盾构混凝土腐蚀与防护.doc

_混凝土的腐蚀与防护一、水泥水化反应普通水泥主要成分：硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、铝酸三钙 （3CaOAl2O3）、铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）。硅酸盐水泥拌合水后,主要熟料矿物与水反应.分述如下：1) 硅酸三钙水化：3CaO.SiO2+6H2O=3CaO.SiO2.3H2O（凝胶）+3Ca(OH)22) 硅酸二钙水化:2(2CaO.SiO2)+4H2O=3CaO.SiO2.3H2O（凝胶）+Ca(OH)23) 铝酸三钙水化:3CaO.Al2O3+6H2O=3CaO.Al2O3.6H2O（水化铝酸钙，不稳定）3CaO.Al2O3+3CaSO4.2H2O+26H2O=3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O（三硫型水化铝酸钙，钙矾石）；3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+2(3CaO.Al2O3)+4H2O=3(3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O)（单硫型水化铝酸钙）；4) 铁铝酸四钙水化:4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O=3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O综上所述，如果忽略一些次要的和少量的成分，在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙约占70%，氢氧化钙约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约7%。二、地下水对混凝土侵蚀类型1.结晶类腐蚀：即积在混凝土的孔隙和毛细孔内的一些盐,产生结晶作用,造成因固相膨胀而引起的破坏。如果地下水中硫酸根离子的含量超过规定值，那么：SO42-+Ca(OH)2形成CaSO4.2H2O（二水石膏结晶体），CaSO4.2H2O+CaOAl2O3.6H2O形成水化硫铝酸钙，这是一种铝和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。由于水泥杆菌结合了许多的结晶水，因而其体积比化合前增大很多，约为原体积的221.86，于是在混凝土中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭受破坏。2.分解类腐蚀：即环境介质将混凝土溶成分溶解析出,引起孔隙率增大, pH值降低,使腐蚀物质更易浸入混凝土内部。如此循环,导致混凝土结构的很快破坏。地下水中含有CO2，CO2与混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸钙沉淀。由于CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周围形成一层保护膜，能防止Ca(OH)2的分解。但是，当地下水中CO2的含量超过一定数值，则超量的CO2再与CaCO3反应，生成重碳酸钙Ca(HCO3)2 并溶于水。所以，当地下水中CO2的含量超过平衡时所需的数量时，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蚀，这就是分解类腐蚀。地下水的酸度过大，即pH值小于某一数值，那么混凝土中的Ca(OH)2也要分解，特别是当反应生成物为易溶于水的氯化物时，对混凝土的分解腐蚀更强烈。3.结晶分解复合类腐蚀：即酸、碱、盐介质与水泥中的某些成分发生化学反应而引起的腐蚀,它们之间反应越强烈,新生成物越容易溶解,混凝土的破坏就越容易。当地下水中NH4+，Mg2+和NO3，Cl，SO42-和离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH)2 发生反应，Ca(OH)2与镁盐作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2 则易溶于水，并随之流失；硬石膏CaSO4 一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一方面，硬石膏遇水生成二水石膏。二水石膏在结晶时，体积膨胀，破坏混凝土的结构。三、腐蚀评价标准地下水环境分类：类地下水环境：混泥土处于强透水层中，强透水层指细纱、中砂、粗砂、砂砾等透水性极强的含水层。类地下水环境：混凝土处于弱透水层中，且具有干湿交替作用，弱透水层指粉砂及颗粒小于粉砂的含水层。类地下水环境：混凝土处于弱透水层，且不具有干湿交替作用。结晶性腐蚀评价标准腐蚀等级So42-在地下水中含量（mg/L）类地下水环境类地下水环境类地下水环境无腐蚀2505001500弱腐蚀250-500500-15001500-3000中等腐蚀500-15001500-30003000-5000强腐蚀1500-30003000-50005000-10000腐蚀等级酸型腐蚀强透水层PH值碳酸型腐蚀侵蚀性CO2（mg/L）微矿化水型腐蚀强透水层HCO3-（mg/L）强透水层弱透水层强透水层弱透水层无腐蚀6.56.0153061弱腐蚀6.0-6.55.0-6.015-3030-6030.5-60中等腐蚀5.0-6.04.0-5.030-6060-10030.5强腐蚀5.04.060100分解性腐蚀评价标准注：酸型、碳酸型、微矿化水型腐蚀共存时，以腐蚀等级高者作为分解性腐蚀的评价结论结晶分解性腐蚀评价标准腐蚀等级类地下水环境类地下水环境类地下水环境Mg2+NH4+（mg/L）Cl-+NO3-+So42-（mg/L）Mg2+NH4+（mg/L）Cl-+NO3-+So42-（mg/L）Mg2+NH4+（mg/L）Cl-+NO3-+So42-（mg/L）无腐蚀1000300020005000300010000弱腐蚀1000-15003000-50002000-30005000-80003000-400010000-20000中等腐蚀1500-20005000-80003000-40008000-100004000-500020000-30000强腐蚀2000-30008000-100004000-500010000-200005000-600030000-50000结晶性、分解性、结晶分解复合性三类腐蚀性，仅有一类腐蚀时，则按照该类腐蚀等级作为评价结论，若三类中有两类或三类腐蚀时，以具有较高腐蚀等级者作为综合评价结论。但报告中应将三类中各类的腐蚀等级注明。四、混凝土腐蚀的后果混凝土受到腐蚀后会进一步导致钢筋受到腐蚀，从而使结构整体承载力下降，达不到设计要求，结构危险增大或者失效。英国环保部门最近的一份报告估计，英国建筑工业的年成交额为500亿镑，而现在，因腐蚀破坏，钢筋混凝土结构年维修费已达55亿英镑(占11%)，已成为英国一个沉重的财政负担。 图一 混凝土结构受到腐蚀五、混泥土腐蚀的防护通过以上腐蚀机理的分析可知,混凝土腐蚀是受周围环境介质,主要是水、二氧化碳、二氧化硫、氯和硫酸盐等的渗入侵蚀,而造成溶析、碳化、膨胀开裂而破坏失效的;对于钢筋混凝土来说,通常因水泥在水化过程中形成氢氧化钙而具有很高的pH值,使钢筋处于钝化状态而受到保护。但因干湿交替、环境污染、大气和水质的恶化等,有害介质渗透进入,或因混凝土遭到损坏,有害介质的大量侵入,加快了钢筋的锈蚀,而钢筋的锈蚀又加快了混凝土的破坏,二者相互促进,相互加速,最终导致结构失稳。因此,提高混凝土构筑物的抗蚀性和耐久性,应从两方面入手。一方面要选择优质材料,确定适当配比,提高施工水平,适当增加混凝土层厚度,以改善混凝土结构本身的密实性;另一方面,要将混凝土构筑物同周围腐蚀介质隔离开来,以保护混凝土不受其侵蚀。对此,规范已从水泥品种、掺合料、水灰比和水泥用量选择、抗渗等级等方面作了要求,建设实施过程中,在严格按规范要求作好防腐工程的基础上,建议还要根据各工程实际情况和环境特点,结合采取以下具体措施:1.改善混凝土本身的结构(1)使用普通混凝土时,应针对不同环境选用不同水泥,如在酸性环境中选用耐酸水泥;在海水中选用耐硫酸盐水泥和普通硅酸盐水泥等;增加混凝土中水泥用量;降低水灰比,控制灰砂比;粗细集料，应保证致密，同时控制材料的吸水率以及其他杂质的含量，确保材质状况；应正确选择混凝土搅拌及养护用水，检查其杂质含量，目前主要采用自来水，严禁采用海水及井水；掺入引气剂、阻锈剂、减水剂、防水剂、密实剂、粉煤灰和矿碴等外加剂,可以显著改善混凝土的抗渗和耐久性;进行合理的搅拌、振捣和充分的湿养护。但在使用外加剂时,要十分注意材料之间的和宜性能,防止产生和诱发新的腐蚀,例如慎用钠盐为主要物质的填加剂,以避免发生碱骨料反应。(2)使用高性能混凝土。高性能混凝土是基于结构耐久而设计的全新混凝土。它与传统混凝土相比,具有许多特点和优点:不用振捣就可自动填充模板,可节省设备,减少噪声污染;具有良好的自密实性,可降低劳动强度和能源消耗;不会由于水化热的产生、水化硬化或干燥收缩等原因引发初始裂缝;具有高抗渗性,可以阻止CL-、O2、和H2O的渗入,从而预防了潜在的危险,延长了混凝土的使用寿命。2.对混凝土进行表面改性(1)在加热干燥的混凝土表面浸渍亚麻仁油,可延长56倍的使用寿命。(2)在混凝土表面使用硫磺浸渍砂浆,对较弱的酸和盐类有较好的耐蚀性能。(3)用石蜡80%和褐煤蜡20%混合制成细蜡粒,以一定比例与水泥拌合,待混凝土硬化后,加热其表面,蜡粒熔化就会填满混凝土孔隙,可以防止侵蚀性离子的掺入。(4)对混凝土表层进行天然的或人工的碳化,可以明显提高混凝土的抗蚀性。用盐溶液、甚至低浓度的酸溶液处理混凝土,使骨料表面生成一层难溶解的钙盐以取代Ca(OH)2,这也是一种提高混凝土抗蚀性的方法,例如用氟硅酸(或氟化镁、氟化锌等)处理混凝土表面,其反应式为：3Ca(OH)2+H2SiF6=3CaF2+Si(OH)4+2H2O3.对混凝土表面进行涂覆在混凝土表面涂覆一层耐腐、抗渗、无毒、持久的涂料是一种成本低廉、简单易行的方法。从涂料的性质、功能及物理性能等方面来看,主要有鳞片涂料(由玻璃鳞片和耐腐蚀热固性树脂构成,具有优越的防腐蚀和抗渗透性能,应用于海洋、石油等苛刻条件下的腐蚀环境)、粉末涂料(不含溶剂,以粉末熔融成膜,无溶剂污染,具有涂覆方便、固化迅速等特点。主要类型有:环氧树脂、聚酯TGIG、聚脂HAA、聚氨酯,丙烯酸系等)及厚膜涂料、导电涂料、水性涂料等等,但在具体