混凝土的腐蚀与防护

混凝土的腐蚀与防护混凝土的腐蚀与防护混凝土的结构特点混凝土是一种复杂的建筑材料，它是碎石或炉渣在水泥或其它胶结材料中的凝聚体水泥熟料由硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）等组成。这些熟料与水作用（水合作用）凝固后即成为水泥石。整体呈碱性混凝土是一种多微孔的非均质性的结构材料，腐蚀介质从孔隙的渗透是侵蚀的主要原因水泥混凝土的腐蚀危害尤其在海洋环境、西部盐渍地区以及抛洒防冰盐的北方地区，基础设施的腐蚀比较严重在其内部以及干燥环境中的混凝土构筑物的腐蚀缓慢，危害性没有引起人们足够的认识美国钢筋混凝土的修复费用每年2500亿美元，其中1550亿美元花费在桥梁上；英国基础设施修复费用费为155亿英镑；加拿大仅维护和修复一座遭受碱集料反应破坏的25m高的大坝，累计费用就高达15亿加元；我国建筑基础设施的腐蚀损失每年达1000亿元混凝土腐蚀的类型按形态分类•溶出型腐蚀•分解型腐蚀•膨胀型腐蚀（结晶型腐蚀）•细菌腐蚀•碱集料反应（1）溶出型腐蚀•来源于软水的作用•水泥石中Ca(OH)2受到软水作用，产生物理性溶解并从水泥石中溶出，引起混凝土强度减小，酸度增大，孔隙增大，加剧溶解，造成恶性循环（2）分解型腐蚀•来源于pH7的溶液（包括酸性溶液和碳酸）、镁盐溶液•炭化作用。CO2或含有CO2的软水与水泥中的Ca(OH)2等起反应，导致混凝土中碱度降低和混凝土本身的粉化•形成可溶性的钙盐。在工业生产中，酸性溶液能与硬化水泥石中的钙离子形成可溶性的钙盐，造成腐蚀•镁盐侵蚀。含有氯化镁、硫酸镁或碳酸氢镁等镁盐的地下水、海水及某些工业废水，所含有的Mg2＋与硬化水泥石中Ca2＋起交换作用，生成Mg(OH)2和可溶性钙盐、导致水泥石的分解（3）膨胀型腐蚀•来源于硫酸盐溶液、结晶型盐类溶液•硫酸盐侵蚀。硫酸盐与混凝土中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙，再进一步与水化铝酸钙作用，生成硫铝酸钙，体积膨胀两倍以上•盐类结晶膨胀。某些盐不与水泥石反应，但可以在水泥石孔隙中产生结晶。如无水Na2SO4在高温干燥时形成Na2SO4·10H2O结晶，体积是原来的4倍碱性介质如K2CO3和Na2CO3也是具有膨胀型的腐蚀介质（4）微生物腐蚀•来源于硫杆菌等•有氧和水时，细菌将硫转变成硫酸。硫来源于矿物硫、油田中的硫化物或者污水（5）碱集性反应•来源于强碱（Na2O和K2O）与SiO2作用•水泥石中的强碱与骨料中活性的SiO2作用，在骨料中形成一层致密的碱-硅酸盐凝胶（如Na2SiO3·2H2O），再遇水产生膨胀，使骨料遇水泥石之间的界面胀破，导致混凝土整体破坏。它是影响混凝土结构物耐久性＆寿命的重要因素，是当前材料学科研究的前沿之一钢筋混凝土结构的腐蚀机理•它是混凝土和钢筋的复合体•它按腐蚀形态分为两种：①由于混凝土的耐久性不足，其本身被腐蚀破坏，同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构破坏②混凝土本身未腐蚀，但由于外部介质的作用，导致混凝土本身化学性质的改变或引入能诱发钢筋腐蚀的离子如氯离子，使钢筋表面钝化作用丧失（水泥石的碱性使钢筋处于钝态），引起钢筋的锈蚀。锈蚀产物为铁的氢氧化物、氧化物，导致体积增大2～4倍游离的碳酸能使水泥石形成酸性分解型腐蚀，但腐蚀缓慢，比其它酸性溶液的腐蚀轻微的多混凝土腐蚀的影响因素•混凝土的化学成分：造成碱集性反应。另外二氧化硅的结晶度越差，活性越大，则碱活性的膨胀率越大•混凝土的孔隙率或密实度•环境因素①大气中的CO2：当CO2含量超过0.3％时，产生炭化，并且使碱性降低，而混凝土中的钢筋保持钝态的最低碱度为pH＝11.5②酸性气体：SO2、H2S、NOx等与碱作用③湿度：湿度增加，气体对混凝土的腐蚀增强④水：软水会导致溶出型腐蚀；硬水含有Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2能把水中的Ca(OH)2变成CaCO3沉淀下来，使水泥石密实混凝土的防护措施•实行全面的腐蚀控制出发点：最大限度地保证混凝土自身密实完好，保持高碱度＆防止有害离子入侵基本措施就是提高混凝土自身的防护能力，包括选择良质水泥、增加水泥用量，降低水灰比，使用优良外加剂、掺和料、增加混凝土保护层厚度，表面增设耐蚀层：如做玻璃钢或涂刷氯磺化聚乙烯涂料等。预埋穿墙套管，避免破坏建筑物的整体性，不随意开口。严格控制设备、管道“跑、冒、滴、漏”现象•采用防腐蚀材料选用耐蚀水泥加入钢筋阻锈剂非金属防腐涂料：聚苯乙烯、环氧煤焦油等塑料、花岗石、耐酸瓷板（砖）、玻璃钢采用聚合物水泥混凝土（树脂混凝土）阴极保护，保护钢筋