海工混凝土钢筋腐蚀和防护措施.docx

海工混凝土钢筋腐蚀和防护措施1海工混凝土钢筋的破坏机理研究海洋环境下混凝土中钢筋的腐蚀问题，首先需要清楚其破坏原因和机理，才能有针对性的对钢筋耐腐蚀性能进行相关的试验研究，找准研究方向，得出有用的研究成果，对后续的试验研究提供理论依据。海水成分复杂，含有多种游离态的离子，虽然其含量不高，但混凝土结构长时间暴露在这种环境下，其影响不容忽视。其中最主要的破坏离子就是SO2－4和Cl－。首先对于混凝土结构，抗渗性能远不及天然石材，虽然宏观上与天然石材区别不大，但在微观上，混凝土表面有很多的微观孔隙［1］。因此，在海洋环境下，各种游离态的离子通过孔隙渗透到混凝土内部，与其中的Ca2－、Al3+等成分发生化学反应，从而使其耐久性和耐腐蚀性降低，最终导致结构破坏。其次对于钢筋的腐蚀破坏，主要是氯离子引起的，其通过毛细管、扩散、对流、渗透等方式侵入混凝土结构，扩散是最主要的侵入方式［2］。当其浓度到达一定的临界值后，从而引起钢筋的锈蚀。1混凝土耐久性的研究是一个十分重要而又迫切需要解决的问题，特别是位于沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，尤其是钢筋的锈蚀造成的结构早期损坏，已成为工程中的主要问题［3］。目前，对于提高海洋环境下混凝土中钢筋的耐腐蚀性能，防止钢筋腐蚀的技术措施有许多种，可归纳为两大类。其一是提高混凝土自身的防护能力，增加混凝土的抗腐蚀能力，如高密实、抗裂混凝土;其二被称作“附加措施”，主要包括:钢筋阻锈剂、混凝土外涂层、特种钢筋(如环氧涂层钢筋、不锈钢筋等)、阴极保护等。2钢筋防腐蚀措施研究2．1钢筋阻锈剂钢筋阻锈剂是指一种加入到混凝土中或涂刷在其表面，能有效延缓或阻止腐蚀发生的化学物质。其主要是由酯胺混合液和醇胺混合物等高分子的阳极型阻锈材料组成，作用机理是通过氯化铁原子可以使钢筋表面形成致密的氧化铁钝化膜，或吸附在其表面形成阻碍层，阻止阳极反应的发生，使钢筋长期处于钝态，其保护层得到最大限度地提高和保持，同时防止氯盐、镁盐的侵蚀，使腐蚀速度大幅度降低［4］。钢筋阻锈剂主要优点如下:使用寿命长，能满足50年以上混凝土结构设计寿命要求;与涂层钢筋、特种钢筋、阴极保护等措施相比，花费最少，经济实用，且施工简单，方便，节省劳动力，寿命期内不需维护，经济效果最优;适用范围广［5］。2．2特种钢筋阻止氯离子对钢筋的腐蚀的有效措施之一，就是在钢筋表面进行涂层处理。目前环氧树脂涂层钢筋在国内外应用广泛。环氧树脂涂层钢筋有很好的耐蚀性，但与混凝土的粘结强度明显降低，适用于处在潮湿环境或侵蚀性介质中的工业与民用房屋、一般构筑物及道路、桥梁、港口，码头等钢筋混凝土结构中。经国内外的大量研究和多年的工程应用表明，采用这种钢筋能有效地防止处于恶劣环境下的钢筋腐蚀，从而大大提高工程结构的耐久性。环氧树脂涂层被誉为钢筋防腐卫士，其具有化学稳定性高，不与酸、碱等反应，延性大、干缩小等特点，与金属表面的粘着性好，在钢筋表面起到了阻隔钢筋与外界电流接触的功能［6］。试验表明，另一种有效方法是提高钢筋自身耐腐蚀性能。耐腐蚀钢筋在混凝土结构中的使用还是一个相对较新的课题，目前主要有不锈钢筋和纤维塑料筋两种。各种钢筋中，不锈钢筋的耐腐蚀性能最好的，还具有强度高、耐久性好、使用方便，施工简单等特点，大大延长了结构的使用寿命，但是价格昂贵，成本略有增加。目前奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢因其高强度被广泛应用于混凝土结构中，当作为预应力筋使用时，其强度可达835MPa，作为普通钢筋使用时，其强度亦可达700MPa［7］。纤维塑料筋是指由玻璃纤维、碳纤维及阿拉米德纤维等多股连续纤维，采用聚酰胺树脂、聚乙烯树脂、环氧树脂等基底材料，通过胶合，后经过挤压、拉拔成型的特殊材料［8］。纤维塑料筋的主要优点有:抗拉强度高、抗腐蚀性能良好、密度小。但其也存在弹性模量小、脆性大、抗剪强度低和与混凝土之间粘结力小等缺点。2．3阴极保护电化学保护是使金属极化至腐蚀免疫区或钝化区而得到保护［9］。钢筋腐蚀时将会同时发生失电子的阳极反应和得电子的阴极反应。发生反应时，阳极铁失去两个电子成为铁离子(Fe2+)，铁离子进入溶液，进一步反应生成腐蚀产物。阴极得到阳极铁失去的电子，并与水中的氧气发生阴极反应生成的OH－，之后与溶液中的铁离子反应生成铁锈［6］。牺牲阳极和外加电流是阴极保护的两种方式。牺牲阳极的原理是两种金属的腐蚀电位不同，常用的牺牲阳极金属是锌或铝块，以及热喷锌或锌铝铟合金。外加电流法则是连接被保护金属与外加直流电源的负极，使金属电位负移，自腐蚀电流下降，从而使金属得到保护［9］。3混凝土抗腐蚀措施研究防止钢筋腐蚀的有效措施是保证混凝土的良好质量。在满足其强度要求的前提下把耐久性放在首位，采用海工高性能混凝土，提高结构的密实度，从而提高其抗渗、抗冻性能，具有良好的胶凝孔