混凝土中鋼筋銹蝕及預(yù)防

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋和混凝土的優(yōu)點(diǎn),造價較低,在土建工程中的應(yīng)用范圍非常廣泛。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早被破壞的主要原因之一。新鮮混凝土是呈堿性的,其pH值一般大于12.5,在此堿性環(huán)境中鋼筋容易發(fā)生鈍化作用,使鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜,能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳、水汽和氯離子等有害物質(zhì)從混凝土表面通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和,從而導(dǎo)致混凝土的pH 值降低,就出現(xiàn)pH 值小于9這種情況,鋼筋表面的鈍化膜就會被逐漸破壞,鋼筋就并且發(fā)生銹蝕,并且隨著銹蝕的加劇,會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂,鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力破壞,鋼筋受力截面減少,結(jié)

2、構(gòu)強(qiáng)度降低等,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性的降低。1混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理混凝土中鋼筋銹蝕一般為電化學(xué)銹蝕。二氧化碳和氯離子是混凝土中鋼筋鈍化膜破壞的最重要和最常遇見的環(huán)境介質(zhì),因此混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理主要有兩種:即混凝土碳化和氯離子的侵入?；炷林袖摻钿P蝕是在有水分子參與的條件下發(fā)生的,其電極反應(yīng)式為:陽極Fe Fe 2+2e,陰極O 2+2H 2O+4e 4OH -,陽極表面二次化學(xué)過程為Fe 2+2OH -Fe(OH2,4Fe(OH2+O 2+2H 2O 4Fe(OH3。在氧氣和水汽的共同作用下,由上述電化學(xué)反應(yīng)式的鋼筋表面的鐵不斷失去電子而溶于水,從而逐漸被腐蝕,在鋼筋表面生成紅鐵銹,引起混凝土開

3、裂。氯離子CL-和氫氧根離子OH -爭奪腐蝕產(chǎn)生的F e 2+,形成F e C l 24H O 2(綠銹,綠銹從鋼筋陽極向含氧量較高的混凝土孔隙遷徙,分解為Fe(OH2(褐銹。褐銹沉積于陽極周圍,同時放出H +和Cl -,它們又回到陽極區(qū),使陽極附近的孔隙液逐步酸化,Cl -再帶出更多的Fe 2+。這樣,氯離子雖然不構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物,在腐蝕中也不消耗,但給腐蝕起了催化作用。反應(yīng)式為:Fe 2+2Cl -+4H 2O FeCl 24HO 2,FeCl 24HO 2Fe(OH2+2C l -+2H +2H 2O。2影響鋼筋銹蝕的因素影響鋼筋銹蝕的因素很多,包括鋼筋位置、鋼筋直徑、水泥品種、混凝土的密實(shí)

4、度、保護(hù)層厚度及完好性、外部環(huán)境等。2.1混凝土液相pH值。鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH 值有密切關(guān)系,pH 值大于10時,鋼筋銹蝕速度很小,pH 值小于4時,鋼筋銹蝕速度急劇增加。2.2混凝土中Cl -的含量?；炷林蠧l -的含量對鋼筋銹蝕影響極大,氯鹽的摻量應(yīng)少于水泥重量的1%。2.3混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層厚度。混凝土能阻止外界腐蝕介質(zhì)、氧氣和水分等的滲入,混凝土密實(shí)度越高,保護(hù)層越厚,外界有害物質(zhì)就越難滲入,鋼筋銹蝕就不容易發(fā)生。2.4混凝土保護(hù)層的完好性?；炷帘Ｗo(hù)層的完好性指混凝土是否開裂、有無蜂窩空洞等。它對鋼筋銹蝕有明顯的影響,特別是對處于潮濕混凝土中鋼筋銹蝕及預(yù)防吳宗皓中鐵十

5、四局集團(tuán)有限公司310016摘要:混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題是當(dāng)前大家都很關(guān)注的問題,鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低的主要原因之一。通過分析混凝土中鋼筋銹蝕的機(jī)理和影響因素,提出了防止鋼筋銹蝕的一些措施。關(guān)鍵詞:鋼筋;銹蝕;預(yù)防環(huán)境或腐蝕介質(zhì)中的混凝土結(jié)構(gòu)影響更大。2.5環(huán)境條件。環(huán)境條件如溫度、濕度及干濕交替作用、海水飛濺、海鹽滲透等是引起鋼筋銹蝕的外在因素,都對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕有明顯的影響。2.6其他因素。除上述因素外,鋼筋應(yīng)力狀態(tài)對其銹蝕也有很大影響,預(yù)應(yīng)力鋼筋更容易腐蝕,而且應(yīng)力腐蝕比一般腐蝕更危險。3防止混凝土中鋼筋銹蝕的措施3.1提高混凝土的密實(shí)度,降低混凝土的孔隙率。外界的

6、有害物質(zhì)通過混凝土內(nèi)部的孔隙,滲入到混凝土內(nèi),最后到達(dá)鋼筋表面,破壞鋼筋鈍化膜,引起鋼筋銹蝕,因此,為阻止外界有害物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)而使鋼筋銹蝕,就要提高混凝土的密實(shí)度。而要提高混凝土的密實(shí)度,就必須降低混凝土的孔隙,特別是毛細(xì)管孔隙率,最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果純粹的降低用水量,混凝土的工作性將隨之降低,又會導(dǎo)致?lián)v實(shí)成型困難,同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密,甚至出現(xiàn)蜂窩等缺陷。提高混凝土密實(shí)度的措施有:1保證混凝土的施工質(zhì)量:首先要選用級配良好的骨料,控制材料的含泥量。因?yàn)槿绻橇系募壟洳缓?含泥量偏大,就會使混凝土內(nèi)部的孔隙增大,混凝土密實(shí)度隨之降低。其次混凝土要采用機(jī)械攪拌和機(jī)

7、械振搗,保證混凝土攪拌均勻,振搗密實(shí)。同時,要防止混凝土在運(yùn)輸和澆注過程中產(chǎn)生離析現(xiàn)象。最后要做好混凝土的養(yǎng)護(hù),保證混凝土到達(dá)設(shè)計強(qiáng)度要求。2摻入高效減水劑:在保證混凝土拌和物所需流動性的同時,盡可能降低用水量,減少水灰比,使混凝土的總孔隙,特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?會產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中,包裹著許多拌和水,從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性,就必須在拌和時相應(yīng)地增加用水量,這樣就會促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當(dāng)加入減水劑的定向排列,使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下,不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀

8、態(tài),還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜,同時使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來,因而達(dá)到減水的目的。許多研究表明,當(dāng)水灰比降低到0.38以下時,消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn),而摻入高效減水劑,完全可以將水灰比降低到0.38以下。3摻入高效活性礦物摻料:普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足,是影響混凝土耐久性的一個主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的,在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成。活性礦物摻料中含有大量活性SiO 2及活性Al 2O 3,它們能和波特蘭水泥水化過程中產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反映,生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化矽酸鈣,從而達(dá)到改善水化膠凝物

9、質(zhì)的組成,消除游離石灰的目的,使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密,并阻斷可能形成的滲透路徑。3.2防止氯離子的侵蝕氯離子的侵入是鋼筋被銹蝕的主要因素。氯離子進(jìn)入混凝土有兩種途徑:其一是“混入”,如摻用含氯離子的外加劑、使用海砂、施工用水含氯離子、在含鹽環(huán)境中拌制澆注混凝土等;其二是“滲入”,環(huán)境中的氯離子通過混凝土的宏觀、微觀缺陷滲入混凝土中,并到達(dá)鋼筋表面。為防止氯離子的侵入,采取的主要措施有:1控制原材料中氯離子的含量。當(dāng)原材料中氯離子含量超標(biāo)時,就要采取預(yù)防措施,這是防止混入型氯離子進(jìn)入混凝土的主要措施。對于施工用水中氯離子含量,我國規(guī)范規(guī)定尚不統(tǒng)一,約為3501200mg/L,對于鋼筋混凝土,海砂的

10、氯離子含量應(yīng)低于0.06%,混凝土外加劑中的氯離子含量目前規(guī)范無明確規(guī)定,但也應(yīng)加以控制。2提高混凝土保護(hù)層厚度?；炷帘Ｗo(hù)層增加,則氯離子滲入混凝土到達(dá)鋼筋的時間就會增加,這是延遲混凝土內(nèi)部開始鋼筋銹蝕的很有效的一種方法。3混凝土表面涂層。為制止氯離子滲入混凝土,延緩鋼筋腐蝕,涂覆混凝土作為第一道防線是一種簡單、經(jīng)濟(jì)和有效的輔助性保護(hù)措施。4鋼筋表層涂刷防腐涂料。目前采用較多的是環(huán)氧涂層鋼筋,由于其是在鋼廠流水線上涂覆的,因此一般可以保證涂層的高質(zhì)量,使鋼筋與周圍混凝土隔開,即使有害物質(zhì)大量侵入混凝土,也可長期保護(hù)鋼筋,使鋼筋免遭腐蝕。5摻加鋼筋阻銹劑。鋼筋阻銹劑的作用是鋼筋鈍化膜被破壞時能

11、夠自行再生,自動維持,從而避免鋼筋腐蝕,這比人為的涂層更加經(jīng)濟(jì)、簡便。拌制混凝土?xí)r摻加阻銹劑也是預(yù)防惡劣環(huán)境中鋼筋腐蝕的一種經(jīng)濟(jì)有效的補(bǔ)充措施,亞硝酸鹽是目前應(yīng)用最廣的鋼筋阻銹劑。3.3控制混凝土裂縫,盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)混凝土裂縫是普遍存在的,由于裂縫的存在和發(fā)展通常會使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力,影響建筑物的外觀、使用壽命,嚴(yán)重者將會威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全,很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致。因此在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生,使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度,尤其要盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)?；炷亮芽p產(chǎn)生的

12、原因很多,有變形引起的裂縫:如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫;有外載作用引起的裂縫;有養(yǎng)護(hù)環(huán)境不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等等。常見的有干縮裂縫、沉陷裂縫和溫度裂縫等。預(yù)防混凝土裂縫的主要措施有:1盡量選用收縮量較小、低熱或中熱水泥,如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。(下轉(zhuǎn)第107頁 表6微生物吞吐效果情況表(3經(jīng)濟(jì)效益微生物吞吐共計55口井,階段累計增油2729.9t,平均單井日增油49.6t創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益204.7*104元,投入57.75*104元,純經(jīng)濟(jì)效益146.95*104元,投入產(chǎn)出比1:3.54,取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。2、現(xiàn)場應(yīng)用微生物驅(qū)油試驗(yàn)(1試驗(yàn)區(qū)的基本情況微生物驅(qū)油區(qū)共

13、有開發(fā)井14口,其中注水井2口,采油井12口,平均單井有效厚度11.0m,連通厚度7.3m,水驅(qū)控制程度66.4%。井區(qū)于1988年6月投產(chǎn),初期平均單井日產(chǎn)油6.9t/d,1989年5月開始注水,1991年底采油井全面受效,平均單井日產(chǎn)油由2.7t/d恢復(fù)到10.8t/d,隨著注水開發(fā)時間的延長,部分采油井含水上升,油井產(chǎn)能下降,至2003年11月,平均單井日產(chǎn)液8.8t/d,日產(chǎn)油4.8t/d,含水45.5%。(2驅(qū)油效果為提高該井區(qū)的開發(fā)效果,2003年12月在2口注水井上開始注入微生物,分兩個階段共注入微生物97m 3。第一階段,連續(xù)注如菌液57m 3;第二階段分四個段塞注入,每次每口井注入菌液5m 3。注入微生物后,兩口井在日注水量不變的情況下,平均注水壓力逐漸降低,并在注入微生物后第三個月從連通油井上取樣檢測到注入的微生物。從水驅(qū)特征曲線看:注入微生物菌液后與原變化趨勢相比,