- 相關推薦
探析天津地鐵鋼筋混凝土的腐蝕及防護
摘 要:結合天津地鐵2號線沙柳路站的具體施工情況,論述了硫酸鹽、氯離子等對鋼筋混凝土的腐蝕機理,并介紹了相應的防護措施,以提高地鐵鋼筋混凝土的耐久性。關鍵詞:混凝土,硫酸鹽,氯離子,腐蝕
鋼筋混凝土結構的耐久性問題一直沒有得到很好的解決,為此這方面的研究日益受到重視,外界惡劣環境的侵蝕,會使混凝土保護層受損、開裂和剝落,從而使混凝土內的鋼筋產生銹蝕,降低構件的耐久性和結構的安全性,特別是沿海地區的地下混凝土結構中的鋼筋銹蝕更為嚴重。文中結合天津地鐵2號線的沙柳路站的具體施工情況對鋼筋混凝土的防腐性進行分析。
1 工程概況和地質特點
沙柳路站位于河東區衛國道與沙柳路交口處,主體采用現澆鋼筋混凝土箱形結構形式;車站采用明挖順作法施工。本工程巖土工程勘察報告顯示,水質表層地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有中等腐蝕性,對鋼結構具有中等腐蝕性;微承壓水對混凝土結構具硫酸鹽中等腐蝕性,對鋼結構具有中等腐蝕性。
依據GB50307-1999地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范的規定,進行了腐蝕性試驗得:主要腐蝕由硫酸鹽和氯離子引起的,其中SO42-最高濃度2291mg/L,Cl-最高濃度4006mg/L。它們交互作用,對鋼筋混凝土形成侵蝕,影響其耐久性能。
2 鋼筋混凝土腐蝕機理的分析
2.1 硫酸鹽對混凝土腐蝕作用機理
Na2SO4,MgSO4等硫酸鹽與混凝土中水泥的水化產物Ca(OH)2反應生成:
1)鈣礬石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O),一種針狀結晶體,固相體積是原來的1.5倍,由于是在固化了的混凝土中發生反應。因此,在混凝土內形成膨脹應力而引起混凝土結構的破壞。
2)Mg(OH)2,一種白色松軟的不定形物質,會使水泥漿體的結構遭到破壞。
3)氯化鈣和石膏,其溶于水后會造成混凝土的浸析增加。
4)硅酸鎂水化物,其與硅酸鈣水化物的取代反應會使混凝土強度下降。
2.2 氯離子對鋼筋的腐蝕作用機理
混凝土在水化作用時,水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣,使混凝土中含有大量的OH-,使pH值一般可達到12~14,鋼筋在這樣的高堿環境中,表面容易生成一層致密的鈍化膜。研究結果表明,這種鈍化膜能阻止鋼筋的銹蝕,只有這層膜遭到破壞后,鋼筋才開始銹蝕。
2.2.1 破壞鈍化膜
鈍化膜只有在高堿性環境中才是穩定的。當pH值小于一定的數值時,就會難以生成鈍化膜或已經生成的會逐漸受損。Cl-進入混凝土中并到達鋼筋表面,局部鈍化膜開始破壞,發生鋼筋腐蝕。
2.2.2 氯離子導電作用
由于混凝土結構中氯離子的存在,降低了陰極、陽極間的電阻,強化了離子通路,提高了腐蝕電流的效率,從而加速了鋼筋的電化學腐蝕過程。
2.2.3 形成腐蝕電流
Cl-對鋼筋表面鈍化膜的破壞,使某些部位露出鐵基本體,與尚完好的鈍化膜區域之間構成電位差。大面積的鈍化膜區作為陰極發生還原反應,鐵基體作為陽極而受到腐蝕。腐蝕由局部開始逐漸在鋼筋表面擴展。
2.2.4 氯離子的陽極去極化作用
加速陽極過程者,稱做陽極去極化作用,Cl-具有這樣的作用:陽極:Fe—2e=Fe2 ,Cl-與Fe2 相遇生成FeCl2,使Fe2 消失,從而加速陽極反應。但是FeCl2是可溶的,在向混凝土內擴散遇到氫氧根離子發生反應,最后可氧化成鐵的氧化物。在這個過程中,Cl-只起“搬運”作用,而不被“消耗”。因此,混凝土中的Cl-會周而復始的起破壞作用。
2.2.5 與水泥的作用對鋼筋的銹蝕影響
在一定的條件下,氯鹽可與水泥中的鋁酸三鈣生成不溶性“復鹽”,可以降低Cl-含量,同時降低硫酸鹽與鋁酸三鈣作用而發生“膨脹”破壞。但當混凝土的堿度降低時,“復鹽”會分解重新釋放出Cl-,對鋼筋產生腐蝕。3 鋼筋混凝土防護措施
通過上面腐蝕機理的分析,要提高鋼筋混凝土的耐久性就要做到:保持混凝土的高堿度;提高混凝土的密實度,增強抗滲能力;控制SO42-,Cl-的含量。
3.1 水泥和骨料材料的選擇
水泥是配置抗腐蝕混凝土的關鍵原料。為提高混凝土抗SO42-腐蝕性和抗裂性能,選用含C3A、堿量低的普通硅酸鹽水泥和堅固耐久的潔凈骨料。并控制水泥和骨料中Cl-的含量;要重視單方混凝土中膠凝材料的用量和混凝土骨料的級配以及粗骨料的粒形要求,并盡可能減少混凝土膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量。
3.2 摻入高效活性礦物摻料
活性礦物質摻料中含有大量活性SiO2及活性Al2O3。由于現在水泥產品的細度減小、活性增加,使得水化反應加速、放熱加劇、干燥收縮增加,導致混凝土溫度收縮和干縮產生的裂紋增加。將二級粉煤灰,S95級礦粉復合摻入混凝土中,可以減少熱開裂,提高抗滲性,降低混凝土中鈣礬石的生成量。
3.2 摻入高效活性礦物摻料
活性礦物質摻料中含有大量活性SiO2及活性Al2O3。由于現在水泥產品的細度減小、活性增加,使得水化反應加速、放熱加劇、干燥收縮增加,導致混凝土溫度收縮和干縮產生的裂紋增加。將二級粉煤灰,S95級礦粉復合摻入混凝土中,可以減少熱開裂,提高抗滲性,降低混凝土中鈣礬石的生成量。
3.3 摻入高效減水劑
一般情況下,材料的組合與配合比中對混凝土抗滲性最具影響力的因素是水灰比。因此在保證混凝土拌合物所需流動性的同時,應盡可能降低用水量。加入減水劑可以使水泥體系處于相對穩定的懸浮狀態,在水泥表面形成一層溶劑化水膜,同時使水泥在加水攪拌中絮凝體內的游離水釋放出來,達到減水的目的。天津地鐵2號線的具體施工中摻入了DF-6緩凝高效減水劑,以降低水灰
【探析天津地鐵鋼筋混凝土的腐蝕及防護】相關文章：
淺談機械密封的腐蝕類型與防護措施11-22
深圳燃氣管線的腐蝕與防護設計03-19
探析鋼筋混凝土的質量控制03-20
探析談鋼筋混凝土梁裂縫的防治措施01-15
探析計算機電磁輻射的防護03-19
探析三北防護林造林技術03-18
探析計算機網絡中心的雷電防護技術03-21
探析預防性試驗在地鐵變壓器運行中的應用03-20