冶金環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的影響分析

【摘 要】 冶金行業(yè)的混凝土結(jié)構(gòu)常常會由于其惡劣的自然環(huán)境導(dǎo)致建筑物使用性能的快速下降。本文通過對冶金工業(yè)中導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)劣化的因素及其劣化機理的分析，提出介質(zhì)腐蝕和高熱腐蝕下混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)措施。

【關(guān)鍵詞】 冶金環(huán)境；混凝土結(jié)構(gòu)；影響

引言

混凝土結(jié)構(gòu)是我國建筑工程中應(yīng)用最為廣泛的材料，但在長期使用中混凝土結(jié)構(gòu)會在不同的環(huán)境中發(fā)生不同程度的老化與結(jié)構(gòu)損傷，特別是冶金行業(yè)的混凝土結(jié)構(gòu)常常會由于其惡劣的自然環(huán)境導(dǎo)致建筑物使用性能的快速下降，并危及建筑的安全運行[1]。因此，通過研究冶金工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)劣化的因素及其劣化機理，進而提出恢復(fù)或提高原有結(jié)構(gòu)的使用功能的有效措施成為一個迫切需要解決的課題。

1 冶金工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境特點

高爐水渣脫水槽是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)施，通常都采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。由于鋼鐵生產(chǎn)中會產(chǎn)生較高溫度的腐蝕性液汽，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受這些腐蝕性液汽的長期侵蝕，會出現(xiàn)嚴(yán)重的劣化現(xiàn)象，導(dǎo)致高爐水渣脫水槽在使用7～8的使用就會出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)開裂、表皮脫落、鋼筋銹蝕等嚴(yán)重威脅混凝土結(jié)構(gòu)安全的問題。鋼連鑄輥道基礎(chǔ)也是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)必不可缺的設(shè)施，其會因鋼鐵生產(chǎn)高溫的長期烘烤，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)保護層基本失效、鋼筋銹蝕膨脹?？傊苯鸸I(yè)的生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，使得混凝土結(jié)構(gòu)的劣化速度加快，導(dǎo)致冶金工業(yè)混凝土建筑物需要進行頻繁的維修與加固。

2 響混凝土結(jié)構(gòu)劣化的因素分析

2.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是由于大氣中的C02向混凝土內(nèi)部擴散與其發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土的堿性下降，使混凝土變脆、產(chǎn)生不可逆的收縮，并引起混凝土表面微裂紋。在混凝土碳化過程會導(dǎo)致原有水泥水化產(chǎn)物的分解，導(dǎo)致混凝土穩(wěn)定性和膠結(jié)能力的下降，使得混凝土強度降低或喪失[2]。鋼筋在堿度環(huán)境中會在其表面形成一層鈍化膜，可以使鋼筋免受腐蝕，而混凝土的碳化作用則會破壞鋼筋表面鈍化膜，從而導(dǎo)致鋼筋的腐蝕。通常C02的濃度、環(huán)境溫度及濕度是影響混凝土的碳化速度的三個主要因素。

2.2 混凝土的氯鹽、硫酸鹽侵蝕

2.2.1 混凝土的氯鹽侵蝕

通常氯離子侵入混凝土主要通過擴散作用、毛細(xì)管作用、滲透作用、電化學(xué)遷移等四種方式[3]。當(dāng)混凝土表面層完好時，氯離子的滲透速率較慢，但當(dāng)混凝土出現(xiàn)微裂縫時，氯離子會沿著裂縫快速進入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，氯離子會擴散到鋼筋表面破壞鋼筋的鈍化膜，還會使鋼筋產(chǎn)生自極化現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼筋鈍化膜的加快破壞。此外，氯離子還會與混凝土中的鋁酸三鈣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土的膨脹破壞。

2.2.2 混凝土的硫酸鹽侵蝕

硫酸鹽溶液對混凝土的侵蝕是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，主要是由于硫酸鹽離子與水泥石的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣反應(yīng)生成三硫型水化硫鋁酸鈣，導(dǎo)致固相體積倍增，引起混凝土的膨脹、開裂、解體。當(dāng)硫酸鹽濃度較高時，還會有石膏結(jié)晶析出和破壞水化礦物的穩(wěn)定性，引起混凝土的膨脹開裂?？偟膩碚f，混凝土本身的性能、侵蝕溶液和環(huán)境條件是影響硫酸鹽液體對混凝土侵蝕速率快慢的主要因素。

2.3 溫、濕度對混凝土劣化的影響

當(dāng)混凝土處于低溫干燥的環(huán)境下，會產(chǎn)生較大的收縮變形，而當(dāng)其吸收較多的水分后則會產(chǎn)生膨脹，這種溫、濕度的交替變化容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面的混凝土與內(nèi)部混凝土體積變形的不協(xié)調(diào)，進而是混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，當(dāng)這種損傷累積到一定的程度時，就會導(dǎo)致混凝土強度和混凝土結(jié)構(gòu)體系性能的下降。

3 冶金工業(yè)中混凝土劣化的原因及修復(fù)措施

3.1 介質(zhì)腐蝕下混凝土的劣化及修復(fù)

冶金工業(yè)環(huán)境中的C02與強堿性的混凝土結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土堿度的降低，造成鋼筋鈍化膜的破壞。冶金工業(yè)脫水槽的冷卻液中含有大量的腐蝕性離子及氯鹽、硫酸鹽離子，會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水化產(chǎn)物溶解，并逐漸滲透到混凝土內(nèi)部與水泥水化產(chǎn)物再次發(fā)生反應(yīng)，生成大量膨脹性產(chǎn)物，導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生和結(jié)構(gòu)的解體。從大量的實際工程檢測可以知道，混凝土碳化深度一般不會超過5cm，表明碳化不是冶金工業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因，而腐蝕性離子的侵蝕才是脫水槽等結(jié)構(gòu)劣化的主要原因。

從介質(zhì)腐蝕下混凝土的劣化機理可知，混凝土的腐蝕主要是由于有害離子和水等因素引起的。因此，可以從添加聚合物來增強膠結(jié)性能、降低水泥水化產(chǎn)物中容易受到腐蝕的礦物的含量、摻入聚合物和消泡劑來填充與改善混凝土的孔隙三個方面對混凝土結(jié)構(gòu)的劣化途徑進行控制。在混凝土結(jié)構(gòu)中摻入聚合物，可以使聚合物和水泥水化產(chǎn)物相結(jié)合，形成抗介質(zhì)腐蝕的空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，并采取有效措施降低混凝土中的孔隙，降低外界侵蝕性介質(zhì)和水從混凝土表面向混凝土內(nèi)部滲透。通過減少混凝土中的水化鋁酸鹽和氫氧化鈣成份，可以起到提高混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用。通過減少混凝土開口孔隙的數(shù)量，并添加具有憎水性能的添加劑可以進一步阻止含有有害離子的介質(zhì)滲入到混凝土內(nèi)部。

3.2 高熱腐蝕下混凝土的劣化及修復(fù)

冶金工業(yè)生產(chǎn)通常都在超高溫環(huán)境中進行的，混凝土的碳化作用會導(dǎo)致混凝土中水化產(chǎn)物中的硅酸鈣分解為硅酸鈣石，使混凝土失去膠結(jié)作用。在高溫環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)還會因為水化產(chǎn)物的失水導(dǎo)致水化產(chǎn)物發(fā)生變化，造成混凝土的松散。在混凝土孔隙溶液中腐蝕性離子也會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的加速銹蝕，造成混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

對于高熱腐蝕下混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)，可以從提高整體結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性和減少水泥水化產(chǎn)物中穩(wěn)定性差物質(zhì)兩個方面入手。冶金工業(yè)中混凝土承受的溫度絕對值并不很高，可以在混凝土中熱穩(wěn)定性較強的聚合物來提高混凝土基體的熱穩(wěn)定性，通過采用熱穩(wěn)定性強的礦物外加劑替代部分水泥可以提高水泥水化產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性。此外，還可以在混凝土中添加羥甲基纖維素醚和聚丙烯阻裂纖維等來提高混凝土強度的同時，改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，通過引入孔隙使得溫度和水的蒸汽膨脹有釋放的通道，提高混凝土的抗裂性能。

4 結(jié)論

混凝土結(jié)構(gòu)在高溫、高濕、腐蝕環(huán)境下迅速劣化，通過添加聚合物、降低易受到腐蝕礦物的含量、摻入聚合物和消泡劑等三個方面對介質(zhì)腐蝕下混凝土的劣化進行修復(fù)，通過提高整體結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性和減少水泥水化產(chǎn)物中穩(wěn)定性差物質(zhì)對高熱腐蝕下混凝土結(jié)構(gòu)進行修復(fù)。

參考文獻

[1] 邱富榮，杜洪彥，林昌健. 21世紀(jì)鋼筋混凝土及其表面保護展望[J]. 材料保護， 2010（1）

[2] 袁承斌. 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在碳化及氯離子侵蝕環(huán)境下的耐久性研究[J]. 工業(yè)建筑， 2012（6）

[3] 趙尚傳，潘德強，宋國棟. 混凝土結(jié)構(gòu)抗氯離子侵蝕試驗研究及耐久壽命預(yù)測[J]. 公路交通科技， 2010（4）