鋼筋混凝土是一種復(fù)合材料,鋼筋承受拉力,混凝土承受壓力,在正常的狀況下,混凝土為鋼筋提供了一個(gè)保護(hù)環(huán)境。普通硅酸鹽水泥水化后,硅酸鹽成分起反應(yīng)生成鈣硅酸鹽水化物和氫氧化鈣,另外水泥成分中的石灰和水快速反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸}。
2(3CaO·SiO2)+6H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2 （1）
2(2CaO·SiO2)+4H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2 （2）
2CaO+2H2O→2Ca(OH)2 （3）
完全水化的硅酸鹽水泥最初的成分中含15%～30%氫氧化鈣(重量),當(dāng)這些氫氧化物溶解于水時(shí)能和其它成分結(jié)合在一起。此時(shí)鋼筋處于pH值12～13的堿性環(huán)境中,在鋼的表面生成了一層γ-Fe2O3保護(hù)膜,結(jié)果是鋼筋位于布拜圖(金屬在不同pH值和不同電位值的腐蝕狀態(tài)圖)的鈍化區(qū)之內(nèi)。又因?yàn)榛炷翆訉Ωg介質(zhì)有一定的阻礙作用,因此在一般腐蝕環(huán)境中鋼筋的腐蝕程度很輕。
混凝土中鋼筋的抗腐蝕能力在某些介質(zhì)中可以被破壞,首先,環(huán)境中的某些成分可以與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致pH值降低。第二,強(qiáng)穿透離子例如氯離子的存在,可以破壞保護(hù)膜。在這兩種情況下鋼鐵表面就暴露于腐蝕環(huán)境中。
前者的一個(gè)例子是二氧化碳碳化,當(dāng)暴露在含二氧化碳的大氣中時(shí),混凝土中的氫氧化鈣就與二氧化碳發(fā)生如下反應(yīng)
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
這個(gè)反應(yīng)最終的結(jié)果使混凝土的強(qiáng)度得到輕微的提高,但pH值降低至8～8.5時(shí),鋼筋處于非保護(hù)狀態(tài)。因?yàn)殇摫砻娴?/FONT>pH值處于≥10.5時(shí)才形成鈍化的氧化膜。
氯離子半徑小、穿透力強(qiáng),所以能夠通過混凝土的微小孔隙,達(dá)到混凝土內(nèi)的鋼筋表面,而氯離子對鋼筋表面生成的鈍化膜有非常強(qiáng)的破壞能力,使金屬的鈍態(tài)不能建立,造成鋼筋的嚴(yán)重腐蝕與混凝土開裂,這種腐蝕開裂的原因是鐵腐蝕產(chǎn)物的體積比原來鐵的體積大得多。如Fe(OH)2體積是鐵的4倍,Fe3O4的體積是鐵的8倍,從而產(chǎn)生較大的突變應(yīng)力,這一應(yīng)力大大超出混凝土的抗拉強(qiáng)度,引起混凝土的開裂和剝落,這時(shí)環(huán)境中更多的腐蝕介質(zhì)會接觸到鋼筋,促進(jìn)鋼筋的進(jìn)一步腐蝕。氯離子進(jìn)入混凝土中有幾種途徑,例如:結(jié)構(gòu)處于海水環(huán)境中、路面使用除冰鹽、沿海地區(qū)的鹽霧污染,等另外使用氯化鈣早強(qiáng)劑也產(chǎn)生了大量的含氯污染物,還有,使用未充分清洗的海砂,也增加了氯離子的來源。 鋼筋引發(fā)腐蝕,氯離子的濃度是一個(gè)重要的指標(biāo)。在堿性溶液中已經(jīng)進(jìn)行了很多調(diào)查,證明即使在濃度低于水泥重量的0.001%就可導(dǎo)致腐蝕的開始。然而從現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和植入混凝土的電極工作來看,較低程度的腐蝕發(fā)生在氯離子濃度為0.1%～0.2%的時(shí)候,因此,采用溶解狀態(tài)的氯占水泥含量的0·15%是否可作為考慮采用防腐蝕措施的準(zhǔn)則。
鋼筋混凝土的防腐蝕措施
常規(guī)的防腐蝕措施可分為兩大類:針對混凝土方面,采用低滲透混凝土和增加保護(hù)層厚度,適當(dāng)厚度的保護(hù)層和低的水灰比可延長氯離子到達(dá)鋼筋的時(shí)間,一些添加物可減少混凝土中的孔隙。浸透涂層可封閉混凝土的孔隙,使混凝土更加密實(shí),防滲水膜可以阻止氯離子等物質(zhì)的進(jìn)入。針對鋼筋方面,可采用環(huán)氧粉末噴涂的鋼筋以及電鍍鋼筋等方案。
以上方法雖然能在一定程度上阻止腐蝕的發(fā)生,但都存在不足之處。下面介紹根本的解決方案———陰極保護(hù)。
陰極保護(hù)法cp
鋼筋在海水中的腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過程,鐵表面失去電子發(fā)生陽極氧化反應(yīng),陰極保護(hù)法就是利用了它的電化學(xué)腐蝕原理,通過人為氯離子進(jìn)入混凝土中有幾種途徑,例如:結(jié)構(gòu)處于海水環(huán)境中、路面使用除冰鹽、沿海地區(qū)的鹽霧污染,等另外使用氯化鈣早強(qiáng)劑也產(chǎn)生了大量的含氯污染物,還有,使用未充分清洗的海砂,也增加了氯離子的來源。鋼筋引發(fā)腐蝕,氯離子的濃度是一個(gè)重要的指標(biāo)。在堿性溶液中已經(jīng)進(jìn)行了很多調(diào)查,證明即使在濃度低于水泥重量的0.001%就可導(dǎo)致腐蝕的開始。然而從現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和植入混凝土的電極工作來看,較低程度的腐蝕發(fā)生在氯離子濃度為0.1%～0.2%的時(shí)候,因此,采用溶解狀態(tài)的氯占水泥含量的0·15%是否可作為考慮采用防腐蝕措施的準(zhǔn)則。
鋼筋混凝土的防腐蝕措施
常規(guī)的防腐蝕措施可分為兩大類:針對混凝土方面,采用低滲透混凝土和增加保護(hù)層厚度,適當(dāng)厚度的保護(hù)層和低的水灰比可延長氯離子到達(dá)鋼筋的時(shí)間,一些添加物可減少混凝土中的孔隙。浸透涂層可封閉混凝土的孔隙,使混凝土更加密實(shí),防滲水膜可以阻止氯離子等物質(zhì)的進(jìn)入。針對鋼筋方面,可采用環(huán)氧粉末噴涂的鋼筋以及電鍍鋼筋等方案。 以上方法雖然能在一定程度上阻止腐蝕的發(fā)生,但都存在不足之處。下面介紹根本的解決方案———陰極保護(hù)。 陰極保護(hù)法cp 鋼筋在海水中的腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過程,鐵表面失去電子發(fā)生陽極氧化反應(yīng),陰極保護(hù)法就是利用了它的電化學(xué)腐蝕原理,通過人為用于已建成混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù),它的壽命不長(10～15年),它在到達(dá)年限時(shí)就消耗完了。
(2)外加電流CP被認(rèn)為是一種主動(dòng)的方法,采用整流器以及惰性陽極(如:鈦基陽極),把金屬結(jié)構(gòu)作為陰極進(jìn)行保護(hù)。一個(gè)低的直流電流從陽極通過混凝土流到鋼筋的表面,這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可通過調(diào)整電源輸出來調(diào)節(jié)流到鋼筋上的電流。外加電流CP作為一項(xiàng)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于含鹽混凝土中已經(jīng)有20年。
一個(gè)CP系統(tǒng)成功的基本因素是陽極布置方式,它使電流能通過整個(gè)結(jié)構(gòu),這對于高電阻率的混凝土介質(zhì)來說尤其重要。在所有情況下,都必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理,受保護(hù)的鋼筋必須保持電的連續(xù)性,以得到保護(hù)。對主要結(jié)構(gòu)來說,鋼筋的接地電阻應(yīng)該足夠小,其值為0.1～0.3Ω。鋼筋可能沒有足夠的電連續(xù)性,在這種情況下,必須提供電連接,以使鋼筋內(nèi)部消除非連續(xù)性,從而成為CP系統(tǒng)的單一陰極。此時(shí)混凝土充當(dāng)電解質(zhì),提供離子在陰、陽極間移動(dòng),如果大面積的開裂、分層,陰陽極間任何形式的聚合成份的存在,都會導(dǎo)致系統(tǒng)的無效或不適用。如發(fā)生上述情況,恰當(dāng)?shù)臋z查和修補(bǔ)工作應(yīng)在應(yīng)用CP之前進(jìn)行。
陰極保護(hù)技術(shù)作為一項(xiàng)效果好、應(yīng)用領(lǐng)域廣的防腐蝕技術(shù)，其使用效果已經(jīng)得到了大家的認(rèn)可。在我國，陰極保護(hù)最早主要應(yīng)用于石油化工、船舶等領(lǐng)域，近年來隨著東海大橋、杭州灣大橋、青島跨海大橋等跨海大橋的修建，在橋梁、港口等眾多領(lǐng)域都得到了推廣。相信隨著眾多領(lǐng)域?qū)Ωg控制的重視，經(jīng)過我們廣大防腐蝕工作者的努力，陰極保護(hù)將在我國得到更大發(fā)展，為更多構(gòu)筑物、設(shè)備提供防腐蝕保護(hù)。 |
