海洋和臨?；炷两ㄖこ棠途眯詥栴}

1、關(guān)于海洋和臨?；炷两ㄖこ痰哪途眯詥栴}淺議中核防水材料有限公司研究發(fā)展部（中國天津，郵編：300180）摘要：對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)而言，海洋環(huán)境比陸地環(huán)境惡劣得多，腐蝕也就更為嚴(yán)重。氯鹽、硫酸鹽對(duì)混凝土層產(chǎn)生破壞并對(duì)鋼筋造成銹蝕；作為氯離子和硫酸根離子的傳輸和反應(yīng)介質(zhì)，水的滲入是必要條件。具有優(yōu)異的防水、防腐性能的cn2000b涂料在此環(huán)境中可有效混凝土結(jié)構(gòu)的劣化，延長其使用壽命。關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu) 氯鹽 硫酸鹽 腐蝕 cn2000b引言迪拜是一個(gè)充滿夢(mèng)幻的地方。七星級(jí)的阿拉伯塔大酒店和數(shù)以百計(jì)的星級(jí)酒店令全世界的游客為之向往。據(jù)悉，這里每年還要興建若干個(gè)星級(jí)酒店。正如阿拉伯塔大酒店建在人工島上一樣

2、，這些建筑很可能在臨海或島嶼中興建。在高溫、高濕（據(jù)了解，迪拜夏天（410月）非常炎熱，大約4045攝氏度，相對(duì)濕度在90以上）、海水的沐浴和海風(fēng)的吹拂中，宏偉的混凝土建筑結(jié)構(gòu)面臨海水、海風(fēng)和地下土壤的侵蝕，它們的耐久性已經(jīng)備受酒店投資、設(shè)計(jì)、建筑、經(jīng)營等各方的密切關(guān)注。海水給人類帶來豐富的資源，然而海水（海風(fēng)或臨海土壤）中的某些成分卻給混凝土結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的危害，而首當(dāng)其沖的是海洋和臨海建筑（包括民用住房、海工建筑等）。海洋環(huán)境比陸地環(huán)境惡劣得多，混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕也更為嚴(yán)重。海洋大氣中的鹽霧、環(huán)境溫度及濕度、日光、海水的溫度及流速、海水中的溶解氧及含鹽量、海浪的沖擊、漂浮物的撞擊、海洋生物、海

3、底土壤中的細(xì)菌等，都可不同程度地造成海洋及臨海建筑的腐蝕破壞。1 腐蝕破壞機(jī)理1.1 氯鹽的腐蝕海洋是氯離子的主要來源，海水中通常含有3%的鹽，其中主要是氯離子。海風(fēng)、海霧中也含有氯離子，海砂中更含有不等量的氯離子。氯鹽則會(huì)以下列方式侵蝕混凝土：1.1.1 對(duì)混凝土層的腐蝕破壞cl-的存在會(huì)大大提高混凝土中ca(oh)2的溶解度，加速ca(oh)2的溶蝕；滲入的氯鹽有可能與水泥中的鋁酸三鈣（c3a）作用，生成含水的氯化鋁酸鈣（3caoal2o3cacl210h2o和3caoal2o3cacl23h2o），會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶膨脹；而一旦混凝土遭遇“中性化”，這些復(fù)鹽中cl-即游離出來，對(duì)鋼筋產(chǎn)生腐蝕破壞

4、。1.1.2 對(duì)鋼筋的腐蝕破壞氯離子的滲入對(duì)鋼筋腐蝕產(chǎn)生重要影響。cl-半徑小，活性大，具有很強(qiáng)的穿透能力，滲入混凝土中到達(dá)鋼筋表面，吸附于鈍化膜處，使該處的ph值迅速降低到4以下，致使局部鈍化被破壞；而后，cl-與未被破壞的鈍化膜之間形成電位差，誘發(fā)點(diǎn)腐蝕迅速發(fā)展，而點(diǎn)腐蝕發(fā)展快，比均勻腐蝕危害更大；由于fecl2的生成加速了對(duì)fe2+的搬運(yùn)，從而加速了陽極過程；另外，由于cl-的導(dǎo)電作用，使陰陽極之間的電阻降低，腐蝕電池效率提高,電化學(xué)腐蝕破壞加速。反應(yīng)式如下：fe2+2cl-+4h2ofecl24h2ofecl24h2ofe(oh)2+2cl-+ 2h+2h2o可見，氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕僅

5、起誘發(fā)、活化或“搬運(yùn)”作用，不參與或改變腐蝕產(chǎn)物的組成，其含量不隨腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行而降低，因此其危害性也就更大。1.2 硫酸鹽的腐蝕海水中含有大量的硫酸鹽?；炷两Y(jié)構(gòu)（尤其是樁基、建筑物的浸水部分）與硫酸鹽接觸，就會(huì)有以下的反應(yīng)發(fā)生：1.2.1 膨脹型腐蝕當(dāng)陽離子為na、k時(shí)，與水泥石反應(yīng)生成鈣釩石（aft）：na2so410h2o+ca(oh)2=caso42h2o+2naoh+8h2o4caoal2o312h2o+3(caso42h2o)+14h2o=3caoal2o3caso431h2o+ca(oh)2此時(shí)的aft的體積比原有體積增大1.5倍以上，在水泥石內(nèi)形成很大的內(nèi)應(yīng)力，致水泥石結(jié)構(gòu)膨

6、脹開裂，嚴(yán)重時(shí)使其強(qiáng)度喪失，是混凝土的“頑癥”之一。1.2.2 結(jié)晶型腐蝕當(dāng)陽離子為mg時(shí)，反應(yīng)如下：ca(oh)2+mgso4+2h2o=caso42h2o+mg(oh)2mg(oh)2在水中的溶解度很低，其飽和溶液的ph值僅為10.5，在此堿度下c-s-h凝膠呈不穩(wěn)定狀態(tài)，且因mg和ca價(jià)態(tài)相同，半徑相近，極易發(fā)生以下反應(yīng)：c-s-h+mgso4+h2ocaso4+mg(oh)2+msio2nh2o生成的mg(oh)2繼續(xù)與硅膠反應(yīng)，生成水化硅酸鎂m-s-hmg(oh)2+msio2nh2om-s-h+h2o而m-s-h無膠結(jié)力，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度喪失。1.2.3 分解型腐蝕硅灰石（碳硫硅鈣石

7、）型腐蝕對(duì)此類型的腐蝕，較長時(shí)間未被人們所重視。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在鈣離子、硅酸鹽、碳酸鹽及水時(shí)，侵入的硫酸鹽會(huì)與其發(fā)生反應(yīng)，生成碳硫硅鈣石：ca3si2o33h2o+2caso42h2o+2caco3+24h2oca6si(oh)6224h2o(so4)2(co3)2+ca(oh)2生成的 ca(oh)2由碳化反應(yīng)產(chǎn)生caco3繼續(xù)參與上述反應(yīng)過程，如此循環(huán)往復(fù)。因此，硅灰石型的腐蝕不斷消耗了c-s-h凝膠和c3ac4af等水化物，使水泥石結(jié)構(gòu)松散，比一般硫酸鹽的腐蝕更為嚴(yán)重，而一般的“抗硫酸鹽腐蝕水泥”對(duì)此類腐蝕不能起到抑制作用。1.3 大氣環(huán)境的侵蝕在建筑物的地上區(qū)，如跨海橋的上部結(jié)構(gòu)

8、、橋面板等，海風(fēng)、海霧所帶來的氯離子以及其他鹽類，也可達(dá)到相當(dāng)?shù)臐舛取Ｇ疫@些部位氧氣、水氣供應(yīng)充足，腐蝕也相對(duì)嚴(yán)重，也應(yīng)予以重點(diǎn)防護(hù)，不可忽視。除此之外，此部位還要受到大氣環(huán)境中其他多種因素的腐蝕破壞。a 溫度、濕度等物理作用有資料顯示，在阿拉伯海灣和紅海上建造的大量海工混凝土結(jié)構(gòu)，由于氣溫高，在含鹽、干熱、多風(fēng)的白晝，混凝土表面溫度高達(dá)50（研究表明，溫度每上升10，cl-在混凝土中的擴(kuò)散約增加1倍），而晚上涼得結(jié)露，晝夜溫差很大，構(gòu)成了特別嚴(yán)重的侵蝕環(huán)境，加上混凝土等級(jí)、厚度以及施工質(zhì)量差等原因，往往在使用的第一年后鋼筋就遭到嚴(yán)重腐蝕。b 化學(xué)因素：如碳化、酸雨等1.4 動(dòng)態(tài)腐蝕和應(yīng)力腐蝕

9、海水（或臨海土壤）對(duì)混凝土的侵蝕，并不是某一種介質(zhì)的單一作用，而是多種介質(zhì)的綜合作用；海水的流動(dòng)（流水、波浪侵襲力的磨損與沖刷，加強(qiáng)了腐蝕介質(zhì)的滲透力量）和建筑物所承受的內(nèi)、外應(yīng)力，又使這種侵蝕出現(xiàn)動(dòng)態(tài)腐蝕、應(yīng)力腐蝕的形態(tài)。1.5 建筑物不同部位的腐蝕在建筑物的一些特殊部位，如過渡區(qū)或蒸發(fā)區(qū)（建筑物或樁頭在地面或水面以上約0.3 0.5 m處左右）、浪濺區(qū)，由于同時(shí)受到地上（鹽霧區(qū)）、地（水）下（全浸區(qū)）環(huán)境的侵蝕破壞，使這些部位成為整個(gè)建筑物遭受腐蝕破壞最為嚴(yán)重的地區(qū)。浪濺區(qū)和潮差區(qū)處于干濕交替的環(huán)境中，混凝土表面的氯鹽被“濃縮”，氯離子濃度大大提高，可達(dá)17 kg/m3,此外，這些區(qū)域氧和

10、水的供應(yīng)都是充分的，因此首先出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞；每日兩次潮汐作用還使得潮差區(qū)和浪濺區(qū)受到兩次凍融循環(huán)，因此，由于物理破壞和化學(xué)破壞兩者的綜合作用，使這一區(qū)域的混凝土腐蝕和鋼筋銹蝕特別嚴(yán)重。澳大利亞的sharp對(duì)62座海岸混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)海岸混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題都是與浪濺區(qū)的鋼筋異常嚴(yán)重的腐蝕有關(guān)；在中國，處于浪濺區(qū)的海港碼頭，鋼筋腐蝕引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞相當(dāng)普遍和嚴(yán)重。綜合上述，海洋和臨?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性問題已成為國際上混凝土研究領(lǐng)域的最大熱點(diǎn)。2 防治對(duì)策環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞機(jī)理，無論是物理因素還是化學(xué)因素，無論是在大氣中還是在地下、海水中，其共同的、重要的前提是均以水為傳輸

11、或反應(yīng)介質(zhì)，而混凝土自身的多孔特性和裂隙的存在為水和有害介質(zhì)提供了通道。因此，如果有效阻止水向混凝土內(nèi)部滲入，也就能夠有效防止環(huán)境有害介質(zhì)的腐蝕破壞。這一看法是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界經(jīng)幾十年的研究成果所達(dá)成的共識(shí)。正如美國著名混凝土專家methe先生所指出的：“從長遠(yuǎn)角度看，混凝土的可穿透性或可滲水性是唯一與耐久性直接相關(guān)的特性。有大量的事實(shí)證明，如果混凝土結(jié)構(gòu)完全不可穿透或完全不滲水，則那些病害，包括鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)和凍融破壞根本就不會(huì)發(fā)生?！被炷两Y(jié)構(gòu)的防水、防腐措施有多種。通常的措施包括增加混凝土保護(hù)層的厚度、降低水灰比、采用高性能混凝土等。對(duì)此，可以從以下一些研究結(jié)果來進(jìn)行分析?；炷?/p>

12、土厚度與cl-滲透量之間的關(guān)系由上圖可以看出，對(duì)普通混凝土而言，即使采用最低的水灰比，50年、66 mm混凝土保護(hù)層，鋼筋表面cl-濃度也超過了足以使混凝土順筋開裂的“臨界值”1 kg/m3；即使是高密度混凝土亦如此，有人預(yù)測(cè)，采用高性能混凝土，如果能在50年內(nèi)使鋼筋表面的cl-的濃度不超過臨界值，其厚度至少要120 mm，這無論從哪個(gè)角度（資源耗費(fèi)、成本、美學(xué)和輕型化等）來看，均不可行。再看另一研究結(jié)果：鋼筋表面cl-滲透量與混凝土結(jié)構(gòu)年限之間的關(guān)系圖中：混凝土厚度65 mm，處在飛濺區(qū)，年平均溫度為19，混凝土表面cl-濃度為15 kg/m3。由圖看出：到達(dá)鋼筋表面cl-的濃度隨年限而增加

13、，并且可以很快達(dá)到、超過臨界值。水灰比為0.40的，為8年；即使加入8%的硅灰，也只有18年。這與我國處于飛濺區(qū)的海工、海港工程的實(shí)際情況，即在幾年、十幾年出現(xiàn)順筋開裂的情況向吻合。由以上研究結(jié)果不難看出：單依靠這些措施，在海洋嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下難以滿足50年耐久性的要求。因此，尋求能夠有效阻止氯離子侵入混凝土保護(hù)層，解決海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，已刻不容緩。研究和實(shí)踐證實(shí)：在混凝土結(jié)構(gòu)表面涂覆滲透結(jié)晶型防水涂層cn2000b，有效、經(jīng)濟(jì)、易行，可作為首選方案。cn2000b可與基體牢固粘接，其中的活性物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散、滲透，引發(fā)、催化水泥石的二次水化作用，生成不溶于水的結(jié)晶，充盈于毛細(xì)管路和

14、微裂紋中，從而形成堅(jiān)固的防水屏障；且該保護(hù)層本身具有優(yōu)異的耐腐蝕特性，由此解決了因混凝土自身的結(jié)構(gòu)缺陷和環(huán)境因素所造成的混凝土結(jié)構(gòu)的劣化，提高混凝土的耐久性，延長建筑物的使用壽命。根據(jù)美國率先推出的“全壽命經(jīng)濟(jì)分析”（即lcca）概念，在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)中適時(shí)考慮防水研究設(shè)計(jì)，即使初期投資略有增加，但可大幅度節(jié)省后期的維修費(fèi)用（約70）,從而使長期效益最大化。3 中核2000系列防水材料介紹3.1 三項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新3.1.1 材料結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新中核防水材料有限公司在cn2000b（“水泥基滲透結(jié)晶型防水材料”，即cccw）的開發(fā)過程中，憑借核工業(yè)的專有技術(shù)，從分子物理學(xué)入手，研究分子之間的作用力及運(yùn)動(dòng)規(guī)律

15、，引入“類分子篩”物質(zhì)和“活性”物質(zhì)，使防水材料主體具有類分子篩結(jié)構(gòu)。類分子篩物質(zhì)具有某一確定的、均一的孔徑，有極高的比表面；另一種活性物質(zhì)以分子水平被吸附在類分子篩外表面及孔穴中以后，又自發(fā)形成原子水平的分散，由此，活性物質(zhì)被活化離子化，為其在混凝土基層的擴(kuò)散遷移（滲透）以及隨之催化、引發(fā)的c-s-h凝膠反應(yīng)創(chuàng)造了條件。本公司自行研發(fā)的具有類分子篩結(jié)構(gòu)的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是對(duì)cccw結(jié)構(gòu)組成的創(chuàng)新。對(duì)此，2006年核工業(yè)專利中心查新報(bào)告結(jié)論為：本項(xiàng)目研究內(nèi)容具有新穎性。對(duì)于活性物質(zhì)的擴(kuò)散規(guī)律和作用機(jī)理，本公司做出了研究結(jié)果。3.1.2 制備工藝的創(chuàng)新（專利：“全自動(dòng)粉體制備系統(tǒng)”）水泥

16、基滲透結(jié)晶型防水材料中各種物料的精確配比和勻質(zhì)化，對(duì)產(chǎn)品的性能及穩(wěn)定性非常重要，特別是一些重要輔料的添加量很少，微小誤差就會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重要的影響。直到現(xiàn)在，國內(nèi)外粉體工業(yè)基本上仍然采用傳統(tǒng)的間歇式批量配料，用普通混合器混合。這樣，在配比和混合工藝上都存在很多問題。本公司已獲得國家頒發(fā)證書的實(shí)用新型專利“全自動(dòng)粉體制備系統(tǒng)”主要包括“輔料隨動(dòng)跟蹤添加系統(tǒng)”及“微混合系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了多種粉體配伍及混合的連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)，而且配比精確、混合均勻，使本公司的的cn2000b年生產(chǎn)能力從百噸級(jí)提高到萬噸級(jí)。2006年的查新報(bào)告確認(rèn)，該裝置具有新穎性?！叭詣?dòng)粉體制備系統(tǒng)”的特點(diǎn)是，在檢測(cè)主物料流量

17、的同時(shí)，可以確保在1毫秒的時(shí)間內(nèi)，精確調(diào)整輔料添加量；混合的均勻度，可達(dá)到每1 cm3的各種粉體物料均符合配比要求。確保了產(chǎn)品配比準(zhǔn)確、穩(wěn)定、一致。本系統(tǒng)用自行開發(fā)設(shè)計(jì)的軟件，可以由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。近年來，對(duì)該系統(tǒng)不斷改進(jìn)完善，已向國家專利局申請(qǐng)六項(xiàng)專利（其中二項(xiàng)發(fā)明專利，四項(xiàng)實(shí)用新型專利）。3.1.3 施工工藝的創(chuàng)新（噴涂法施工工藝）做好防水工程有三大要素：一是方案設(shè)計(jì)，二是材料選擇，三是施工方法。就施工方法而言，針對(duì)各種不同的防水施工現(xiàn)場，如環(huán)境溫濕度、基面狀況、面積大小、施工方位等，選擇合理的施工方法，才能確保防水施工的高質(zhì)量和高效率。常用的有刮涂、刷涂等方法，然而，對(duì)于寬闊的隧洞、

18、需要仰面作業(yè)的拱頂、凹凸不平的基面以及大面積的施工等，這些傳統(tǒng)的手工方法顯然費(fèi)工、費(fèi)物，甚至無法進(jìn)行；本公司通過調(diào)研和試驗(yàn)，設(shè)計(jì)加工了適合噴涂高粘稠漿液cn2000b的噴涂機(jī)具，其噴涂效果完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，為適應(yīng)噴涂的需要，對(duì)普通的cn2000b進(jìn)行了調(diào)制。在確保涂層性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)產(chǎn)品的細(xì)度、流動(dòng)性、對(duì)水的浸潤性、與金屬的粘結(jié)性以及凝結(jié)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；經(jīng)過大量的試驗(yàn)、對(duì)比、篩選，成功研發(fā)了適用于噴涂工藝的專用材料。本公司的噴涂防水材料的工藝技術(shù)為中國國內(nèi)首創(chuàng)，相關(guān)的專利申報(bào)正在籌備中。3.2 十大性能特點(diǎn)：3.2.1 防水抗?jié)B性能顯著因該材料的滲透結(jié)晶特性，隨著時(shí)間的

19、推移，其防水效果愈來愈好。3.2.2 防腐性能好該材料耐高、低溫，耐干濕交替和凍融循環(huán)，抑制堿集料反應(yīng)，抗老化、碳化，抗環(huán)境中其他酸性氣體、酸性水、氯鹽、硫酸鹽等的侵蝕，可在ph值為312的環(huán)境下長期使用。3.2.3 高強(qiáng)度由于滲透結(jié)晶的作用，使涂層變成混凝土的組成部分，因而可抵抗高壓水頭。3.2.4 高穩(wěn)定性由于涂層及界面中生成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不分解，因而抗老化、耐紫外光輻射。3.2.5 長壽命c(diǎn)ccw涂層與混凝土機(jī)體同壽命，并可大幅度提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。3.2.6 正常透氣cccw的結(jié)晶產(chǎn)物不影響混凝土的呼吸功能，混凝土結(jié)構(gòu)可正常透氣、排潮、干爽。3.2.7 自我修復(fù)能力小于0.4 mm

20、的微裂紋遇水可自行愈合，體現(xiàn)了該材料的長效性。3.2.8 綠色環(huán)保該產(chǎn)品無毒、無味，不造成任何二次污染，可用于飲水、食品加工、游泳池等工程項(xiàng)目。檢測(cè)證明，其中甲醛、voc、重金屬等有害物質(zhì)的含量低于儀器的檢出限。3.2.9 施工便捷可在常溫下和潮濕基面上施工；可刮涂、噴涂，施工方法簡單；凝結(jié)快，省工、省時(shí)；適合于各種不同的基面（新、舊基或形狀復(fù)雜的基面）。3.2.10 經(jīng)濟(jì)性該材料的價(jià)格低于同類的其他國家的產(chǎn)品；施工周期僅為其六分之一。材料和施工總費(fèi)用大大低于同類的其他國家的產(chǎn)品。4 中核2000系列防水材料的應(yīng)用cn2000系列防水材料早在2001年即被中國國防科學(xué)技術(shù)委員會(huì)鑒定為“該系列產(chǎn)品綜合性能和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平”，鑒于近年來本公司在材料研發(fā)、生產(chǎn)工藝、施工工藝等各方面的不斷創(chuàng)新，經(jīng)地方和國家審核，于2006年8月，天津市科學(xué)技術(shù)委員