冶金環(huán)境對(duì)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(huì)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(guò)對(duì)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(jī)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(guó)建筑工程中應(yīng)用最為廣泛的材料，但在長(zhǎng)期使用中混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)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(huì)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(yùn)行[1]。因此，通過(guò)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(jī)理，進(jìn)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(gè)迫切需要解決的課題。

1 冶金工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境特點(diǎn)

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(huì)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(zhǎng)期侵蝕，會(huì)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(huì)出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)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(wèn)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(huì)因鋼鐵生產(chǎn)高溫的長(zhǎng)期烘烤，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層基本失效、鋼筋銹蝕膨脹。總之，冶金工業(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(jìn)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(kuò)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(guò)程會(huì)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(qiáng)度降低或喪失[2]。鋼筋在堿度環(huán)境中會(huì)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(huì)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(gè)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(guò)擴(kuò)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(shí)，氯離子的滲透速率較慢，但當(dāng)混凝土出現(xiàn)微裂縫時(shí)，氯離子會(huì)沿著裂縫快速進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，氯離子會(huì)擴(kuò)散到鋼筋表面破壞鋼筋的鈍化膜，還會(huì)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(huì)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(duì)混凝土的侵蝕是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)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(kāi)裂、解體。當(dāng)硫酸鹽濃度較高時(shí)，還會(huì)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(kāi)裂?？偟膩?lái)說(shuō)，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(duì)混凝土侵蝕速率快慢的主要因素。

2.3 溫、濕度對(duì)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(huì)產(chǎn)生較大的收縮變形，而當(dāng)其吸收較多的水分后則會(huì)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(jìn)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(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)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(qiáng)堿性的混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)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(huì)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(shí)際工程檢測(cè)可以知道，混凝土碳化深度一般不會(huì)超過(guò)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(jī)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(lái)增強(qiáng)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(lái)填充與改善混凝土的孔隙三個(gè)方面對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的劣化途徑進(jìn)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(guò)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(guò)減少混凝土開(kāi)口孔隙的數(shù)量，并添加具有憎水性能的添加劑可以進(jìn)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(jìn)行的，混凝土的碳化作用會(huì)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(huì)因?yàn)樗a(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(huì)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(duì)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(gè)方面入手。冶金工業(yè)中混凝土承受的溫度絕對(duì)值并不很高，可以在混凝土中熱穩(wěn)定性較強(qiáng)的聚合物來(lái)提高混凝土基體的熱穩(wěn)定性，通過(guò)采用熱穩(wěn)定性強(qiáng)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(lái)提高混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)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(guò)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(gè)方面對(duì)介質(zhì)腐蝕下混凝土的劣化進(jìn)行修復(fù)，通過(guò)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(duì)高熱腐蝕下混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)。

參考文獻(xiàn)

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