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混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理
來源:  發(fā)布:2024/12/16 9:45:31

混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理

造成鋼筋混凝土建筑物破壞的主要原因有:① 氯離子侵蝕,② 中性化,③ 凍害,④ 鋼筋銹蝕等。

1.氯離子侵蝕

氯離子對(duì)鋼筋混凝土的侵蝕主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面:

① 破壞鋼筋鈍化膜

水泥水化所形成的高堿性環(huán)境(pH12.6),使混凝土內(nèi)的鋼筋表面產(chǎn)生一層致密鈍化膜。然而,鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的,研究和實(shí)踐表明,當(dāng)pH11.5時(shí)(臨界值),鈍化膜就開始不穩(wěn)定;當(dāng)pH9.88時(shí),鈍化膜生成困難或已經(jīng)生成的鈍化膜逐漸破壞。氯離子進(jìn)入混凝土中并到達(dá)鋼筋表面,當(dāng)它吸附于局部鈍化膜時(shí),可使該處的pH值迅速降低。

② 形成“腐蝕電池”

氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜的破壞首先發(fā)生在局部(點(diǎn))

② 形成腐蝕電池

氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜的破壞首先發(fā)生在局部(點(diǎn)),使這些部位(點(diǎn))露出了鐵基體,與尚完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成電位差,鐵基體作為陽(yáng)極而受腐蝕,大面積的鈍化膜區(qū)作為陰極。腐蝕電池作用使得鋼筋表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕,由于大陰極(鈍化膜區(qū))對(duì)應(yīng)于小陽(yáng)極(鈍化膜的破壞點(diǎn)),坑蝕發(fā)展十分迅速。這就是氯離子對(duì)鋼筋表面產(chǎn)生以“坑蝕”為主破壞的原因所在。

③ 氯離子的陽(yáng)極去極化作用

氯離子不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池,而且加速了電池作用的過程。陽(yáng)極反應(yīng)過程形成Fe2+,如果生成的Fe2+不能及時(shí)搬運(yùn)走而積累于陽(yáng)極表面,則陽(yáng)極反應(yīng)就會(huì)因此受阻;相反,如果生成的Fe2+能及時(shí)被搬運(yùn)走,使得陽(yáng)極過程就會(huì)順利進(jìn)行乃至加速進(jìn)行。

可以看出,Cl-只是參與了過程,同時(shí)起到了搬運(yùn)作用,重要的是它在整個(gè)過程中并沒有被消耗掉,換言之,凡是進(jìn)入到混凝土中游離狀態(tài)的氯離子,會(huì)周而復(fù)始地起破壞作用,這也是氯鹽危害的特點(diǎn)之一。

④ 氯離子的導(dǎo)電作用

混凝土中氯離子的存在,強(qiáng)化了離子通路,降低了陰極、陽(yáng)極之間的電阻,提高了腐蝕電池的效率,從而加速了電化學(xué)腐蝕過程。

⑤ 氯離子與水泥的作用及對(duì)鋼筋銹蝕的影響

水泥中的鋁酸三鈣(C3A),在一定條件下可與氯離子作用生成不溶性“復(fù)鹽”,當(dāng)混凝土的堿度降低時(shí),復(fù)鹽會(huì)發(fā)生分解,重新釋放出氯離子。就此而言,復(fù)鹽還有潛在危險(xiǎn)的一面,保持混凝土的高堿性對(duì)于防止復(fù)鹽的分解也是非常重要的。

2.中性化

空氣中的酸性氣體或液體侵入混凝土中,與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),使混凝土中的pH值下降的過程稱為混凝土的中性化過程,由于大氣中均有一定含量的CO2,碳化是普遍的混凝土中性化過程。

混凝土碳化的危害是會(huì)引起鋼筋銹蝕。碳化是一般大氣環(huán)境下混凝土中鋼筋脫鈍銹蝕的前提條件,從而影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

3.凍融

混凝土凍融破壞分為一般凍融破壞(即水中凍融破壞)和鹽凍破壞,其破壞機(jī)理如下:

1)混凝土凍融破壞機(jī)理

混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用稱為凍融破壞,混凝土處于飽水狀態(tài)和凍融循環(huán)交替作用是混凝土發(fā)生凍融破壞的必要條件。圍繞混凝土凍融破壞機(jī)理的研究形成了多種理論,如靜水壓理論、滲透壓理論、水的離

析成層理論、充水系數(shù)理論、臨界飽水值理論和孔結(jié)構(gòu)理論。

2)混凝土鹽凍破壞機(jī)理

混凝土的鹽凍破壞一般是指在凍融循環(huán)條件下,由鹽引起的混凝土表面剝蝕破壞,多發(fā)生于寒冷地區(qū)海洋環(huán)境和除冰鹽環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)。總體看來,鹽凍對(duì)混凝土的破壞要比凍融對(duì)混凝土的破壞更加嚴(yán)酷。

4.鋼筋銹蝕

混凝土中的鋼筋銹蝕屬于電化學(xué)腐蝕,根據(jù)腐蝕電化學(xué)原理,混凝土中鋼筋銹蝕的發(fā)生必須具備以下三個(gè)條件:

1)在鋼筋表面存在電位差,構(gòu)成腐蝕電池;

2)鋼筋表面的鈍化膜破壞,處于活化狀態(tài);

3)在鋼筋表面有腐蝕反應(yīng)所需的水和溶解氧。

鋼筋銹蝕是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的關(guān)鍵因素,混凝土中的鋼筋一旦發(fā)生銹蝕,銹蝕產(chǎn)物是原體積的34倍,使鋼筋周圍混凝土受到膨脹壓力,造成混凝土保護(hù)層出現(xiàn)順筋裂縫,順筋裂縫出現(xiàn)后,鋼筋銹蝕進(jìn)一步加劇,最終導(dǎo)致混凝土保護(hù)層的大片脫落,鋼筋裸露,危及結(jié)構(gòu)安全。

防護(hù)必要性

美國(guó)學(xué)者Sitter用五倍定律來描述用于新建和維修不同腐蝕階段的混凝土結(jié)構(gòu)的費(fèi)用:在混凝土結(jié)構(gòu)新建時(shí)節(jié)省1美元的腐蝕防護(hù)費(fèi)用,在發(fā)現(xiàn)銹蝕時(shí),采取措施所需要的費(fèi)用為5美元;當(dāng)發(fā)生混凝土表面順筋開裂時(shí),需要25美元;當(dāng)發(fā)生結(jié)構(gòu)嚴(yán)重腐蝕破壞時(shí),需要125美元。由此可見,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)越早采取修復(fù)防護(hù)措施,其修復(fù)防護(hù)費(fèi)用越低,因此造成的損失越小。

因此,對(duì)新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采取合理的防護(hù)措施,對(duì)在役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)與防護(hù),將會(huì)大大延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命,腐蝕損失將減少25%~40%。

為了阻止氯離子等有害物質(zhì)侵入混凝土,應(yīng)該從提高混凝土自身性能、加大保護(hù)層厚度和外加防腐措施來著手。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于提高混凝土自身性能主要有添加合適的膠凝材料、降低水灰比、使用外加劑、提高水泥系數(shù)。然而混凝土是一種典型的多孔材料,即使是高密實(shí)混凝土也存在一定的孔隙。尤其是在海洋這樣一個(gè)嚴(yán)苛的環(huán)境中,單靠混凝土自身性能的提高,不足以實(shí)現(xiàn)海洋工程的耐久性。對(duì)于截面較大的構(gòu)件,可以設(shè)計(jì)較大的保護(hù)層厚度,而跨度較大的構(gòu)件為了減輕自身重量,往往需要限制保護(hù)層厚度。所以不可能做到無限增大保護(hù)層厚度。因此,對(duì)于海洋混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)該采取附加的防腐措施。美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)確認(rèn)了四種鋼筋混凝土保護(hù)附加措施:環(huán)氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑、陰極保護(hù)和鋼筋混凝土表面防護(hù)涂料。而鋼筋混凝土表面防腐是其中簡(jiǎn)單而有效的附加措施。又因?yàn)檫@種措施不僅可以運(yùn)用到新建結(jié)構(gòu),而且可以運(yùn)用到已有建筑的修復(fù)中。所以,鋼筋混凝土表面防腐措施已越來越受到大家的關(guān)注。

混凝土表面涂層防護(hù)是在混凝土表面涂刷保護(hù)涂料,涂料或滲入混凝土內(nèi)部一定深度形成憎水層,或?qū)⒈砻婵紫都叭毕莘忾],從而阻止水分及有害物質(zhì)的侵入;炷帘砻娌捎猛繉臃雷o(hù)可以防止或延緩腐蝕的發(fā)生,從而延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。



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