鹽漬土環(huán)境下混凝土結構耐久性措施

　　摘 要：鹽漬土和海水都含有氯離子(Cl-)，是影響砼結構耐久性降低的根本原因。本文根據建設工程應用實(shí)際，分析其腐蝕原因并提出預防處理措施。

　　關(guān)鍵詞：鹽漬土;結構耐久性;鋼筋銹蝕;高性能混凝土;鋼筋阻銹;保護層厚度

　　鹽漬土和海水一樣內含的氯離子(Cl-)是影響砼結構耐久性的根本原因。砼中鋼筋銹蝕可由兩種因素誘發(fā)，首先是鹽漬土及海水中Cl-侵蝕，其次是大氣中的CO2使砼產(chǎn)生中性化。國內外大量工程調查和科學(xué)研究結果表明，鹽漬土和海水環(huán)境下導致砼結構中鋼筋銹蝕破壞的主要因素是Cl-進(jìn)入砼中，并在鋼筋表面聚集，導致鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。鹽漬土和海水通常含有3%的鹽，其中主要成分是氯離子。以Cl-計，鹽漬土和海水中的含量約為19000mg/L左右。

　　1、氯離子對鋼筋的銹蝕

　　Cl-進(jìn)入砼中通常有兩種途徑：①“混入”，如施工時(shí)摻用含氯離子外加劑、施工用水含氯離子、在含鹽環(huán)境中拌制和澆筑砼等;②“滲入”，環(huán)境中的氯離子通過(guò)砼的宏觀(guān)、微觀(guān)缺陷滲入到砼中，并通過(guò)長(cháng)期滲透到達鋼筋表面。“混入”現象大都是施工管理的問(wèn)題;而“滲入”現象則是砼表面裂縫等技術(shù)問(wèn)題，與砼材料的多孔性、密實(shí)性、工程質(zhì)量以及鋼筋表面砼保護層厚度，使用現場(chǎng)環(huán)境等多種因素相關(guān)。

　　1.1 破壞鋼筋表面鈍化膜，水泥水化的高堿性使砼內鋼筋表面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜。鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩定的，當pH<11.5時(shí)，膜層就開(kāi)始不穩定;當pH<9.88時(shí)該鈍化膜生成困難，或將已經(jīng)生存的鈍化膜逐漸破壞。Cl-是極強的去鈍化劑，Cl-進(jìn)入砼到達鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時(shí)，可使鋼筋表面pH值降低到4以下，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋表面逐漸產(chǎn)生腐蝕。

　　1.2 鋼筋表面逐漸形成腐蝕電池，如果在大面積的鋼筋表面上形成高濃度氯化物，則氯化物所引起的腐蝕可能是均勻性腐蝕，但是在不均質(zhì)的砼中，常見(jiàn)的是局部坑狀腐蝕。腐蝕電池作用的結果是，在鋼筋表面產(chǎn)生蝕坑，由于大陰極對應于小陰極，蝕坑發(fā)展迅速很快。

　　1.3 加速了去極化作用，Cl-不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用。砼中Cl-的存在強化了離子通道，降低了陰陽(yáng)極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過(guò)程，使鋼筋承載力大幅度下降。

　　2、提高砼耐久性的技術(shù)措施

　　2.1 結構采用高性能混凝土�，F今高性能砼以耐久性作為首要指標，就鹽漬土及海水工程而言，側重于高性能、抗滲性、體積穩定性、強度等。目前，國內外在鹽漬土工程采用高性能砼的研究與應用極其重視。如荷蘭，對已使用3～63年的64座海工結構(其中90%的結構采用磨細礦渣砼)調查發(fā)現，結構基本完好，氯離子擴散系數僅為普通砼的1/10～1/15。典型事例為東謝爾德?lián)醭遍l工程，其設計使用壽命是250年，80年不維修，其基本防腐措施就是采用水膠比為0.4的大摻量(65% )磨細礦渣混凝土。在英、美、加、日和中東等國家和地區，也都有類(lèi)似的成功工程應用實(shí)例。

　　國內外有關(guān)實(shí)驗研究和工程實(shí)踐證明，養護對高性能砼的質(zhì)量和耐久性十分重要。常溫下養護不夠，對高性能砼的質(zhì)量與耐久性的影響程度有時(shí)甚至高于普通砼。因此，及時(shí)、充分的濕養護是使其獲得高強度、低孔隙率和高抗氯離子擴散能力所必不可少的。另外高性能砼相對于普通砼在攪拌時(shí)間、振搗、拆模時(shí)間上都有區別。因此在高性能砼實(shí)施前需要根據其特點(diǎn)制定專(zhuān)門(mén)的質(zhì)量控制措施，不能按常規砼的方法攪拌、施工和養護。

　　2.2 鋼筋要經(jīng)阻銹劑處理。鹽漬土及海水砼中鋼筋的腐蝕，其實(shí)也是一種電化學(xué)腐蝕，其陰、陽(yáng)極反應都在鋼筋與電解質(zhì)界面上發(fā)生。若能阻止其中任何一種界面反應，就能抑制腐蝕。使用阻銹劑時(shí)，首先應控制開(kāi)裂程度，尤其是對梁類(lèi)構件的受彎拉區域。因此，宜采用高性能砼來(lái)控制裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，再用鋼筋阻銹劑抑制腐蝕，最后用具有一定彈性的涂層封閉涂裝，以起到協(xié)同保護作用。這樣鋼筋阻銹劑起到“拾遺補缺”的作用，有效地阻止鋼筋腐蝕發(fā)生，從而延長(cháng)鋼筋砼的使用耐久壽命。

　　2.3 涂料涂刷結構表面層保護。海洋工程鋼筋砼中實(shí)施涂料涂裝保護是一種經(jīng)濟實(shí)用的防腐蝕技術(shù)措施。但涂裝質(zhì)量的控制十分關(guān)鍵，一旦局部存在各種缺陷與針孔被氯離子突破，則在一定范圍內涂層的封閉保護作用將會(huì )喪失。因此，實(shí)施涂料涂裝的鋼筋混凝土構件，首先必須進(jìn)行控裂設計，至少達到構件在不同工況條件下受拉彎區裂縫的縫寬基本不變，以確保涂層保護的效果。完好的砼保護涂層具有阻擋腐蝕性介質(zhì)與砼表面的接觸特點(diǎn)，從而延長(cháng)砼和鋼筋混凝土的使用壽命。

　　同時(shí)對鋼筋進(jìn)行涂層處理，由于海水環(huán)境中的氯鹽對不受凍地區的素砼是無(wú)害的，腐蝕破壞是通過(guò)對鋼筋砼結構中鋼筋的腐蝕銹脹實(shí)現的。因此，若將鋼筋表面預先施加一層不腐蝕或耐腐蝕的涂層來(lái)阻擋或隔離氯離子的侵蝕，是最為直接的技術(shù)措施。環(huán)氧涂層鋼筋是在嚴格控制的鋼廠(chǎng)流水線(xiàn)上涂覆的，可以保證涂層高質(zhì)量。涂層可以將鋼筋與周?chē)�的砼完全隔開(kāi)，即使氯離子和氧氣等已經(jīng)大量侵入砼，它還是可以長(cháng)期保護鋼筋，使鋼筋免遭腐蝕。環(huán)氧涂層鋼筋的儲運、安裝和綁扎過(guò)程中，不允許存在任何隱患與缺陷，否則就會(huì )局部顯著(zhù)地加劇鋼筋腐蝕，最終導致混凝土保護層開(kāi)裂使環(huán)氧涂層鋼筋遭受腐蝕。因此須慎重使用。

　　2.4 增加混凝土保護層厚度。增加砼保護層厚度，這是提高劣質(zhì)土及海洋工程鋼筋砼使用壽命的最為直接、簡(jiǎn)單而且經(jīng)濟有效的方法。但是保護層厚度并不能無(wú)限制地增加。當保護層厚度過(guò)厚時(shí)，砼材料本身的脆性和收縮會(huì )導致砼保護層出現裂縫反而削弱其對鋼筋的保護作用，在正常情況下接觸鹽漬土或海水的結構件保護層厚度不小于40mm為宜。

　　3、上述方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　不同處理方法措施增強砼耐久性?xún)?yōu)劣升的對比見(jiàn)表1。

　　4、高性能混凝土的質(zhì)量保證措施

　　為確�；炷�土結構耐久性的目標，須從三大環(huán)節進(jìn)行控制：

　　4.1 切實(shí)在了解工程背景、使用環(huán)境以及砼材料在鹽漬土及海水環(huán)境中的性能特點(diǎn)的基礎上，必須進(jìn)行質(zhì)量控制與使用評估，通過(guò)對材料性能的試驗研究，建立砼結構耐久性設計的數據和依據，并預測砼結構的實(shí)際使用性能及影響程度。

　　4.2 充分考慮各種可變因素對鋼筋砼結構使用壽命的影響，如環(huán)境條件及溫度、砼內應力、裂縫等，以建立使用壽命預測系統，為耐久性方案的設計提供指導和依據。再以使用壽命預測系統為基礎，制定有針對性的耐久性解決方案。

　　4.3 在質(zhì)量控制與評估過(guò)程中，方案的實(shí)施過(guò)程是如何控制各個(gè)方面的質(zhì)量以及如何對已完成部分的質(zhì)量進(jìn)行評估，需要確立各種質(zhì)量控制措施和實(shí)施標準，建立各種性能試驗的評價(jià)體系，保證混凝土性能符合方案設計要求。在實(shí)際施工過(guò)程中，質(zhì)量控制與評估將是重中之重。相對普通砼的質(zhì)量控制而言，高性能砼施工質(zhì)量控制主要涉及原材料選擇質(zhì)量、配合比、拌和時(shí)間、施工工藝過(guò)程、保護層厚度控制、養護方法等方面，其重點(diǎn)和難點(diǎn)在于保護層厚度和養護措施等。首先高性能砼保護層墊塊采用變形多面體形式，工程塑料夾或用高性能細石砼預制，墊塊材料的強度及抗滲透性均不低于本體高性能砼的標準強度。其次，對高性能砼的表面砼由于陽(yáng)光直射，溫度較高產(chǎn)生溫差過(guò)大的現象，同時(shí)由于風(fēng)速較大也容易造成砼表面失水過(guò)快，促使砼表面收縮較大而導致砼開(kāi)裂。為此，在工程實(shí)際施工過(guò)程中，砼澆筑完畢后即將表面盡快收壓平整，在常溫下立即加蓋塑料薄膜以保證濕溫度不散失。

　　5、氯離子浸蝕工程混凝土耐久性對策

　　根據以上淺要分析，從使用材質(zhì)本身的性能出發(fā)，對主因和導因對癥施治，在處于海水環(huán)境的砼梁、板、墻、柱采用強度不低于42.5MPa的硅酸鹽水泥，要求水泥中C3A含量不超過(guò)8%，水泥細度不超過(guò)350m2/kg，游離氧化鈣不超過(guò)5%。強度等級為C40時(shí)，最大水灰比為0.45，最小水泥用量320kg/m3，最大堿含量3kg/m3，最大氯離子含量0.1%。添加了有機胺鹽類(lèi)與亞硝酸鈉的復合阻銹劑，并輔助JS復合材料。為保證砼的均勻性，攪拌砼采用臥軸式攪拌機，泵送砼的坍落度不能過(guò)大，以避免離析和泌水。要求在混合使用膨脹劑、阻銹劑及其他防腐劑時(shí)，應事先專(zhuān)門(mén)測定它們之間的相容性，嚴格控制外加劑中的氯離子含量不得大于砼中膠凝材料總重的0.02%。砼保護層為50mm，保護層定位采用工程塑料夾，墊塊的尺寸和形狀必須滿(mǎn)足保護層厚度和定位的允差要求，墊塊的強度應高于構件本體砼，水膠比不大于0.4。

　　施工澆筑砼前，應仔細檢查定位夾，并應指定專(zhuān)人做重復性檢查以提高保護層厚度尺寸的施工質(zhì)量保證率。綁扎墊塊和鋼筋的鐵絲頭不得伸入保護層內。在新澆砼表面應及時(shí)澆水或覆蓋濕麻袋進(jìn)行養護，在砼升溫階段采用噴霧養護，確保搭接處的密封，保證模板連接縫處不至于失水干燥。與海水接觸框架柱的受力縱筋采用環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋。應用實(shí)踐表明，采用高性能砼是在鹽漬土及海水環(huán)境下提高結構耐久性的基本措施，然后根據不同構件和部位，提高鋼筋保護層厚度(一般不小于50mm)，某些部位還可復合采用保護涂層或阻銹劑等輔助措施，形成以高性能海工砼為基礎的綜合防護策略，有效提高海工砼結構的使用壽命。因此，設計遵循的基本方案是：首先，砼結構耐久性基本措施是采用高性能砼，同時(shí)依據砼構件所處結構部位及使用環(huán)境條件，采用必要的補充防腐措施，如內摻鋼筋阻銹劑、砼外保護涂層并提出養護要求等。在保證施工質(zhì)量和原材料品質(zhì)的前提下，使鹽漬土及海水中的砼結構的耐久性達到設計要求。

　　綜上所述，鹽漬土及海水中結構砼耐久性的首要因素是砼的Cl-滲透方式及速度。針對這一具體情況，并考慮當地所處的環(huán)境實(shí)際情況―如原材料的可行性、工藝設備的可行性等，以及經(jīng)濟上的合理性，采取以高性能砼技術(shù)為核心的綜合耐久性對策和方案。確保工程實(shí)際使用中技術(shù)水平的提高，施工措施和質(zhì)量保證措施以保證在惡劣環(huán)境下砼構件的設計達到使用年限。

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