混凝土中钢筋锈蚀及预防

1、钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点,造价较低,在土建工程中的应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中,钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的,其pH值一般大于12.5,在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用,使钢筋表面产生一层钝化膜,能够阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时和混凝土材料中的碱性物质中和,从而导致混凝土的pH 值降低,就出现pH 值小于9这种情况,钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏,钢筋就并且发生锈蚀,并且随着锈蚀的加剧,会导致混凝土保护层开裂,钢筋与混凝土之间的黏结力破坏,钢筋受力截面减少,结

2、构强度降低等,从而导致结构耐久性的降低。1混凝土中钢筋锈蚀机理混凝土中钢筋锈蚀一般为电化学锈蚀。二氧化碳和氯离子是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要和最常遇见的环境介质,因此混凝土中钢筋锈蚀机理主要有两种:即混凝土碳化和氯离子的侵入。混凝土中钢筋锈蚀是在有水分子参与的条件下发生的,其电极反应式为:阳极Fe Fe 2+2e,阴极O 2+2H 2O+4e 4OH -,阳极表面二次化学过程为Fe 2+2OH -Fe(OH2,4Fe(OH2+O 2+2H 2O 4Fe(OH3。在氧气和水汽的共同作用下,由上述电化学反应式的钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水,从而逐渐被腐蚀,在钢筋表面生成红铁锈,引起混凝土开

3、裂。氯离子CL-和氢氧根离子OH -争夺腐蚀产生的F e 2+,形成F e C l 24H O 2(绿锈,绿锈从钢筋阳极向含氧量较高的混凝土孔隙迁徙,分解为Fe(OH2(褐锈。褐锈沉积于阳极周围,同时放出H +和Cl -,它们又回到阳极区,使阳极附近的孔隙液逐步酸化,Cl -再带出更多的Fe 2+。这样,氯离子虽然不构成腐蚀产物,在腐蚀中也不消耗,但给腐蚀起了催化作用。反应式为:Fe 2+2Cl -+4H 2O FeCl 24HO 2,FeCl 24HO 2Fe(OH2+2C l -+2H +2H 2O。2影响钢筋锈蚀的因素影响钢筋锈蚀的因素很多,包括钢筋位置、钢筋直径、水泥品种、混凝土的密实

4、度、保护层厚度及完好性、外部环境等。2.1混凝土液相pH值。钢筋锈蚀速度与混凝土液相pH 值有密切关系,pH 值大于10时,钢筋锈蚀速度很小,pH 值小于4时,钢筋锈蚀速度急剧增加。2.2混凝土中Cl -的含量。混凝土中Cl -的含量对钢筋锈蚀影响极大,氯盐的掺量应少于水泥重量的1%。2.3混凝土的密实度和保护层厚度。混凝土能阻止外界腐蚀介质、氧气和水分等的渗入,混凝土密实度越高,保护层越厚,外界有害物质就越难渗入,钢筋锈蚀就不容易发生。2.4混凝土保护层的完好性。混凝土保护层的完好性指混凝土是否开裂、有无蜂窝空洞等。它对钢筋锈蚀有明显的影响,特别是对处于潮湿混凝土中钢筋锈蚀及预防吴宗皓中铁十

5、四局集团有限公司310016摘要:混凝土结构的耐久性问题是当前大家都很关注的问题,钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性降低的主要原因之一。通过分析混凝土中钢筋锈蚀的机理和影响因素,提出了防止钢筋锈蚀的一些措施。关键词:钢筋;锈蚀;预防环境或腐蚀介质中的混凝土结构影响更大。2.5环境条件。环境条件如温度、湿度及干湿交替作用、海水飞溅、海盐渗透等是引起钢筋锈蚀的外在因素,都对混凝土结构中的钢筋锈蚀有明显的影响。2.6其他因素。除上述因素外,钢筋应力状态对其锈蚀也有很大影响,预应力钢筋更容易腐蚀,而且应力腐蚀比一般腐蚀更危险。3防止混凝土中钢筋锈蚀的措施3.1提高混凝土的密实度,降低混凝土的孔隙率。外界的

6、有害物质通过混凝土内部的孔隙,渗入到混凝土内,最后到达钢筋表面,破坏钢筋钝化膜,引起钢筋锈蚀,因此,为阻止外界有害物质侵入混凝土内而使钢筋锈蚀,就要提高混凝土的密实度。而要提高混凝土的密实度,就必须降低混凝土的孔隙,特别是毛细管孔隙率,最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量,混凝土的工作性将随之降低,又会导致捣实成型困难,同样造成混凝土结构不致密,甚至出现蜂窝等缺陷。提高混凝土密实度的措施有:1保证混凝土的施工质量:首先要选用级配良好的骨料,控制材料的含泥量。因为如果骨料的级配不好,含泥量偏大,就会使混凝土内部的孔隙增大,混凝土密实度随之降低。其次混凝土要采用机械搅拌和机

7、械振捣,保证混凝土搅拌均匀,振捣密实。同时,要防止混凝土在运输和浇注过程中产生离析现象。最后要做好混凝土的养护,保证混凝土到达设计强度要求。2掺入高效减水剂:在保证混凝土拌和物所需流动性的同时,尽可能降低用水量,减少水灰比,使混凝土的总孔隙,特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后,会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中,包裹着许多拌和水,从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性,就必须在拌和时相应地增加用水量,这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列,使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下,不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状

8、态,还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜,同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来,因而达到减水的目的。许多研究表明,当水灰比降低到0.38以下时,消除毛细管孔隙的目标便可以实现,而掺入高效减水剂,完全可以将水灰比降低到0.38以下。3掺入高效活性矿物掺料:普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是影响混凝土耐久性的一个主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性SiO 2及活性Al 2O 3,它们能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反映,生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙,从而达到改善水化胶凝物

9、质的组成,消除游离石灰的目的,使水泥石结构更为致密,并阻断可能形成的渗透路径。3.2防止氯离子的侵蚀氯离子的侵入是钢筋被锈蚀的主要因素。氯离子进入混凝土有两种途径:其一是“混入”,如掺用含氯离子的外加剂、使用海砂、施工用水含氯离子、在含盐环境中拌制浇注混凝土等;其二是“渗入”,环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷渗入混凝土中,并到达钢筋表面。为防止氯离子的侵入,采取的主要措施有:1控制原材料中氯离子的含量。当原材料中氯离子含量超标时,就要采取预防措施,这是防止混入型氯离子进入混凝土的主要措施。对于施工用水中氯离子含量,我国规范规定尚不统一,约为3501200mg/L,对于钢筋混凝土,海砂的

10、氯离子含量应低于0.06%,混凝土外加剂中的氯离子含量目前规范无明确规定,但也应加以控制。2提高混凝土保护层厚度。混凝土保护层增加,则氯离子渗入混凝土到达钢筋的时间就会增加,这是延迟混凝土内部开始钢筋锈蚀的很有效的一种方法。3混凝土表面涂层。为制止氯离子渗入混凝土,延缓钢筋腐蚀,涂覆混凝土作为第一道防线是一种简单、经济和有效的辅助性保护措施。4钢筋表层涂刷防腐涂料。目前采用较多的是环氧涂层钢筋,由于其是在钢厂流水线上涂覆的,因此一般可以保证涂层的高质量,使钢筋与周围混凝土隔开,即使有害物质大量侵入混凝土,也可长期保护钢筋,使钢筋免遭腐蚀。5掺加钢筋阻锈剂。钢筋阻锈剂的作用是钢筋钝化膜被破坏时能

11、够自行再生,自动维持,从而避免钢筋腐蚀,这比人为的涂层更加经济、简便。拌制混凝土时掺加阻锈剂也是预防恶劣环境中钢筋腐蚀的一种经济有效的补充措施,亚硝酸盐是目前应用最广的钢筋阻锈剂。3.3控制混凝土裂缝,尽量避免有害裂缝的出现混凝土裂缝是普遍存在的,由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响建筑物的外观、使用寿命,严重者将会威胁到人们的生命和财产安全,很多工程的失事都是由于裂缝的不稳定发展所致。因此在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生,使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度,尤其要尽量避免有害裂缝的出现。混凝土裂缝产生的

12、原因很多,有变形引起的裂缝:如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝;有外载作用引起的裂缝;有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。常见的有干缩裂缝、沉陷裂缝和温度裂缝等。预防混凝土裂缝的主要措施有:1尽量选用收缩量较小、低热或中热水泥,如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。(下转第107页 表6微生物吞吐效果情况表(3经济效益微生物吞吐共计55口井,阶段累计增油2729.9t,平均单井日增油49.6t创经济效益204.7*104元,投入57.75*104元,纯经济效益146.95*104元,投入产出比1:3.54,取得较好的经济效益。2、现场应用微生物驱油试验(1试验区的基本情况微生物驱油区共

13、有开发井14口,其中注水井2口,采油井12口,平均单井有效厚度11.0m,连通厚度7.3m,水驱控制程度66.4%。井区于1988年6月投产,初期平均单井日产油6.9t/d,1989年5月开始注水,1991年底采油井全面受效,平均单井日产油由2.7t/d恢复到10.8t/d,随着注水开发时间的延长,部分采油井含水上升,油井产能下降,至2003年11月,平均单井日产液8.8t/d,日产油4.8t/d,含水45.5%。(2驱油效果为提高该井区的开发效果,2003年12月在2口注水井上开始注入微生物,分两个阶段共注入微生物97m 3。第一阶段,连续注如菌液57m 3;第二阶段分四个段塞注入,每次每口井注入菌液5m 3。注入微生物后,两口井在日注水量不变的情况下,平均注水压力逐渐降低,并在注入微生物后第三个月从连通油井上取样检测到注入的微生物。从水驱特征曲线看:注入微生物菌液后与原变化趋势相比,