內陸鹽漬土環(huán)境下混凝土結構耐久性研究

1、內陸鹽漬土環(huán)境下混凝土結構耐久性研究內陸鹽漬土環(huán)境下混凝土結構耐久性研究 內陸鹽漬土環(huán)境下混凝土結構耐久性研究摘要：本文以我國西部內陸鹽漬土地帶環(huán)境下的混凝土結構為背景，詳細分析該環(huán)境下耐久性的影響因素、作用機理，并提出合理的技術措施，以保障復雜環(huán)境下的結構耐久性。關鍵詞：鹽漬土環(huán)境；混凝土耐久性；腐蝕機理；解決措施正文：1.研究背景我國西部青海、甘肅等西北部地區(qū)，不僅冬季寒冷、干燥、日照時間長，而且其土壤屬內陸鹽漬土，含有大量的SO42-（1.43%）、Cl1-（0.82%）和 Mg2-（0.62%）等離子。這些地區(qū)的橋梁、隧道等構筑物的混凝土結構遭受凍融循環(huán)、鹽侵蝕、劇烈溫差等多因素的共同

2、破壞作用，混凝土結構的服役環(huán)境極其惡劣。 我國正在實行西部大開發(fā)的政策，因此，大量的基礎設施要建設在鹽漬土地帶環(huán)境下。由于鹽漬土地帶環(huán)境下的混凝土腐蝕速度遠遠超過一般環(huán)境下環(huán)境的腐蝕速度，不得不進行工程修復，因此造成了巨大的經濟損失。所以，研究該環(huán)境下的混凝土的耐久性的研究具有非常重要的現實意義和深遠的社會影響。 2.西部鹽漬土環(huán)境下混凝土結構耐久性的影響因素綜述在西北地區(qū)，高寒、大溫差、強輻射、干燥、大風沙、鹽堿腐蝕等惡劣氣候環(huán)境使得混凝土結構處于干濕變化、溫度變化、凍融循環(huán)、鹽堿腐蝕、風蝕等多種自然因素的作用下，日積月累，在混凝土結構中極易產生剝蝕、裂縫等，對混凝土的耐久性造成了很大的不利

3、。 大體可將這些因素分為氣蝕，磨損，凍融等物理因素，以及硫酸鹽，碳化，堿-集料反應等化學因素。3.西部鹽漬土環(huán)境下混凝土結構耐久性的影響因素作用機理3.1凍融循環(huán)凍融破壞形式:混凝土凍融破壞有兩種基本形式凍脹開裂和凍融剝蝕。凍脹開裂的特征是混凝土產生裂縫，裂縫在表面連結的同時向內部擴展延伸；鹽凍剝蝕破壞是典型的凍融剝蝕破壞形式。 凍融循環(huán)破壞機理：混凝土的抗凍性是混凝土受到物理作用(干濕變化、溫度變化、凍融變化等)后反映混凝土耐久性的重要指標之一?；炷羶鋈谧饔闷茐臋C理是混凝土在其凍融的過程中，遭受的破壞應力主要由兩部分組成。其一是當混凝土中的毛細孔水在某負溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉變成冰，體積

4、膨脹，因受毛細孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周圍的微觀結構中產生拉應力；其二是當毛細孔水結成冰時，由凝膠孔中過冷水在混凝土微觀結構中遷移和重分布引起的滲管壓。由于表面張力的作用，混凝土毛細孔隙中的水的冰點隨著孔徑的減小而降低。當膠凝孔水形成冰核的溫度在-78以下時，由冰與過冷水的飽和蒸汽壓差和過冷水之間的鹽分濃度差引起水分遷移而形成滲透壓。另外膠凝不斷增大，形成更大膨脹壓力，當混凝土受凍時，這兩種壓力會損傷混凝土內部微觀結構，當經過反復多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴大。發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝土的強度逐步降低，最后甚至完全喪失。 3.2氯離子腐蝕 1)、破壞鋼筋表面鈍化膜水泥水化的

5、高堿性使混凝土內鋼筋表面產生一層致密的鈍化膜。鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的，當pHl15時，膜層就開始不穩(wěn)定；當pH9，88時該鈍化膜生成困難，或將已經生存的鈍化膜逐漸破壞。氯是極強的去鈍化劑，它進入混凝土到達鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時，可使鋼筋表面pH值降低到4以下，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋表面逐漸產生腐蝕。2）、在鋼筋表面逐漸形成腐蝕電池，如果在大面積的鋼筋表面上形成高濃度氯化物，則氯化物所引起的腐蝕可能是均勻性腐蝕，但是在不均質的混凝土中，常見的是局部坑狀腐蝕。腐蝕電池作用的結果是，在鋼筋表面產生蝕坑，由于大陰極對應于小陰極，蝕坑發(fā)展迅速很快。3）、加速了去極化作用氯離子

6、不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用?；炷林新入x子的存在強化了離子通道，降低了陰陽極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學腐蝕過程，使鋼筋承載力大幅度下降。 3.3鋼筋碳化大氣環(huán)境下,混凝土碳化是一個緩慢的破壞過程,混凝土的碳化速度與結構混凝土保護層的質量和大氣環(huán)境密切相關?？諝庵械亩趸纪ㄟ^保護層混凝土孔隙,由外向內進行擴散,在一定的濕度條件下,與混凝土中的Ca(OH)2反應生成CaCO3。由于碳化后的混凝土堿度降低,將造成鋼筋表面鈍化膜破壞,保護層混凝土失去對鋼筋的保護作用。野外暴露環(huán)境中的水、氧氣會通過保護層擴散到鋼筋和混凝土界面,使鋼筋發(fā)生電化學腐蝕反

7、應。由于鋼筋銹蝕后體積較原體積增大24倍,銹蝕層會導致保護層脹裂。開裂后的鋼筋混凝土結構會以更快的銹蝕速度劣化,最后導致耐久性失效、結構承載能力下降甚至誘發(fā)結構破壞。在干旱地區(qū)施工的混凝土橋梁,由于表層混凝土干燥快、水化不充分等原因,在高原環(huán)境強烈的溫差變化和風效應影響下,混凝土的收縮和脆性的增加,造成混凝土表面出現網狀裂紋,使酸性氣體在普通混凝土中擴散速度較快,這對野外暴露環(huán)境下橋梁混凝土的抗碳化性能是不利的。 3.4硫酸鹽腐蝕硫酸鹽對混凝土的破壞，硫酸鹽對硬化水泥的腐蝕屬于膨脹性腐蝕，在侵蝕過程的初始階段，由于硫酸鹽在混凝土空隙中逐漸形成積聚，從而使混凝土的相對密度和強度有所增加，當混凝土

8、中的孔隙和毛細孔中的結晶體繼續(xù)增長而明顯膨脹的時候，如芒硝與混凝土中Ca(OH)2反應生成石膏，可使體積膨脹約2倍。石膏進一步與混凝土中鋁酸三鈣反應，生成硫鋁酸鈣，其體積又可膨脹2倍。由此產生的巨大應力，足以引起混凝土微觀結構甚至宏觀破壞。此外，硫酸鹽滲入混凝土中，在干濕交替的條件下，發(fā)生結晶也能引起體積膨脹。4.該環(huán)境下可采取的有效措施4.1預防硫酸鹽腐蝕的措施4.1.1嚴格選擇原材料，降低混凝土組分與硫酸鹽反應的活性。選擇含硫酸鹽少的集料、拌合水及外加劑等來控制混凝土內部硫酸根離子含量；選用抗硫酸鹽水泥或摻加礦物摻合料不僅使混凝土中易與硫酸鹽反應生成膨脹性物質產生破壞的物質與礦物摻合料進行

9、反應而生成能在硫酸鹽侵蝕環(huán)境中穩(wěn)定存在的物，還能改善混凝土的孔結構，提高混凝土的密實性，有效切斷硫酸鹽離子進入混凝土內部的通道。4.1.2改善混凝土的孔隙結構，提高混凝土的致密性。滿足混凝土工作性的情況下，盡可能地降低單位用水量，以獲得致密的混凝土，減小孔隙率和孔徑；進行合理的養(yǎng)護，使混凝土強度穩(wěn)定發(fā)展，減少溫度裂縫；通過摻加礦物摻合料以提高水泥石強度及致密度，降低SO42-的侵蝕能力。4.1.3增設必要的保護層。當侵蝕作用較強或以上措施不能奏效時，可在混凝土表面涂上一層耐腐蝕性強且不透水的保護層（如瀝青、塑料、玻璃等）來隔離混凝土與侵蝕溶液的接觸。 4.2增強混凝土的抗凍性措施4.2.1摻用

10、引氣劑和減少劑及引氣型減水劑摻用引氣劑是提高混凝土抗凍性的主要措施,實踐證明,摻有引氣劑的混凝土比不摻引氣劑的混凝土后退1015年出現表面剝落等凍害現象。4.2.2嚴格控制水灰比,提高混凝土密實性密實度是混凝土強度的主要指標,水灰比是影響密實度的主要因素,提高混凝土的抗凍性,必須從降低水灰比入手。當前較有效的方法是摻減水劑特別是高效減水劑,生產實踐證明摻入水泥重量的0.5%1.5%的,可以減少用水15%25%,使混凝土強度提高20%30%,抗凍性提高10%左右。4.2.3加強早期養(yǎng)護或摻入防凍劑防止混凝土早期受凍常用的熱養(yǎng)護方法有電熱法,蒸汽養(yǎng)護法及熱拌混凝土蓄熱養(yǎng)護法。早強劑,防凍劑目前仍以

11、氯鹽,亞硝酸鹽為主,三乙醇胺復合早強劑使用也較普遍,近幾年來工程中使用的無氯鹽早強減水劑和防凍劑,對鋼筋無銹蝕作用,在10左右氣溫條件下,使混凝土具有較強的抗凍害能力,從而保證冬季施工。 4.3抗氯離子及碳化措施4.3.1結構采用高性能混凝土。側重于高性能、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性、強度等。同時，充分的濕養(yǎng)護是使其獲得高強度、低孔隙率和高抗氯離子擴散能力所必不可少的。4.3.2協(xié)同保護采用高性能混凝土來控制裂縫的產生與發(fā)展，再用鋼筋阻銹劑抑制腐蝕，最后用具有一定彈性的涂層封閉涂裝，以起到協(xié)同保護作用。這樣鋼筋阻銹劑起到。拾遺補缺”的作用，有效地阻止鋼筋腐蝕發(fā)生，從而延長鋼筋混凝土的使用耐久壽命。4.

12、3.3涂料涂刷結構表面層保護鋼筋混凝土中實施涂料涂裝保護是一種經濟實用的防腐蝕技術措施。但涂裝質量的控制十分關鍵，因此，實施涂料涂裝的鋼筋混凝土構件，首先必須進行控裂設計，至少達到構件在不同工況條件下受拉彎區(qū)裂縫的縫寬基本不變，以確保涂層保護的效果。完好的混凝土保護涂層具有阻擋腐蝕性介質與混凝土表面的接觸特點，從而延長混凝土和鋼筋混凝土的使用壽命。4.3.4增加混凝土保護層厚度:這是提高劣質土鋼筋混凝土使用壽命的最為直接、簡單而且經濟有效的方法。不僅可以防止氯離子的腐蝕還可以防止鋼筋的碳化。但是保護層厚度并不能無限制地增加。當保護層厚度過厚時，混凝土材料本身的脆性和收縮會導致混凝土保護層出現裂縫反而削弱其對鋼筋的保護作用，在正常情況下接觸鹽漬土結構件保護層厚度不小于40mm為宜。5.結論混凝土結構的耐久性是一個涉及環(huán)境、材料、設計、施工等多種因素的復雜問題，要解決好這個問題需要進行多方面的工作。鋼筋混凝土結構耐久性應由正確的結構設計、材料選擇以及嚴格的施工質量來保證，同時應注意對其在使用階段實行必要的管理和維護。只有這樣，才能保證和提高混凝土結構的耐久性，才能保證我國建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展.影響結構耐久性的因素很多，混凝土質量及其保護層是內在因素；環(huán)境與載荷作用則是外在因素，不同的原因會造成不同