天津地鐵中的鋼筋混凝土腐蝕及防護(hù)

1、天津地鐵中的鋼筋混凝土腐蝕及防護(hù)摘 要: 論述了硫酸鹽、氯離子等對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕機(jī)理, 并結(jié)合天津地鐵 2 號(hào)線某車站的具體施工情況, 介紹了相應(yīng)的防護(hù)措施。關(guān)鍵詞: 混凝土; 耐久性; 腐蝕1 工程概況和地質(zhì)特點(diǎn) 天津地鐵 2 號(hào)線某車站主體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)形式, 采用明挖順作法施工。 工程施工范圍內(nèi)地下水分為潛水及微承壓水。其中, 潛水位于地表下 1.03.0 m, 主要依靠大氣降水入滲和地表水入滲補(bǔ)給, 水位受季節(jié)影響明顯; 微承壓水分布于第陸相層以下, 一般位于地表 15.0 m 以下, 主要含水層為粉土和粉砂, 含水層厚度較大, 分布相對(duì)穩(wěn)定, 該層接受上層潛水的補(bǔ)給, 以

2、地下徑流方式排泄, 同時(shí)以滲透方式補(bǔ)給深層地下水。 依據(jù)文獻(xiàn)1的規(guī)定, 進(jìn)行腐蝕性試驗(yàn)得出的結(jié)論是: 主要腐蝕由硫酸鹽和氯離子引起的, 其中, 硫酸根離子最高濃度 2 291mg/L, 氯離子最高濃度 4006 mg/L。它們交互作用, 對(duì)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(jī)理的分析2. 1 硫酸鹽對(duì)混凝土腐蝕作用機(jī)理 Na2SO4、MgSO4 等硫酸鹽與混凝土中水泥的水化產(chǎn)物 Ca(OH)2 反應(yīng)生成: (1)鈣礬石(3CaO、Al2O3、3CaSO4、31H2O)2。它是一種針狀結(jié)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(fā)生反應(yīng), 因此在混凝土內(nèi)

3、形成膨脹應(yīng)力而引起混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。 (2) 白色松軟的不定形物質(zhì)Mg(OH)2。它會(huì)使水泥漿體的結(jié)構(gòu)遭到破壞。 (3)石膏。溶于水后會(huì)造成混凝土的浸析增加。 (4)硅酸鎂水化物。與硅酸鈣水化物的取代反應(yīng)會(huì)使混凝土強(qiáng)度下降。2. 2 氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕作用機(jī)理 混凝土在水化作用時(shí), 水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣, 從而產(chǎn)生大量的氫氧根離子, 使 pH 值達(dá)到 1214。鋼筋在這樣的高堿環(huán)境中, 表面容易生成一層致密的鈍化膜而阻止鋼筋的銹蝕。但當(dāng) pH 值小于一定的數(shù)值時(shí), 鈍化膜則難以形成, 氯離子一旦到達(dá)鋼筋表面, 局部鈍化膜便開始被破壞, 鋼筋便會(huì)在各種作用下開始銹蝕。 (1)腐蝕電流的影響。

4、當(dāng)鋼筋表面局部鈍化膜遭到破壞后, 使某些部位露出鐵基本體, 與尚完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成電位差。大面積的鈍化膜區(qū)作為陰極發(fā)生還原反應(yīng), 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(kuò)展。 (2) 氯離子的陽極去極化作用3。加速陽極過程者, 稱做陽極去極化作用, 而氯離子就具有這樣的作用, 即: 在陽極氯離子與 2 價(jià)鐵離子相遇生成 FeCl2,使 2 價(jià)鐵離子消失, 從而加速陽極反應(yīng)。但是 FeCl2是可溶的, 在向混凝土內(nèi)擴(kuò)散遇到氫氧根離子發(fā)生反應(yīng), 最后可氧化成鐵的氧化物。在這個(gè)過程中, 氯離子只起“搬運(yùn)”作用, 而不被“消耗”, 因此它會(huì)周而復(fù)始地起破壞作用。 (3)氯鹽與水泥

5、的作用。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(fù)鹽”, 從而降低氯離子含量, 同時(shí)降低硫酸鹽與鋁酸三鈣作用而發(fā)生“膨脹”破壞。但當(dāng)混凝土的堿度降低時(shí), “復(fù)鹽”會(huì)分解重新釋放出氯離子, 對(duì)鋼筋產(chǎn)生腐蝕。2. 3 其他的腐蝕因素 如果外界環(huán)境中 CO2、SO2、工業(yè)酸性介質(zhì)等滲入到混凝土中, 也會(huì)與其中的含堿物發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 這樣將降低混凝土的堿度, 也可能導(dǎo)致部分水泥水化物分解。此外, 氣候條件、地下微生物等也有可能腐蝕鋼筋。3 鋼筋混凝土防護(hù)措施 通過上面腐蝕機(jī)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(shí)度, 增強(qiáng)抗?jié)B能力; 控制硫酸

6、根離子、氯離子的含量。 (1)水泥和骨料材料的選擇 水泥是配置混凝土的關(guān)鍵原料。為提高混凝土抗硫酸根離子腐蝕性和抗裂性能, 選用含 C3A、堿量低的普通硅酸鹽水泥和堅(jiān)固耐久的潔凈骨料, 并控制水泥和骨料中氯離子的含量; 要重視單方混凝土中膠凝材料的用量和混凝土骨料的級(jí)配, 以及對(duì)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。 (2)摻入高效活性礦物摻料 活性礦物質(zhì)摻料中含有大量活性 SiO2 及活性Al2O3。由于現(xiàn)在水泥產(chǎn)品的細(xì)度減小、活性增加, 使得水化反應(yīng)加速、放熱加劇、干燥收縮增加, 導(dǎo)致混凝土溫度收縮和干縮產(chǎn)生的裂紋增加。將二級(jí)粉煤灰、S95 級(jí)礦粉復(fù)合摻入混凝土

7、中, 可以減少熱開裂, 提高抗?jié)B性, 降低混凝土中鈣礬石的生成量。 （3）使用高效減水劑 一般情況下, 材料的組合與配合比中對(duì)混凝土抗?jié)B性最具影響力的因素是水灰比。因此在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí), 應(yīng)盡可能降低用水量。加入減水劑可以使水泥體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),在水泥表面形成一層溶劑化水膜, 同時(shí)將水泥在加水?dāng)嚢柚行跄w內(nèi)的游離水釋放出來, 達(dá)到減水的目的。 (4)添加防腐劑 采用 SRA- 1 型防腐劑, 其 SiO2 與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣生成水化硅酸鈣凝膠, 降低硫酸鹽腐蝕速度; 其二次水化反應(yīng)也減少氫氧化鈣的含量, 降低液相堿度, 從而減少了硫酸根離子生成石膏的鈣礬石的數(shù)

8、量, 減緩了膨脹破壞。同時(shí)它還相對(duì)降低水泥中鋁酸鹽的含量。它的氯離子滲透系數(shù)為抗硫酸鹽水泥的0.1, 為普通硅酸鹽的 0.5, 所以, 當(dāng)硫酸根離子和氯離子并存時(shí), 它更有利于抵抗鹽類腐蝕。4 結(jié)語 為提高混凝土的耐久性, 我們選用了優(yōu)質(zhì)原材料, 除水泥、水和骨料, 還摻入了足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑, 這樣就減少了水泥用量、混凝土內(nèi)部空隙率以及體積收縮; 在施工過程中, 由于加強(qiáng)了施工各環(huán)節(jié)控制, 嚴(yán)把混凝土施工質(zhì)量關(guān), 確保水灰比、坍落度在要求范圍內(nèi), 混凝土振搗嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行操作, 同時(shí)重視混凝土振搗后的抹面工作, 所以施工后經(jīng)檢驗(yàn), 質(zhì)量效果甚佳, 受到建設(shè)單位好評(píng)。參考文獻(xiàn):1 首都規(guī)劃建設(shè)委員會(huì)辦公室. GB 50307- 1999 地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范S. 北京