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钢筋混凝土的腐蚀

钢筋混凝土是一种复合材料,钢筋承受拉力,混凝土承受压力,在正常的状况下,混凝土为钢筋提供了一个保护环境。普通硅酸盐水泥水化后,硅酸盐成分起反应生成钙硅酸盐水化物和氢氧化钙,另外水泥成分中的石灰和水快速反应转变为氢氧化钙。 

2(3CaO·SiO2)+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)  1 

2(2CaO·SiO2)+4H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH) 2 

2CaO+2H2O2Ca(OH)2  3 

完全水化的硅酸盐水泥最初的成分中含15%30%氢氧化钙(重量),当这些氢氧化物溶解于水时能和其它成分结合在一起。此时钢筋处于pH1213的碱性环境中,在钢的表面生成了一层γ-Fe2O3保护膜,结果是钢筋位于布拜图(金属在不同pH值和不同电位值的腐蚀状态图)的钝化区之内。又因为混凝土层对腐蚀介质有一定的阻碍作用,因此在一般腐蚀环境中钢筋的腐蚀程度很轻。 

混凝土中钢筋的抗腐蚀能力在某些介质中可以被破坏,首先,环境中的某些成分可以与氢氧化钙发生反应,导致pH值降低。第二,强穿透离子例如氯离子的存在,可以破坏保护膜。在这两种情况下钢铁表面就暴露于腐蚀环境中。 

前者的一个例子是二氧化碳碳化,当暴露在含二氧化碳的大气中时,混凝土中的氢氧化钙就与二氧化碳发生如下反应 

Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O 

这个反应最终的结果使混凝土的强度得到轻微的提高,pH值降低至88.5,钢筋处于非保护状态。因为钢表面的pH值处于≥10.5时才形成钝化的氧化膜。 

氯离子半径小、穿透力强,所以能够通过混凝土的微小孔隙,达到混凝土内的钢筋表面,而氯离子对钢筋表面生成的钝化膜有非常强的破坏能力,使金属的钝态不能建立,造成钢筋的严重腐蚀与混凝土开裂,这种腐蚀开裂的原因是铁腐蚀产物的体积比原来铁的体积大得多。如Fe(OH)2体积是铁的4,Fe3O4的体积是铁的8,从而产生较大的突变应力,这一应力大大超出混凝土的抗拉强度,引起混凝土的开裂和剥落,这时环境中更多的腐蚀介质会接触到钢筋,促进钢筋的进一步腐蚀。氯离子进入混凝土中有几种途径,例如:结构处于海水环境中、路面使用除冰盐、沿海地区的盐雾污染,等另外使用氯化钙早强剂也产生了大量的含氯污染物,还有,使用未充分清洗的海砂,也增加了氯离子的来源。  钢筋引发腐蚀,氯离子的浓度是一个重要的指标。在碱性溶液中已经进行了很多调查,证明即使在浓度低于水泥重量的0.001%就可导致腐蚀的开始。然而从现场经验和植入混凝土的电极工作来看,较低程度的腐蚀发生在氯离子浓度为0.1%0.2%的时候,因此,采用溶解状态的氯占水泥含量的0·15%是否可作为考虑采用防腐蚀措施的准则。  

钢筋混凝土的防腐蚀措施  

常规的防腐蚀措施可分为两大类:针对混凝土方面,采用低渗透混凝土和增加保护层厚度,适当厚度的保护层和低的水灰比可延长氯离子到达钢筋的时间,一些添加物可减少混凝土中的孔隙。浸透涂层可封闭混凝土的孔隙,使混凝土更加密实,防渗水膜可以阻止氯离子等物质的进入。针对钢筋方面,可采用环氧粉末喷涂的钢筋以及电镀钢筋等方案。  

以上方法虽然能在一定程度上阻止腐蚀的发生,但都存在不足之处。下面介绍根本的解决方案———阴极保护。

阴极保护法cp  

钢筋在海水中的腐蚀是一个电化学过程,铁表面失去电子发生阳极氧化反应,阴极保护法就是利用了它的电化学腐蚀原理,通过人为氯离子进入混凝土中有几种途径,例如:结构处于海水环境中、路面使用除冰盐、沿海地区的盐雾污染,等另外使用氯化钙早强剂也产生了大量的含氯污染物,还有,使用未充分清洗的海砂,也增加了氯离子的来源。钢筋引发腐蚀,氯离子的浓度是一个重要的指标。在碱性溶液中已经进行了很多调查,证明即使在浓度低于水泥重量的0.001%就可导致腐蚀的开始。然而从现场经验和植入混凝土的电极工作来看,较低程度的腐蚀发生在氯离子浓度为0.1%0.2%的时候,因此,采用溶解状态的氯占水泥含量的0·15%是否可作为考虑采用防腐蚀措施的准则。  

钢筋混凝土的防腐蚀措施  

常规的防腐蚀措施可分为两大类:针对混凝土方面,采用低渗透混凝土和增加保护层厚度,适当厚度的保护层和低的水灰比可延长氯离子到达钢筋的时间,一些添加物可减少混凝土中的孔隙。浸透涂层可封闭混凝土的孔隙,使混凝土更加密实,防渗水膜可以阻止氯离子等物质的进入。针对钢筋方面,可采用环氧粉末喷涂的钢筋以及电镀钢筋等方案。  以上方法虽然能在一定程度上阻止腐蚀的发生,但都存在不足之处。下面介绍根本的解决方案———阴极保护。 阴极保护法cp  钢筋在海水中的腐蚀是一个电化学过程,铁表面失去电子发生阳极氧化反应,阴极保护法就是利用了它的电化学腐蚀原理,通过人为用于已建成混凝土结构的修复,它的寿命不长(1015),它在到达年限时就消耗完了。 

(2)外加电流CP被认为是一种主动的方法,采用整流器以及惰性阳极(:钛基阳极),把金属结构作为阴极进行保护。一个低的直流电流从阳极通过混凝土流到钢筋的表面,这个系统的优点是可通过调整电源输出来调节流到钢筋上的电流。外加电流CP作为一项修复技术应用于含盐混凝土中已经有20年。 

一个CP系统成功的基本因素是阳极布置方式,它使电流能通过整个结构,这对于高电阻率的混凝土介质来说尤其重要。在所有情况下,都必须对结构进行预处理,受保护的钢筋必须保持电的连续性,以得到保护。对主要结构来说,钢筋的接地电阻应该足够小,其值为0.10.3Ω。钢筋可能没有足够的电连续性,在这种情况下,必须提供电连接,以使钢筋内部消除非连续性,从而成为CP系统的单一阴极。此时混凝土充当电解质,提供离子在阴、阳极间移动,如果大面积的开裂、分层,阴阳极间任何形式的聚合成份的存在,都会导致系统的无效或不适用。如发生上述情况,恰当的检查和修补工作应在应用CP之前进行。 

阴极保护技术作为一项效果好、应用领域广的防腐蚀技术,其使用效果已经得到了大家的认可。在我国,阴极保护最早主要应用于石油化工、船舶等领域,近年来随着东海大桥、杭州湾大桥、青岛跨海大桥等跨海大桥的修建,在桥梁、港口等众多领域都得到了推广。相信随着众多领域对腐蚀控制的重视,经过我们广大防腐蚀工作者的努力,阴极保护将在我国得到更大发展,为更多构筑物、设备提供防腐蚀保护。

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