同,它可以在腐蝕性介質很弱的情況下而破壞。
  腐蝕性介質與鋼筋作用,在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分佈的腐蝕坑後,每個腐蝕坑相當於一個缺口,鋼筋在拉應力的作用下,形成應力的不均勻分佈和應力集中,在缺口的邊緣,當鋼筋平均應力不高時,其集中的應力即可達到斷裂應力的水平,而引起鋼筋的斷裂。由於缺口的存在,形成了拉應力三軸不相等狀態,阻礙了鋼筋塑性變形的開展,使塑性變形效能在鋼筋斷裂前不能充分發揮出來,延伸率、冷彎等塑性指標均有明顯下降。預應力鋼筋的腐蝕是拉應力與腐蝕性介質共同作用的結果,腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用,而拉應力則促進了腐蝕的發展。
  1.3.2 氫脆
  氫脆是預應力鋼筋在酸性與微鹼性的介質中發生脆性斷裂的另一中型別。氫脆與應力腐蝕的機理完全不同。應力腐蝕發生在鋼筋的陽極,而氫脆發生在鋼筋的陰極區域。氫脆是由於鋼筋吸收了原子氫,而使其變脆,所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中,表面可能有少量氫氣產生,在通常情況下,生成的原子氫會迅速結成分子氫,在常溫下是無害的,但當這一過程受到阻礙時,氫原子就會向鋼筋內部擴散而被吸收到金屬內部的晶格中去,如果鋼筋內部有缺陷存在,氫原子很可能重新結合成為氫分子。氫分子的生成產生很大的壓力,出現“鼓泡”現象。使鋼筋變脆。產生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時,便會發生斷裂。硫化氫是能引起預應力鋼筋氫脆的介質之一。