??????? 三.鋼筋混凝土結構防護措施
??????? 混凝土結構防腐蝕是系統工程, 必須在勘察、規劃、設計、施工、使用等各個階段對所涉及的防腐問題進行細致的了解、分析和處理, 各個階段都應充分重視和充分合作, 共同完成。混凝土結構防護措施可分為基本防護措施、混凝土表面涂覆防護措施和鋼筋防護措施。
??????? 3.1 混凝土的基本防護措施
??????? 混凝土的基本防護措施即是從設計、施工、制作等方面提高混凝土自身的防護性能。由于混凝土本身具有高堿性, 正確設計、施工的優質混凝土保護層本身具有長期防止環境介質滲透的功能, 因此, 盡可能提高混凝土本身對鋼筋的防護功能是預防鋼筋腐蝕的許多措施中最經濟合理、最有效的基本措施。這一類措施主要有以下幾方面:
??????? (1) 合理的結構設計
??????? 混凝土結構形式及細部構造應有利于防腐、檢測。如構件截面幾何形狀應簡單、平順, 減少棱角、突變和應力集中; 混凝土表面應有利于排水,不宜在接縫或止水處排水; 特別注意構件應易于施工, 盡可能在工場預制; 結構形式應便于對關鍵部位進行檢測和設置檢測、維護和采取補充保護措施的通道; 對處于腐蝕較嚴重部位和構件, 應考慮其易于更換的可能性。由于混凝土保護層厚度與發生腐蝕的時間成平方關系, 適當增加混凝土保護層厚度, 以延長侵蝕性介質滲透到鋼筋周圍達到破壞鈍化膜臨界值的時間。但保護層厚度不宜大于80mm , 否則混凝土表面易出現由于混凝土收縮、溫度應力等所引起的混凝土表面裂縫。控制主筋的直徑不宜過大, 一般混凝土保護層厚度宜大于215 倍主徑直徑, 原因是較粗的鋼筋提供較小的電阻, 也就是提供了較大的腐蝕電流。更重要的是較粗的鋼筋會生成較多的腐蝕產物, 膨脹的體積增大比較多, 從而造成較高的拉應力。所以, 當混凝土保護層厚度相同時, 鋼筋越粗, 鋼筋直徑對保護層厚度的比值越大, 鋼筋開始腐蝕到開始使混凝土脹裂的時間也就越短。
??????? (2) 選擇優質原材料和優化混凝土配合比設計
??????? 選擇優質原材料和優化混凝土的配合比, 以提高混凝土的抗蝕能力。如盡量減
??????? 小水灰比提高混凝土的密實度, 混凝土密實度高, 孔隙率小, 有利于提高混凝土的抗滲性, 增強對侵蝕性介質的抗蝕能力; 限制粗骨料的最大粒徑, 減少粗骨料與水泥砂漿界面的不利影響; 規定混凝土拌合物最低水泥用量(或最低膠凝材料用量),確保混凝土具有較高的堿度;有抗凍要求時,加入合適量的引氣劑以提高混凝土的抗凍性;不得采用可能發生堿-集料反應的活性骨料;嚴格限制砂、石、外加劑、拌和水等原材料中的氯離子含量,使混凝土拌合物中氯離子含量符合規定要求。
??????? (3) 采用高性能混凝土
??????? 高性能混凝土是指用常規材料、常規工藝,以較低水膠比、適當摻量的優質摻合料和較嚴格的質量控制制作的高耐久性,良好工作性及較高強度的混凝土。中交集團廣州四航工程技術研究院等單位開發的海工抗鹽污染高性能混凝土, 其抗氯離子滲透性比普通混凝土提高數倍, 可顯著提高混凝土本身的護筋性能, 從根本上提高混凝土的耐久性, 從而延長結構物的安全使用壽命。目前, 該項技術已成功應用于鹽田港、湛江港、洋山港、東海大橋、杭州灣大橋等多項使用年限要求50年甚至100年的大型海港工程和跨海大橋工程中。
??????? 3.2 混凝土表面涂覆防護措施
??????? 除了采取措施提高混凝土本身的耐久性外, 采用混凝土表面涂覆防護措施有效地將混凝土與周圍侵蝕性介質隔離開來或阻止有害介質的侵入, 也是一種有效的防護措施。
??????? 3.2.1 混凝土表面涂層
??????? 該措施是在混凝土表面涂覆一層涂料,形成一層隔離層制止氯離子、氧、水等介質滲入混凝土,以延緩鋼筋腐蝕。從90 年代開始, 在我國一些海港工程, 跨海大橋工程中得到應用,實踐證明,混凝土表面實施涂層防腐蝕保護的技術成熟、保護效果顯著,是海洋環境混凝土防腐最經濟有效的保護措施。我國《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》已將該技術列為海港工程混凝土結構最重要的防腐蝕措施之一。對涂料的要求是能耐堿、耐老化和與混凝土表面應有良好的附著性。對海港工程潮差、浪濺區涂層, 要求涂料應具有良好濕表面固化功能。
??????? 3.2.2 表面涂覆浸入型涂料
??????? 浸入型涂料是一種粘度很低的有機硅化合物液體,將它涂(或噴)于風干的混凝土表面上,靠毛細孔的表面張力作用吸入(深約數毫米的混凝土表層中,它與孔壁的氫氧化鈣反應,以非極性基使毛細孔憎水化或者填充部分細孔,使孔細化。浸入型涂料不能在混凝土表面上成膜,不會形成隔離層,也不能充滿混凝土毛細孔隙, 所以不會影響混凝土透氣性,透水蒸汽性,但是,它卻能顯著降低混凝土的吸水性,使水和只能溶解于水中才能被毛細管吸收作用吸進去的氯化物都難以吸進混凝土中,而混凝土中的水份卻可以化為水蒸汽自由蒸發出去,使混凝土保持干燥,從而顯著地提高混凝土的護筋性。目前使用的侵入型憎水涂料中,以異丁基三乙氧基硅烷、異辛基三乙氧基硅烷作為浸漬材料效果最好,有液狀和膏體狀。國內外已有不少海港工程、跨海大橋使用,但材料費用較高,國內能批量生產的較少。
??????? 3.3 鋼筋防護措施
??????? 3.3.1 鍍層鋼筋和涂層鋼筋
??????? 鍍層鋼筋主要是鍍鋅鋼筋, 利用鋅的電位比鐵低, 對鋼筋施加陰極保護。涂層鋼筋是指在鋼筋表面制作涂層, 隔離鋼筋與腐蝕介質的接觸。這種鋼筋是在嚴格控制的工廠流水線上, 采用靜電噴涂工藝將涂層(目前使用較普遍的是環氧涂層) 噴涂于表面處理過的預熱的鋼筋上, 形成具有一層堅韌、不滲透、連續的絕緣層的鋼筋。所以, 只要這種鋼筋在運輸、存放、加工、安裝和混凝土澆搗過程中能按規范嚴格保護,它是可以將鋼筋與周圍混凝土隔開, 即使氯離子、氧氣等已大量侵入混凝土, 它也能長期保護鋼筋使它免遭腐蝕。
??????? 3.3.2 鋼筋阻銹劑
??????? 混凝土拌合物中摻入適量阻銹劑, 可阻止或延緩金屬和電解質界面的電化學反應, 從而阻止金屬腐蝕是預防惡劣環境中鋼筋腐蝕的一種有效的補充措施。但是它不能代替優質混凝土, 也就是說摻加阻銹劑不能降低對混凝土保護層的基本要求。按照作用機理, 鋼筋阻銹劑可分為陽極型、陰極型和混合型三種。加入鋼筋阻銹劑既推遲了鋼筋開始生銹的時間, 又減緩了鋼筋腐蝕發展的速度。
??????? 3.3.3 陰極保護
??????? 陰極保護技術是應用電化學原理, 通過給被保護鋼筋加一負向電流, 使它的電極電位負移, 即使鋼筋表面氯離子已達到或超過使鋼筋脫鈍的臨界值, 由于電化學腐蝕過程得到有效的抑制而使鋼筋不會發生銹蝕。陰極保護的方式有犧牲陽極和外加電流兩種:
??????? (1) 犧牲陽極方式
??????? 采用電化學上比鋼更活潑, 即電位更負的金屬(如鋁合金、鋅合金等) 作為陽極, 與被保護的鋼電聯接, 以本身的腐蝕(犧牲) 提供自由電子, 對被保護的鋼實施陰極保護。它施工簡便, 不需要外部直流電源, 不必經常維護管理, 但由于提供的保護電流有限, 一般不適用于暴露于大氣中的鋼筋混凝土結構。
??????? (2) 外加電流陰極保護
??????? 以直流電源的正極接通難溶性陽極,發射保護電流;以其負極接通被保護的鋼,而陽極與被保護的鋼均處于連續的電介質中, 使被保護的鋼接觸電解質的全部表面都充分而且均勻地接受自由電子,從而受到陰極保護。外加電流陰極防護技術在歐、美等國家已經用于環境惡劣的重要工程上。我國目前尚處于技術開發和引進階段, 中港-圣維可(廣州) 防腐工程有限公司已將該項技術成功應用于天津港、杭州灣大橋等工程, 為該項新技術在國內的推廣應用發揮了重要的示范作用。隨著技術進步和認識的提高, 作為一種長期有效的保護措施, 該項技術將會有廣闊的應用前景。
??????? 四.結語
??????? 隨著我國經濟建設的快速發展, 對混凝土結構的質量和使用壽命要求也將越來越高。混凝土的腐蝕是客觀存在的, 但是只要對混凝土腐蝕問題進行深入的了解, 可根據混凝土結構的特定使用環境,針對可能出現的腐蝕情況, 在混凝土結構的設計、施工、質量控制等各階段合理地應用各種防腐蝕保護措施,是可以確保混凝土
??????? 結構達到預期壽命的。值得引起重視的是應在設計初期,就根據設計壽命要求,提高預先設防的意識, 高度重視預先采取混凝土防護措施,這雖然會增大初期投入,但可以大大減少工程使用期的維修費用,從而降低整個壽命期的總體花費。
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