混凝土中氯离子的侵入及钢筋的腐蚀防护.ppt

混凝土中氯离子的侵入及钢筋的腐蚀防护 钢筋混凝土结构物中，由于混凝土的高碱性环境使得钢筋在正常的环境下不易腐蚀，拥有良好的耐久性。 但是如果处于腐蚀环境下，尤其高温潮湿，污染严重的环境中，容易导致混凝土内部的钢筋腐蚀，影响结构物安全。钢筋腐蚀的最初迹象是钢筋表面出现棕色锈斑，数量较少，其产生的膨胀应力远低于混凝土拉应力，因此混凝土不致于被破坏，若腐蚀没有得到阻止，大量铁锈将持续形成，其所产生的膨胀作用力将大于混凝土拉应力，导致裂缝产生，严重者更能导致局部混凝土保护层剥落，所以在钢筋腐蚀初期，必须对钢筋加以处理，以免腐蚀扩大。 钢筋钝化膜破坏机理主要是 混凝土的碳化 氯化物侵人 这两种因素直接影响钢筋的稳定性 大量调查结果表明，自然环境中钢筋混凝土结构由于钢筋锈蚀造成破坏的情况遍及海港工程、水利工程、公路和桥梁、公共和民用建筑等各种设施。 钢筋锈蚀 钢筋锈蚀 在水利工程中，据不完全统计，我国病险水利工程约占工程总量的50％，钢筋锈蚀是水利工程的主要病害之一，沿海水利工程钢筋锈蚀主要是氯盐污染引起的。 在海港工程中，历年来，我国对沿海海港工程破坏情况调查表明，海港工程结构破坏现象十分普遍和严重，一般使用十余年处于浪溅区的上层结构就因钢筋锈蚀而开裂；钢筋锈蚀原因主要是氯盐侵蚀而引起的。 如20世纪60年代南京水利科学研究院调查的华南、华东地区27座海港钢筋混凝土结构中，74％因钢筋腐蚀而导致结构破坏； 1985年对连云港第一和第二码头混凝土上部结构调查也发现，具有不同程度的钢筋锈蚀破坏的纵梁分别占58％和84％，主筋截面最大损失率达24％； 20世纪70一80年代里建造的天津港码头，运行15年左右破坏严重部位(码头前沿)的构件损失率达30％～50%。 在公路和桥梁工程中，随着我国高速公路和城市立交桥的大量建设，钢筋腐蚀引起的桥梁破坏问题已开始显露出来，受氯盐污染的沿海地区、盐渍土地区和广大撤除冰盐地区的高速公路桥和市政桥梁破坏已十分严重，并已成为一个非常突出的灾害性问题。 哈尔滨一大庆公路在建成5年后，混凝土就出现严重的顺筋开裂、剥落和层裂； 北京西直门立交桥于1979年建成投人使用，不到20年钢筋混凝土的腐蚀已十分严重，其中长期在冬季向立交桥撒含氯化物除冰盐而引起钢筋腐蚀是主要原因，不得不于1999年重建； 山东沿海的一些钢筋混凝土公路桥梁，同样由于盐害、冻害和碳化等多种劣化因子作用，投入使用10年左右，混凝土保护层就出现严重的开裂、剥落，钢筋严重锈蚀，虽经维修加固，2-3年后仍出现腐蚀破坏，甚至有些桥梁需要重建。 内掺型 钢筋混凝土成型时使用了含氯的原材料，如海砂、海水或含氯的外加剂及在含盐环境中搅拌、浇筑混凝土等。 外侵型 环境中的氯离子通过构件表面侵入到硬化的钢筋混凝土内部，并到达钢筋表面，游离的氯离子使钢筋表面的钝化膜破坏。 氯离子侵入混凝土的途径 氯离子侵入钢筋混凝土的机理 水下部分或潮湿区的泡水部分一泡水钢筋混凝土里外氯离子的浓度差引起氯离子扩散。 表面能风干到某种程度的钢筋混凝土构件——接触到海水的混凝土表层的毛细管吸附作用。 撤除冰盐的钢筋混凝土——在干湿交替作用下，氯化物被带进钢筋混凝土中的主要机理也是钢筋混凝土毛细管孔隙的吸收。 氯化物的侵蚀 氯化物是致使钢筋加速腐蚀的主要有害物质，几乎所有的研究学者都认为，在钢材的腐蚀反应过程中，氯离子是扮演一个重要的催化作用。当氯离子含量高时，氯离子才会破坏铁材表层的钝态保护膜，并造成金属离子的溶解。 混凝土性质关系到氯离子对混凝土内钢筋腐蚀的影响，混凝土质量佳则水分与氧气不易渗入，钢筋腐蚀的机率较小。此外，当混凝土因中性化而使pH值降低时，即便混凝土中仅含少量的氯离子，亦会导致钢筋的腐蚀产生。 下图说明混凝土内pH值和氯离子浓度对钢筋腐蚀的影响。 氯化物浓度 发生腐蚀 不发生腐蚀 氯离子对钢筋锈蚀的机理 破坏钝化膜 水泥水化的高碱性(pH≥12.6)，使钢筋表面产生一层致密的钝化膜，该钝化膜中包含有si-o键，对钢筋有很强的保护能力。然而，此钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的，研究与实践表明，当pH11.5时，钝化膜就开始不稳定；当pH9.88时，钝化膜生成困难或已生成的钝化膜逐渐遭到破坏。Clˉ进入钢筋混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处的pH值迅速降到4以下。 Clˉ对钢筋表面的钝化膜有很强的破坏作用。 Clˉ对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部(点)，使这些部位(点)露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差(作为电解质，混凝土内一般有水或潮气存在)。 铁基体——阳极 受腐蚀 大面积的钝化膜——阴极 形成“腐蚀电池” 钢筋表面产生点蚀(坑蚀)，由于大阴极(钝化膜区)对应于小阳极(