混凝土中钢结构锈蚀与结构耐久性 下载本文

摘要:当今社会,钢筋混凝土结构已成为混凝土加固的一个重要组成部分,钢筋也是混凝土中不可缺少的部分,是混凝土的整个框架,主要作用主要是进行到支撑。但钢筋是易受腐蚀,每当钢筋收到腐蚀,就会导致结构损坏,影响混凝土钢筋腐蚀的主要原因是钢结构的耐用性,因此在混凝土中使用耐用性高的钢结构是十分必要的,为了实现保护钢,降低钢的耐腐蚀性的程度之一目标,本文从钢腐蚀原因来入手,主要讨论了如何降低钢的腐蚀,并进一步提高了钢的结构的耐久性。 关键词:钢筋锈蚀;混凝土结构;耐久性;防范措施

1引言

建筑物在使用过程中,在内部的或外部的、人为的或自然的因素的作用下,随着时间的推移,逐步发生老化、损伤甚至损坏,这是一个不可逆的过程,必然影响到建筑物的使用功能以及结构的安全性,因此,工程结构的可靠生除安全性、适用性之外,还包含着对结构耐久性的要求。所谓结构的耐久性(Durabil时)是指在正常施工、正常使用和正常维护条件下,在特定时间内,构件或结构性能随时问推移而变化,但仍满足设计预定功能(安全性、适用性)的性能Ⅲ;或指结构在化学的、生物的或其他不利因素的作用下,在预定时期内,其材料性能的恶化不至导致结构出现不可接受的失效概率嘞;即结构在设计要求的目标使用期内,不需要花费大量资金加固处理而保持其安全性、使用功能和外观要求的能力Ⅲ;简单地说,是使用了t年时间后的安全性、适用·胜。

传统的现念认为混凝土(砼)是一种“人工石”,在它的保护下,钢筋不会发生锈蚀,因此钢筋混凝土结构具有使用寿命长和不需维护的特点。受这种观点的影响,长期以来,人们忽视了钢筋混凝土的耐久性问题,造成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后,并因此付出了惊人的代价。因耐久性不足导致结构破坏的事故时有发生,已受到国内外土木工程界和学术界的高度重视。

随着经济的不断发展,混凝土在我国基础建设中使用量越来越多,钢筋混凝土已被广泛应用于各类建筑活动中。主要是因为高性能的混凝土,成本相对较低,维护简单,工程易施工,供应相对充裕。然而,钢筋混凝土的使用寿命不容乐观,在外部荷载和自然环境的长期作用下,其耐久性也不可避免的会受到影响。造成功能的衰减。钢筋锈蚀是影响混凝土结构的主要因素之一,是评价混凝土结构可靠性和耐久性的关键因素。钢筋锈蚀对混凝土结构的作用一般经历混凝土碳化、钢筋锈蚀、保护层沿钢筋剥落、产生锈胀裂缝。直到造成混凝土结构的彻底破坏。大部分混凝土的只有20~30年,20~30年中需要经常维修甚至需要大量的维修资金,对钢筋混凝土保护并对相应的问题进行防

治,以此提高钢筋混凝土的耐用性是迫在眉睫的。 2结构耐久性的基本理论 2.1结构耐久性理论的发展

耐久性最初应用于海上混凝土构筑物的腐蚀情况。伴随着钢筋混凝土结构的大规模使用,新的耐久性损伤理论逐渐出现。发达国家提出了以耐久性为要求的高性能混凝土的研究。高性能混凝土中要求含有较低的水泥量。矿物质多,用水较少。能够增强混凝土的密实性、抗裂性、抗化学腐蚀性等。提高了混凝土使用的耐久性。我国的混凝土结构耐久性最初是由南京水利科学研究院提出。主要针对混凝土的碳化和钢筋锈蚀来进行研究。随后混凝土结构的耐久性设计规范出现,将混凝土结构耐久性研究规范化、系统化。

目前对已建结构物的耐久性评估和病害诊断等尚没有完善的技术规范。近几年来我国有大概23。4亿平方米建筑物因可靠度过低而退役。结构物的耐久性研究在以后相当长的时间内都将是主要的讨论课题。而混凝土结构的耐久性更是占有重要的部分。在技术层面上要加强基础理论的研究。分析混凝土劣化的机理。创造新材料来针对性的对劣化结构进行修复。政策上要有完善的技术章程。给从业人员提供技术依据。

2.2混凝土结构耐久性研究的主要内容

混凝土结构耐久性研究可以分为施工阶段、使用阶段、维修阶段3个方面,保证结构可靠度的指标不低于最低的可靠度水平;按照具体的内容可以将耐久性研究分为结构耐久性的失效机理研究以及对结构耐久性剩余寿命的评估预测:按照破坏类型分为疲劳损伤研究、化学侵蚀研究、抗冻融研究、钢筋锈蚀研究、骨料反应研究以及抗火性的研究几个方面。

混凝土结构耐久性要从环境、材料、构件以及结构四个层次来考虑。根据所处的环境可以分为一般大气环境、海洋环境、土壤环境、工业环境。根据环境对混凝土结构的危害程度将环境分为一般环境、特殊环境和灾害环境。外界环境中的腐蚀性介质会通过各种途径进入混凝土结构内部。造成碳化和钢筋的锈蚀。降低结构的承载力,影响工作性能。一般环境中对钢筋锈蚀影响较大的是温度和湿度:特殊环境中主要是酸、碱、盐的作用导致钢筋的锈蚀:灾害环境则是地震、火灾等偶然因素对结构的损坏。

材料层次上对结构耐久性的研究表现在混凝土和钢筋两种材料上。目前多数的研究成果都是基于材料层次得到的。通过对结构设计、施工和使用时加强构造措施,使保护材料尽量避免受到外界不利因素的影响。混凝土碳化主要是由空气中二氧化碳造成的,大气中的混凝土结构是无法避免这一现象的。可以采用碳化深度的方式来衡量碳化问题。冻融破坏主要发生在寒冷地区。在温度变化较大情况下,混凝土内部会形成渗透压力和冻胀压力。导致强度的降低。碱集料反应则是造成混凝

土结构产生整体的开裂破坏。在潮湿高温下反应速度较快。 3钢筋锈蚀的主要影响因素和防范措施 3.1钢筋锈蚀机理

钢筋锈蚀由化学腐蚀和电化学腐蚀两种原因产生。其中电化学腐蚀较为常见,具有很大的危害性,电化学腐蚀反应需具有四个基本条件,包括在钢筋表面出现电位阳极区和阴极区,

存在电位差;在阳极区和阴极区电阻R较小;阳极区表面容易产生活化反应;阴极区钢筋表面具有较多的电解质氧化剂。钢筋表面在电化学反应下不断失去电子行程红锈溶于水中,逐渐腐蚀中体积膨胀,导致混凝土的胀裂。

钢筋表面会在电化学作用下形成一层较薄的钝化膜。一定情况下会阻止反应的进行。钢筋只有经过去钝化作用才能进一步的产生锈蚀。影响钢筋去钝化的因素有内在因素包括外加剂中氯盐的掺加,外在原因主要包括冻融循环、高低温循环以及机械磨损等。当外围混凝土碳化深度达到钢筋表面时。钢筋受到氯化介质侵蚀时都会造成钢筋钝化膜的破坏。

3.2钢筋锈蚀的主要影响因素

钢筋锈蚀的影响因素包括外部因素和内部因素。表现在以下几个方面:

钢筋材质。钢筋的材质越好,则其内部组织较为均匀,具有较好的防锈能力。如果再采取耐磨钢筋,则防锈效果会更好,但需要的花费会较多。

钢筋的应力状态。在应力腐蚀作用下,钢筋破坏成脆性,应力腐蚀分为电化学腐蚀和裂缝发展两个阶段。

水泥品种。当水泥内含碱量较低时。混凝土的碳化速度会较快,造成严重的钢筋锈蚀。 混凝土密实度。混凝土密实度较好能够阻挡外界有害物质的侵入。预防钢筋锈蚀的产生。 混凝土裂缝。裂缝和钢筋腐蚀是相互促进的,裂缝过多或渗透性过大。导致混凝土碳化和外界有害物质的侵入的加速。加剧钢筋的锈蚀。而钢筋锈蚀反过来更会进一步增加结构的裂缝,从而产生恶性循环。

混凝土中性化,钢筋锈蚀和混凝土内部pH值有很大关系,当pH大于10时反应速率较小;而当pH小于4时,则反应速度会急剧增大。混凝土保护层。保护层越厚,阻止碳化的氯离子侵入的能力就越强。减轻钢筋的锈蚀。

3.3钢筋锈蚀的病因

钢筋混凝土结构被破坏,约40%的原因是由于钢被腐蚀,然而导致钢筋腐蚀的病因具体是哪些,本文列举了几个比较主要的原因钢筋锈蚀的原因:

(1)含有氯离子的腐蚀气体

钢筋混凝土表面具有保护膜,该保护膜的形成,主要是由于强混凝土表面(约12.6的pH值)的碱性环境,仅在强碱性环境下这样的保护膜,才能够在混凝土上起保护作用,但是当有氯化物侵入混凝土表面,通过反应,在混凝土表面会形成出更多的酸性环境,从而破坏了保护膜,混凝土与空气中的水以及氧发生化学反应,腐蚀了混凝土的钢筋。

(2)混凝土碳化

工厂排放的废弃污染、垃圾焚烧或填埋造成的污染以及汽车排放的尾气造成空气质量越