摘要:腐蝕是影響混凝土結構耐久性、可靠性的至關重要的因素。為深入了解混凝土結構的腐蝕,本文從影響混凝土結構的腐蝕性介質,混凝土結構的腐蝕機理,混凝土結構的腐蝕預防措施,并結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量,在設計中應根據腐蝕介質的性質、濃度和作用條件,結合工程部位的重要性等因素,正確選擇防腐蝕材料和構造;在施工中應嚴格執行科學的制度,精心施工,確保建筑工程質量,提高建筑物使用壽命,執行可持續發展。
關鍵字:混凝土結構 腐蝕腐蝕性介質 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,建筑也以其優美造型給我們帶來愉悅。隨著社會的不斷進步,隨著對環境資源的重視,人們對建筑質量有更高的要求,也越來越重視建筑工程中的腐蝕現象。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,是材料與其環境間的物理化學作用引起材料本身性質的變化。
腐蝕反應的場所,首先是材料和腐蝕性介質之間相界面處。在一個腐蝕系統中,對材料行為起決定作用的是化學成分、結構和表面狀態。腐蝕過程中如伴有機械應力的作用,將加速腐蝕而出現一系列特殊的腐蝕現象。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,電力工程建設中存在著大量的腐蝕行為。如何通過設計選材適當、保證施工質量,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人員探索的課題。對電力土建專業來說,確保建筑物的耐久性,尤其是保證混凝土結構的耐久性,防止或減少混凝土結構中腐蝕出現,應該成為我們探索的目標。
一、影響混凝土結構的腐蝕性介質
為了確定建筑物不同部位的防護措施,將腐蝕性介質按其形態并結合不同的作用部位分為5種:氣態介質、腐蝕性水、酸堿鹽溶液、固態介質和污染土。各種介質對不同材料的腐蝕程度,可按介質類別、環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.氣態介質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外上部建筑結構的構配件。
2.腐蝕性水系指在工業生產過程中受到各種介質污染的工業水(生產水和廢水)或地下水,介質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、污水池、地面和墻面等。
3.酸堿鹽溶液:含有不同濃度介質的酸堿鹽液體(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、設備基礎的地上部位、儲槽和污水池等。
4.固態介質包括腐蝕性堿、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構的構配件。
5.污染土系指建筑場地由于生產或自然環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筑物。
二、混凝土結構的腐蝕機理
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堿-集料的反應(混凝土中堿含量超標,暴露在水或潮濕環境使用時,其中的堿與堿活性集料間發生反應,引起膨脹)。
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復合體,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,同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導致整個結構的破壞;二是混凝土本身并未腐蝕,但由于外部介質的作用,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,對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力,其數值可達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。
在通常情況下,混凝土空隙中充滿了由于水泥水解時產生的氫氧化鈣飽和溶液,其堿度很高,pH值在12以上。鋼筋在高堿度的環境中,表面沉積一層致密的氫氧化鐵薄膜,而轉入鈍化狀態,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,鋼筋由鈍化狀態轉化為活性狀態,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果。酸性氣體沿著混凝土中的空隙或裂縫,從外部逐漸向內部滲透,與混凝土空隙中的氫氧化鈣溶液產生中和反應,大大降低了混凝土空隙中氫氧化鈣的濃度。空氣中的二氧化碳屬于酸性氣體,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所要求大于11.5的數值。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外,還與它們中性化后生成的鹽類的性質、種類有關。
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