能動 140409115 徐靈 混能土橋梁腐蝕與防護(hù)

1、混凝土橋梁的腐蝕與防護(hù)徐靈浙江海洋大學(xué) A14能動140409115摘要：結(jié)合復(fù)雜的海洋環(huán)境和混凝土橋梁腐蝕機(jī)理，來總結(jié)目前常用的橋梁防腐蝕技術(shù)和措施，指出了適合海洋環(huán)境下橋梁結(jié)構(gòu)的防腐蝕技術(shù)。關(guān)鍵詞：混凝土橋梁腐蝕機(jī)理 海洋環(huán)境 混凝土橋梁防腐0 引言混凝土腐蝕破壞是指在環(huán)境作用下因受物理和化學(xué)各種破壞作用而使其耐久性能、力學(xué)性能明顯降低的現(xiàn)象。它將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和使用性能。據(jù)國外2004年統(tǒng)計資料介紹英國現(xiàn)有橋梁中的40%因結(jié)構(gòu)腐蝕必須進(jìn)行修復(fù)所需費(fèi)用占年GDT的3.14%,美國近60萬座橋梁中一半以上出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞每年所需維修費(fèi)用占年總建造經(jīng)費(fèi)的1.25%。據(jù)我國2004年資料

2、統(tǒng)計國內(nèi)近40萬座橋梁中有1萬多座已受到損害其中4000多座已成危橋每年因腐蝕問題造成的損失達(dá)幾十億元。我國每年的腐蝕損失至少達(dá)到幾千億元人民幣。因此，人類要以科學(xué)為武器，與腐蝕作斗爭。1 混凝土橋梁腐蝕機(jī)理類型海洋環(huán)境中鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)腐蝕的主要原因有鋼筋銹蝕、碳化侵蝕、鎂鹽、硫酸鹽侵蝕、酸性氣體侵蝕、堿骨料反應(yīng)等。其中,鋼筋銹蝕是主因,它所造成的破壞和損失最嚴(yán)重。但是本文主要講解碳化作用、鹽類侵蝕作用、鋼筋腐蝕作用的腐蝕機(jī)理。 1.1 碳化作用腐蝕機(jī)理Ca(OH)2+H2O+CO2CaCO3+2H2O碳化結(jié)果可使PH < 9低于保持鋼筋鈍化最低PH值9.5可導(dǎo)致混凝土中性化致使鋼筋

3、不可避免產(chǎn)生銹蝕。1.2 鹽類腐蝕作用機(jī)理 近年來由于環(huán)境污染日益嚴(yán)重在某些地區(qū)酸雨對于鋼筋混凝土的危害比碳化更為嚴(yán)重。 其作用機(jī)理如下 3CaOAl2O3+3CaSO42H2O+26H2O 3CaOAl2O33CaSO432H2O鹽類侵蝕引起混凝土體積膨脹、開裂、破壞發(fā)生后很難阻止不易修補(bǔ)和挽救。 1.3 鋼筋腐蝕作用鋼筋銹蝕主要是由氯離子侵蝕引起。調(diào)查表明即使混凝土碳化深度淺在氯離子含量較高的情況下鋼筋也容易遭受腐蝕，如圖所示。 這是由于氯離子的半徑小、活性大穿透力強(qiáng)之故。當(dāng)鋼筋周圍混凝土孔隙液 中氯離子達(dá)到一定濃度時氯離子吸附在膜結(jié)構(gòu)有缺陷的地方使難溶的氫氧化鐵轉(zhuǎn)變成易溶的FeCl2致使

4、鋼筋表面的鈍化膜局部破壞形成坑蝕現(xiàn)象。鋼筋銹蝕過程的主要反應(yīng)方程式如下: FeFe2+ +2eFe2+ +2Cl- +4H2OFeCl2·4H2OFeCl2·4H2OFe(OH) 2+2Cl- +2H+ +2H2O4Fe(OH) 2 +O2+2H2O4Fe(OH)3 可以看出,在鋼筋銹蝕過程中氯離子并不改變銹蝕產(chǎn)物的組成且在混凝土中的含量也不會因腐蝕反應(yīng)而減少,僅起到催化作用。氯離子導(dǎo)致的鋼筋銹蝕是一個復(fù)雜的電化學(xué)過程這個過程可比作電池反應(yīng)。氯離子一般首先在較小區(qū)域的鋼筋表面破壞鈍化膜, 形成小陽極, 與大部分表面鈍化膜完好的鋼筋區(qū)域即大陰極間形成腐蝕電偶, 使坑蝕的發(fā)展較

5、為迅速促使鋼筋腐蝕、膨脹并導(dǎo)致鋼筋性能減弱、混凝土順筋開裂。鋼筋氧化體積增加約3倍導(dǎo)致裂縫擴(kuò)張和混凝土保護(hù)層開裂和剝離破壞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的完整性。 為保證結(jié)構(gòu)安全使用確保橋梁在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不致于使氯離子滲透至鋼筋表面,需采取一系列防腐措施。2 混凝土橋梁防腐措施2.1 增加混凝土層厚度個通過增加混凝土層厚度，提高使用耐久性，簡單?；炷梁穸冗^厚，易因本身的脆性和收縮導(dǎo)致裂縫而降低對鋼筋的保護(hù)。 2.2 使用混凝土防腐涂料混凝土防腐涂料一般通過在海水與混凝土之間建立保護(hù)膜等方式來避免海水中的陰陽離子通過混凝土，因為防腐涂料實(shí)在是有太多了，我這邊就介紹一下幾種。滲透型環(huán)氧封閉底漆：由于混凝土表面和

6、鋼材相比較為疏松多孔，因為涂裝滲透型封閉底漆以增強(qiáng)其表面強(qiáng)度，增加涂層與混凝土的附著力，還起到增加涂層封閉性和抗?jié)B透性作用。環(huán)氧膩?zhàn)友a(bǔ)平層：由于混凝土表面凹凸不平，需采用膩?zhàn)友a(bǔ)平，環(huán)氧膩?zhàn)泳哂袠O佳的附著力、耐堿性、耐腐蝕性和強(qiáng)度，是一種理想的補(bǔ)平材料，可以增加混凝土和涂層耐久性，提高涂層的抗?jié)B透性。屏蔽型環(huán)氧厚膜型中涂料：是一種高固體厚膜中涂漆，具有極佳的附著力、耐堿性和抗?jié)B透性，涂裝后增加涂層的厚度，增加整個涂層的抗?jié)B透性。2.3 電化學(xué)防腐（1）犧牲陽極保護(hù)犧牲陽極保護(hù)是利用電化學(xué)原理，由活潑金屬鋅鋁等在海水介質(zhì)中與鋼鐵構(gòu)成電性連接，使鋼鐵在總體上成為陰極而得到保護(hù).船舶犧牲陽極主要有鋅與

7、鋅合金陽極或鋁與鋁合金陽極，它們有足夠負(fù)的電位并且很穩(wěn)定；工作陽極極化小且溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物容易脫落；電流效率高等特點(diǎn).（2）外加電流保護(hù) 外加電流保護(hù)系統(tǒng)一般有直流電源、輔助陽極、陽極屏蔽層和參比電極四部分構(gòu)成.輔助陽極作用是使電流從電極經(jīng)介質(zhì)到被保護(hù)體面，參比電極是用來測量被保護(hù)體的電位，并向控制系統(tǒng)傳遞信號，以便調(diào)節(jié)保護(hù)電流的大小，使結(jié)構(gòu)的電位處于保護(hù)范圍.采用陰極保護(hù)時使金屬的腐蝕速度降到允許程度所需要的電流密度值，稱為最小保護(hù)電流密度.最小保護(hù)電流密度是與最小保護(hù)電位相對應(yīng)的，要使金屬達(dá)到最小保護(hù)電位，其電流密度不能小于該值，否則金屬就達(dá)不到滿意的保護(hù).保護(hù)電位也不能太高，否則會導(dǎo)致

8、輔助陽極擊穿屏蔽層而發(fā)生陽極短路，使系統(tǒng)破壞.2.4采用高性能混凝土 采用高性能原材料和新型減水劑，形成低水膠比，低缺陷和高耐久性混凝土材料。但這同時施工技術(shù)要求較高，成本也比較高。3 混凝土橋梁防腐發(fā)展趨勢 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面用涂料的未來發(fā)展趨勢 也將遵從高性能、綠色環(huán)保的原則。同時涂料技術(shù) 向多元化方向發(fā)展以適應(yīng)不同腐蝕環(huán)境、不同防腐部位、甚至人文景觀的要求。3.1高性能耐候面漆 在表干區(qū)部位環(huán)氧封閉漆環(huán)氧云鐵漆丙 烯酸聚氨酯面漆的體系，以其綜合的優(yōu)異性能在防 腐和景觀要求較高的場合還會長期應(yīng)用。上述體系中，底涂層環(huán)氧漆將逐步向高固體份、無溶劑涂料 過渡，而耐候面漆將逐步向耐候性能更加優(yōu)異

9、的氟 碳涂料、聚硅氧烷涂料過渡。氟碳涂料超強(qiáng)的耐候 性已經(jīng)被業(yè)內(nèi)認(rèn)可，并在橋梁主塔領(lǐng)域獲得應(yīng)用。聚硅氧烷涂料是一種更加環(huán)保的高性能耐候面漆， 但其在混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用需要進(jìn)一步驗證。3.2潮濕表面容忍性涂料 處于潮差區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，由于涂裝環(huán)境特 點(diǎn)，在涂裝時混凝土表面通常濕度較大，需要采用 對潮濕混凝土基面具有很好適應(yīng)性的涂料。在這里要注意“濕固化”的含義，濕固化并非指涂料必需有 水才能固化，而是通過環(huán)氧涂料的結(jié)構(gòu)改性提高其 對潮濕混凝土基面的適應(yīng)性，既對潮濕混凝土基面 具有良好的潤濕性、滲透性、耐堿性和優(yōu)異的附著力。杭州灣跨海大橋的承臺、青島海灣大橋的橋墩 均采用濕固化環(huán)氧封閉底漆進(jìn)行潮濕基面的封底 處理。3.3彈性涂料 相對于鋼材，混凝土結(jié)構(gòu)的形變更大，因此 JT/T695標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于混凝土結(jié)構(gòu)表面的涂料要具有很好的力學(xué)性能，以適應(yīng)混凝土的形變。日本 道路協(xié)會制訂的道路橋梁氯離子對策指南·解釋 根據(jù)混凝土材料的種類和使用條件分為A、B、C 三種體系，其中B體系適用于鋼筋混凝土材料發(fā)生 裂縫的情況，要求涂膜具有柔韌性。涂裝體系為： 環(huán)氧樹脂或聚氨酯底涂環(huán)氧樹脂膩?zhàn)尤犴g型 環(huán)氧樹脂或柔韌型聚氨酯中涂柔韌型聚氨酯面涂。正在制訂的鐵路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)防腐面涂層標(biāo) 準(zhǔn)，規(guī)定了