文档介绍：论混凝土结构在北方气候中的耐久性问题
1、摘要:
我国北方气候寒冷、干燥、风砂大,且新疆、青海、甘肃等西北部地区的土壤属内陆盐渍土。土壤剖面的中、下部形成明显的盐积层,其中SO42-、Cl1-和 Mg2-%、%%。这些地区的桥梁、隧道等混凝土结构遭受冻融循环、盐侵蚀、剧烈温差、风沙等多因素的共同破坏作用,加剧混凝土结构的劣化。本文结合对当地环境的分析及调查研究的资料对处于盐渍地区混凝土结构的耐久性问题、及预测混凝土的使用年限进行讨论的;并结合很多的工程实践、资料并提出一些解决这些问题的途径。
正文
我国盐渍地区的分布情况,大致分为海岸线的海滨盐渍地区和西北部靠近盐湖盐田的内陆盐渍地两类;本文主要讨论内陆盐渍地区的混凝土结构耐久性问题。随着经济的发展,我国西北部地区的很多盐渍地区的盐渍地被大规模开发并在在之周围建起混凝土结构的建筑物;但有资料表明:该地区的混凝土建筑物仅仅只需7-8年的时间就遭到了严重的破坏,而混凝土的耐久性,概括起来就是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能。混凝土结构的设计使用年限根据结构的重要性按现行的有关国家标准中规定的设计使用年限为50-100年,所以该地区的混凝土结构建筑物完全不合格,寿命明显很短。而导致其寿命很短的原因很简单,那就是当地环境。当混凝土结构结构的建筑物遭到冻融循环、盐侵蚀、剧烈温差、风沙等多因素的共同破坏作用时,其寿命自然很短暂。而现在我国处于快速发展的时刻,经济建设发展必然会触及这些地区,因此对该地区混凝土强度寿命等的研究是非常有必要性。下图为盐渍地区被腐蚀的混凝土结构。
其中Cl1- 是影响砼结构耐久性的根本原因,盐渍土和海水一样含的***离子(Cl-)是影响砼结构耐久性的根本原因。砼中钢筋锈蚀可由两种因素诱发,一是盐渍土及海水中Cl-侵蚀,二是大气中的CO2使砼产生中性化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明,盐渍土和海水环境下导致砼结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入砼中,并在钢筋表面聚集,导致钢筋产生电化学腐蚀。盐渍土和海水通常含有约3%的盐,其中主要成分是***离子。以Cl-计的含量约为19000 mg/L左右。
1)***离子对钢筋的锈蚀
Cl-进入砼中通常有两种途径:一是“混入”,如施工时掺用含***离子成分的外加剂、施工用水含***离子、在含盐环境中拌制和浇筑砼等;其二是“渗入”,环境中的***离子通过砼的宏观、微观缺陷渗入到砼中,并通过长期渗透到达钢筋表面。“混入”现象大都是施工管理的问题;而“渗入”现象则是砼表面裂缝等技术问题,与砼材料的多孔性、密实性、工程质量以及钢筋表面砼保护层厚度,使用现场环境等多种因素相关。
2)破坏钢筋表面钝化膜,水泥水化的高碱性使砼内钢筋表面产生一层致密的钝化膜。钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的,当pH<,膜层就开始不稳定;当pH<,或将已经生存的钝化膜逐渐破坏。Cl-是极强的去钝化剂,Cl-进入砼到达钢筋表面吸附于局部钝化膜处时,可使钢筋表面pH值降低到4以下,从而破坏钢筋表面的钝化膜,使钢筋表面逐渐产生腐蚀。
3)钢筋表面逐渐形成腐蚀电池,如果在大面积的钢筋表面上形成高浓度***化物,则***化物所引起的腐蚀可能是均匀性腐蚀,但是在不均质的砼中,常见的是局部坑状腐蚀。腐蚀电池作用的结果是,在钢筋表面产生蚀坑,由于大阴极对应于小阴极,蚀坑
发展迅速很快。
4)加速了去极化作用,Cl-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池,而且加速了电池的作用。砼中Cl-的存在强化了离子通道,降低了阴阳极之间的欧姆电阻,提高了腐蚀电池的效率,从而加速了电化学腐蚀过程,使钢筋承载力大幅度下降。
3、提高砼耐久性的技术措施(结论)
1)结构采用高性能混凝土。现今高性能砼以耐久性作为首要指标,就盐渍土及海水工程而言,侧重于高性能、抗渗性、体积稳定性、强度等。目前,国内外在盐渍土工程采用高性能砼的研究与应用极其重视。如荷兰,对已使用3~63年的64座海工结构(其中90%的结构采用磨细矿渣砼)调查发现,结构基本完好,***离子扩散系数仅为普通砼的1/10~1/15。典型事例为东谢尔德挡潮闸工程,其设计使用寿命是250年,80年不维修,(65% )磨细矿渣混凝土。在英、美、加、日和中东等国家和地区,也都有类似的成功工程应用实例。国内外有关实验研究和工程实践证明,养护对高性能砼的质量和耐久性十分重要。常温下养护不够,对高性能砼的质量与耐久性的影响程度有时甚至高于普通砼。因此,及时、充分的湿养护是使其获得高强度、低孔隙率和高抗***离子扩散能力所必不可少的。
2)钢筋要经阻锈剂处理。盐渍土及海水砼中钢筋的腐蚀,其实也是一种电化学腐蚀,其阴、阳极反