混凝土結(jié)構(gòu)的氯鹽危害與防護(hù)措施

黃曉蘭

目前,氯鹽侵蝕混凝土建筑的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,特別是沿海地區(qū)和多雪地區(qū)。據(jù)1992年統(tǒng)計(jì),美國因撒除冰鹽引起鋼筋銹蝕而限載通車的公路橋梁就占1/4,不能通車的約5 000多座。國內(nèi)外處于浪濺區(qū)的海港碼頭和混凝土橋梁,從投入使用到開始維修,一般不超過10年(如圖1,圖2所示)。

1 氯離子的侵蝕途徑

1.1 從混凝土材料中混入的鹽

混凝土材料中可能含鹽的材料有粗細(xì)骨料、水和化學(xué)外加劑。

對于水泥,如果使用海產(chǎn)石灰石等海產(chǎn)原料,或者為了得到早強(qiáng)水泥而添加CaCl2時(shí),這時(shí)水泥中就會含有氯鹽。一般情況下,水泥中含有的鹽是可以忽略的。

對于粗骨料,如果使用的是海產(chǎn)骨料,這時(shí)會含有鹽。但是國內(nèi)極少使用這種骨料;而且從粗骨料的比表面積來判斷,與細(xì)骨料相比,其含鹽量是可以忽略的。

摻合料的類型很多,粉煤灰一般不含鹽分,但如果煤通過海上運(yùn)輸,受到海水濺侵時(shí),這時(shí)粉煤灰可能含有一定的鹽分,而膨脹劑一般是不含鹽分的。

1.2 從環(huán)境侵入混凝土中的鹽

外部侵入的鹽有海水、海水滴,海鹽粒子及除冰鹽。

氯離子在混凝土中的滲入能力較強(qiáng),只要混凝土中有氯離子濃度梯度存在,就有氯離子滲入。一般認(rèn)為,氯離子滲入混凝土中主要有三種方式,即擴(kuò)散、毛細(xì)孔吸收和滲透。擴(kuò)散是由于溶液中氯離子濃度梯度引起的;毛細(xì)孔吸收是指氯離子隨水進(jìn)入干燥的混凝土中;滲透則是在壓力作用下,氯離子隨水一起進(jìn)入混凝土。三種滲入形式一般是同時(shí)存在的,其中毛細(xì)孔吸收滲入速度最快。

滲入的氯離子在混凝土中有三種存在形式。第一種是氯離子與水泥中C3A的水化產(chǎn)物硫鋁酸鈣反應(yīng)生成低溶性的單氯鋁酸鈣 3CaO?Al2O3?CaCl2?10H2O,即所謂的 Friedel鹽(又稱氯離子的化學(xué)結(jié)合物);第二種是氯離子被吸附到水泥膠凝材料的水化產(chǎn)物中去,即被水泥水化產(chǎn)物內(nèi)比表面積不可逆的吸收(又稱氯離子的物理吸附);第三種是氯離子以游離的形式存在于混凝土的孔溶液里,只有這部分以游離態(tài)存在的氯離子達(dá)到一定的濃度才會對鋼筋造成腐蝕。

2 氯離子的破壞作用

混凝土中pH值高,能大幅度抑制鋼筋的銹蝕。但是,即使在高pH值的環(huán)境下,如存在氯離子,由于氯離子作用,鈍化膜受到破壞,鋼筋產(chǎn)生腐蝕(見圖3)。關(guān)于這種現(xiàn)象的機(jī)理有以下幾種說法:1)由于氯離子向鈍化膜的解膠作用,促進(jìn)了鐵離子的溶解。2)由于生成絡(luò)合物,為連續(xù)反應(yīng)創(chuàng)造了條件。3)對陽極反應(yīng)起觸媒作用。4)通過與鐵的直接反應(yīng),生成中間性產(chǎn)物。5)降低pH值。6)增加電傳導(dǎo)。

從上述論點(diǎn)來看,氯離子的作用是間接的;而且是一種觸媒的作用。但是,也沒有得到充分的說明。此外,混凝土中腐蝕環(huán)境條件不均一的情況下,會構(gòu)成宏觀電池。這種宏觀電池與一般腐蝕中的局部電池(微電池)不同,陽極和陰極的面積比小,多形成孔腐蝕形態(tài)。

3 防護(hù)對策

關(guān)于混凝土中臨界的或者無害的氯離子含量的各種因素關(guān)系如圖4所示。防止鹽害的對策應(yīng)包括:1)混凝土中允許的氯離子含量;2)鹽分與海洋環(huán)境氯離子的侵入;3)從混凝土表層氯離子擴(kuò)散滲透到鋼筋表面;4)導(dǎo)致鋼筋腐蝕的臨界值等。

3.1 允許氯化物含量

在國外,日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定混凝土中氯離子含量為0.30 kg/m3;美國海洋混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子含量不超過水泥質(zhì)量的0.10%(RC)或0.06%(PC);英國混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,氯離子含量應(yīng)不大于0.1%水泥質(zhì)量(PC)或0.4%水泥質(zhì)量(RC)。

在我國規(guī)范中,對預(yù)應(yīng)力混凝土及處于易腐蝕環(huán)境中的鋼筋混凝土中氯離子的含量不超過0.06%的水泥質(zhì)量。

3.2 提高混凝土抗氯離子侵入能力

1)嚴(yán)格控制水灰比和保護(hù)層厚度;2)優(yōu)化混凝土組成材料;3)在混凝土中摻入氯離子吸附劑;4)嚴(yán)格控制裂縫寬度;5)用耐候性好的涂料對混凝土表面進(jìn)行防護(hù);6)采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋;7)電化學(xué)防腐蝕;8)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。

4 結(jié)語

氯鹽的危害是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素。深刻理解氯鹽侵蝕對鋼筋銹蝕的影響有重要意義。對于未建工程,進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)時(shí),可選取合理的方法,避免結(jié)構(gòu)較早破壞,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失;對于在役混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)做出正確的耐久性評定和剩余壽命預(yù)測,以選擇正確的處理和加固方法。

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