一級建筑指導(dǎo):混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理及預(yù)防措施(2)

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在通常情況下,混凝土空隙中充滿了由于水泥水解時產(chǎn)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(huán)境中,表面沉積一層致密的氫氧化鐵薄膜,而轉(zhuǎn)入鈍化狀態(tài),即使有空氣和水分進(jìn)入,也不可能導(dǎo)致鋼筋的腐蝕。當(dāng)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(tài)轉(zhuǎn)化為活性狀態(tài),此時若有空氣和水分進(jìn)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(jié)果。酸性氣體沿著混凝土中的空隙或裂縫,從外部逐漸向內(nèi)部滲透,與混凝土空隙中的氫氧化鈣溶液產(chǎn)生中和反應(yīng),大大降低了混凝土空隙中氫氧化鈣的濃度??諝庵械亩趸紝儆谒嵝詺怏w,它與混凝土中氫氧化鈣作用(俗稱碳化作用),其反應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋保持鈍化狀態(tài)所要求大于11.5的數(shù)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(tài)外,還與它們中性化后生成的鹽類的性質(zhì)、種類有關(guān)。
    某些鹵離子(如Cl-、I-、Br-)對鈍化膜有特殊的破壞作用。它們在鋼筋保護(hù)層不被碳化或中性化的情況下也可以破壞鋼筋鈍化膜,使腐蝕過程得以進(jìn)行。氯離子是這一類離子中最常遇到的。氯離子半徑很小,穿透力強(qiáng),很容易吸附在鋼筋陽極區(qū)的鈍化膜上,取代鈍化膜中氧離子,使鋼筋起保護(hù)作用的氫氧化鐵變?yōu)闊o保護(hù)作用的氯化鐵。氯化鐵的溶解度比氫氧化鐵的溶解度大得多。由于氯離子到達(dá)鋼筋表面的不均勻性,特別是氯離子作用在鋼筋局部區(qū)域時,則局部區(qū)域為陽極,形成了大陰極小陽極的腐蝕。這種坑蝕或局部腐蝕對結(jié)構(gòu)的危害較大。
    影響混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多,但主要的因素是混凝土的密實度,即抗?jié)B性能?;炷劣軐崳纯?jié)B性能愈高,則外界的氣體只能作用于混凝土表面,向內(nèi)部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對混凝土的中性化速度有一定的影響;不同品種的水泥,因其摻合料的品種及含量不同,水解時生成的堿性物質(zhì)數(shù)量不同,使混凝土的中性化速度也就不同了。
    普通硅酸鹽水泥的熟料含量多,摻合料的含量一般不大于15%,其堿度比其它品種的水泥高,中性化速度相對的要慢?;鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥,由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時產(chǎn)生的氫氧化鈣結(jié)合,從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度,加快了碳化或中性化的速度。
    3、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)
    預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕除了具有普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型外,由于采用高強(qiáng)度鋼筋和鋼筋在高應(yīng)力條件下工作,所以可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和鋼材的氫脆。
    (1) 應(yīng)力腐蝕
    應(yīng)力腐蝕是鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機(jī)械應(yīng)力破壞不同,它可以在較低的拉應(yīng)力作用下破壞;這種破壞又與單純的電化學(xué)腐蝕破壞不同,它可以在腐蝕性介質(zhì)很弱的情況下而破壞。
    腐蝕性介質(zhì)與鋼筋作用,在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分布的腐蝕坑后,每個腐蝕坑相當(dāng)于一個缺口,鋼筋在拉應(yīng)力的作用下,形成應(yīng)力的不均勻分布和應(yīng)力集中,在缺口的邊緣,當(dāng)鋼筋平均應(yīng)力不高時,其集中的應(yīng)力即可達(dá)到斷裂應(yīng)力的水平,而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在,形成了拉應(yīng)力三軸不相等狀態(tài),阻礙了鋼筋塑性變形的開展,使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發(fā)揮出來,延伸率、冷彎等塑性指標(biāo)均有明顯下降。預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的結(jié)果,腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用,而拉應(yīng)力則促進(jìn)了腐蝕的發(fā)展。
    (2) 氫脆
    氫脆是預(yù)應(yīng)力鋼筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應(yīng)力腐蝕的機(jī)理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽極,而氫脆發(fā)生在鋼筋的陰極區(qū)域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫,而使其變脆,所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中,表面可能有少量氫氣產(chǎn)生,在通常情況下,生成的原子氫會迅速結(jié)成分子氫,在常溫下是無害的,但當(dāng)這一過程受到阻礙時,氫原子就會向鋼筋內(nèi)部擴(kuò)散而被吸收到金屬內(nèi)部的晶格中去,如果鋼筋內(nèi)部有缺陷存在,氫原子很可能重新結(jié)合成為氫分子。氫分子的生成產(chǎn)生很大的壓力,出現(xiàn)"鼓泡"現(xiàn)象。使鋼筋變脆。產(chǎn)生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時,便會發(fā)生斷裂。硫化氫是能引起預(yù)應(yīng)力鋼筋氫脆的介質(zhì)之一。