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摘 要 混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故,其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害。而砼结构腐蚀是影响混凝土结构、钢筋混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。
关键词 混凝土结构;耐久性;腐蚀;施工要点
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)091-0040-01
大多数土建结构由混凝土建造。但由于工程建设中存在着大量的腐蚀行为,混凝土结构的耐久性已成为困扰土建基础设施工程的世界性问题。如何通过设计选材适当、保证施工质量,减轻腐蚀给工程带来的负面影响,应成为工程技术人员探索的课题。
1 混凝土结构的腐蚀机理
1)素混凝土结构。素混凝土的基本组成材料是水泥、砂、石和水。影响素混凝土结构的耐久性的主要因素为碱-集料的反应。
2)钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构材料是混凝土与钢筋的复合体,它的腐蚀形态可分为两种:一是由混凝土的耐久性不足,其本身被破坏,同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构的破坏;二是混凝土本身并未腐蚀,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了能激发钢筋腐蚀的离子,从而使钢筋表面的钝化作用丧失,引起钢筋的锈蚀。
3)预应力混凝土结构。预应力混凝土结构的腐蚀除了具有普通混凝土结构的腐蚀类型外,由于采用高强度钢筋和钢筋在高应力条件下工作,所以可能发生应力腐蚀和钢材的氢脆。
4)纤维混凝土结构。纤维混凝土的腐蚀机理与普通混凝土基本相同,但纤维的直径较细,且均匀分布,其耐久性相对普通混凝土要强一些。开裂的纤维混凝土构件在潮湿的环境下,裂缝处的混凝土碳化后,碳化区的钢纤维开始锈蚀。
5)轻骨料混凝土结构及加气混凝土。轻骨料混凝土的腐蚀机理与类型基本与普通混凝土相同,由于大多数轻骨料抵抗气体扩散能力较低,腐蚀性气体较易渗入内部,因此必须控制轻骨料混凝土的密实度。加气混凝土的显气孔较多,不致密,吸水率高,碳化速度较快,在正常使用条件下尚需对钢筋进行表面涂覆保护层,而且加气混凝土表面气孔多,不容易进行保护,所以在腐蚀环境下不宜使用加气混凝土。
2 混凝土结构腐蚀的预防措施
1)原材料的选择。①水泥。水泥是水泥砂浆和混凝土的胶结材料。水泥类材料的强度和工程性能,是通过水泥砂浆的凝结、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蚀,水泥砂浆和混凝土的性能将不复存在。由于各种水泥的矿物质组份不同,因而它们对各种腐蚀性介质的耐蚀性就有差异。正确选用水泥品种,对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义。②粗、细集料。粗、细集料的耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。集料与水泥石接触的界面状态对混凝土的耐蚀性有一定影响。混凝土中所采用粗细集料,应保证致密,同时控制材料的吸水率以及其它杂质的含量,确保材质状况。③拌合及养护用水。混凝土拌合及养护用水,应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况,防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。④外加剂。采用加入外加剂的方法,可以在一定范围内达到提高混凝土结构的耐腐蚀能力,是一种经济而有效的技术措施。
2)防腐混凝土的配合比设计。一是按设计要求的强度进行配合比设计;二是按密实度的要求进行配合比设计,但强度等级往往大于前者。腐蚀环境中的混凝土配合比设计,必须取用上述两种情况中强度等级的较高者。
3)加强混凝土养护。控制混凝土表面裂缝,确保施工质量。针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度。
3 防腐蚀混凝土结构的施工要点
为保证钢筋位置的正确,混凝土保护层应满足设计要求。钢筋的垫块,应采用细石混凝土或水泥砂浆制作,严禁使用短钢筋作为垫块。构件的钢筋绑扎后应立即浇灌混凝土,避免产生锈蚀。钢筋不宜在露天存放,应放在密闭仓库中。
混凝土的养护方法不但对混凝土的密实度和抗渗性有一定影响,而且也影响到混凝土的中性化速度。如果混凝土早期养护不良,混凝土表面就会迅速干燥。如果混凝土采用蒸汽养护,将影响水泥熟料水化反应的程度,并加速水泥石中的氧化硅和氧化钙的结合。
外加剂的添加必须根据外加剂的品种、性质,在规定时间内完成。外加剂为固体粉料时,可与水泥、砂、石同时搅拌,且适当延长搅拌时间。外加剂为液体时,应按固体含量计算掺量,并从用水量中扣除外加剂的水量。减水剂的掺入量应根据不同的水泥品种、施工方法、施工环境温度等条件进行现场试配。
阻锈剂的掺量应按使用环境确定,不得随意增大或减少。分成A、B组分的阻锈剂必须按比例同步加入。钢筋阻锈剂也可与其它外加剂复合使用。当复合使用产生絮凝或沉淀等现象时,应作适应性试验。
采用混凝土密封剂进行钢筋混凝土或砂浆表面的防水和防腐。施工前应除去混凝土或砂浆基层表面的浮土、松动残渣、污油等杂物。对缝隙、破损部位采用同标号的水泥砂浆或混凝土修复。混凝土必须充分捣固,对混凝土振捣后的表面工序也需要认真对待,压实表面对混凝土的抗腐蚀将起到相当重要的作用。
4 工程实例
以某公司承建的狮子坪电站九架棚大桥为例,就如何通过施工技术手段控制混凝土结构的腐蚀进行阐述。
该项目位于理县古尔沟镇和夹壁乡境内,杂谷脑河流域狮子坪电站水库库区。工程区位于杂谷脑河流域,属岷江水系。本工程的重点和难点:桥梁墩台基础长大,桩基础深72米,施工难度较大。桥墩承台砼方量大,单个承台1051.25m3砼,属大体积砼。桥墩薄壁墩尺寸大、墩身高达72m。主桥预应力悬臂连续箱梁工艺繁杂,对质量要求高。大跨径预应力砼连续刚构采用悬臂浇注线型控制难度大。
为提高混凝土的耐久性,施工中采取如下技术措施:
1)施工采用低坍落度砼,砼中掺入粉煤灰。如C50上部结构采用配合比如下:水泥475 kg,水190 kg,河砂734 kg,碎石1101 kg,减水剂3.8 kg。集料(砂、石)进行严格的碱含量检测。
2)严格控制混凝土施工质量,确保水灰比、坍落度在技术人员所要求范围,混凝土振捣按操作规程进行,保证混凝土的密实度,同时重视混凝土振捣后的抹面工作。在混凝土表面刷防水涂膜,既可对混凝土进行养护,同时也是有效的防锈途径。
该工程经历2008年“5.12”大地震的考验,经专家鉴定,结构完好。
5 结束语
总之,深入了解腐蚀产生的原因,了解混凝土结构产生腐蚀的机理,从而针对性地采取措施,针对性进行混凝土结构的防腐蚀设计,通过各个环节的施工质量控制,并针对有可能出现腐蚀的结构提前预备腐蚀防治手段,就能够控制腐蚀不给我们造成危害。
参考文献
[1]GB50046-95.工业建筑防腐蚀设计规范.中国计划出版社,1995.
[2]陈肇元 编.混凝土结构的耐久性与使用寿命.2008.
关键词 混凝土结构;耐久性;腐蚀;施工要点
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)091-0040-01
大多数土建结构由混凝土建造。但由于工程建设中存在着大量的腐蚀行为,混凝土结构的耐久性已成为困扰土建基础设施工程的世界性问题。如何通过设计选材适当、保证施工质量,减轻腐蚀给工程带来的负面影响,应成为工程技术人员探索的课题。
1 混凝土结构的腐蚀机理
1)素混凝土结构。素混凝土的基本组成材料是水泥、砂、石和水。影响素混凝土结构的耐久性的主要因素为碱-集料的反应。
2)钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构材料是混凝土与钢筋的复合体,它的腐蚀形态可分为两种:一是由混凝土的耐久性不足,其本身被破坏,同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构的破坏;二是混凝土本身并未腐蚀,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了能激发钢筋腐蚀的离子,从而使钢筋表面的钝化作用丧失,引起钢筋的锈蚀。
3)预应力混凝土结构。预应力混凝土结构的腐蚀除了具有普通混凝土结构的腐蚀类型外,由于采用高强度钢筋和钢筋在高应力条件下工作,所以可能发生应力腐蚀和钢材的氢脆。
4)纤维混凝土结构。纤维混凝土的腐蚀机理与普通混凝土基本相同,但纤维的直径较细,且均匀分布,其耐久性相对普通混凝土要强一些。开裂的纤维混凝土构件在潮湿的环境下,裂缝处的混凝土碳化后,碳化区的钢纤维开始锈蚀。
5)轻骨料混凝土结构及加气混凝土。轻骨料混凝土的腐蚀机理与类型基本与普通混凝土相同,由于大多数轻骨料抵抗气体扩散能力较低,腐蚀性气体较易渗入内部,因此必须控制轻骨料混凝土的密实度。加气混凝土的显气孔较多,不致密,吸水率高,碳化速度较快,在正常使用条件下尚需对钢筋进行表面涂覆保护层,而且加气混凝土表面气孔多,不容易进行保护,所以在腐蚀环境下不宜使用加气混凝土。
2 混凝土结构腐蚀的预防措施
1)原材料的选择。①水泥。水泥是水泥砂浆和混凝土的胶结材料。水泥类材料的强度和工程性能,是通过水泥砂浆的凝结、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蚀,水泥砂浆和混凝土的性能将不复存在。由于各种水泥的矿物质组份不同,因而它们对各种腐蚀性介质的耐蚀性就有差异。正确选用水泥品种,对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义。②粗、细集料。粗、细集料的耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。集料与水泥石接触的界面状态对混凝土的耐蚀性有一定影响。混凝土中所采用粗细集料,应保证致密,同时控制材料的吸水率以及其它杂质的含量,确保材质状况。③拌合及养护用水。混凝土拌合及养护用水,应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况,防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。④外加剂。采用加入外加剂的方法,可以在一定范围内达到提高混凝土结构的耐腐蚀能力,是一种经济而有效的技术措施。
2)防腐混凝土的配合比设计。一是按设计要求的强度进行配合比设计;二是按密实度的要求进行配合比设计,但强度等级往往大于前者。腐蚀环境中的混凝土配合比设计,必须取用上述两种情况中强度等级的较高者。
3)加强混凝土养护。控制混凝土表面裂缝,确保施工质量。针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度。
3 防腐蚀混凝土结构的施工要点
为保证钢筋位置的正确,混凝土保护层应满足设计要求。钢筋的垫块,应采用细石混凝土或水泥砂浆制作,严禁使用短钢筋作为垫块。构件的钢筋绑扎后应立即浇灌混凝土,避免产生锈蚀。钢筋不宜在露天存放,应放在密闭仓库中。
混凝土的养护方法不但对混凝土的密实度和抗渗性有一定影响,而且也影响到混凝土的中性化速度。如果混凝土早期养护不良,混凝土表面就会迅速干燥。如果混凝土采用蒸汽养护,将影响水泥熟料水化反应的程度,并加速水泥石中的氧化硅和氧化钙的结合。
外加剂的添加必须根据外加剂的品种、性质,在规定时间内完成。外加剂为固体粉料时,可与水泥、砂、石同时搅拌,且适当延长搅拌时间。外加剂为液体时,应按固体含量计算掺量,并从用水量中扣除外加剂的水量。减水剂的掺入量应根据不同的水泥品种、施工方法、施工环境温度等条件进行现场试配。
阻锈剂的掺量应按使用环境确定,不得随意增大或减少。分成A、B组分的阻锈剂必须按比例同步加入。钢筋阻锈剂也可与其它外加剂复合使用。当复合使用产生絮凝或沉淀等现象时,应作适应性试验。
采用混凝土密封剂进行钢筋混凝土或砂浆表面的防水和防腐。施工前应除去混凝土或砂浆基层表面的浮土、松动残渣、污油等杂物。对缝隙、破损部位采用同标号的水泥砂浆或混凝土修复。混凝土必须充分捣固,对混凝土振捣后的表面工序也需要认真对待,压实表面对混凝土的抗腐蚀将起到相当重要的作用。
4 工程实例
以某公司承建的狮子坪电站九架棚大桥为例,就如何通过施工技术手段控制混凝土结构的腐蚀进行阐述。
该项目位于理县古尔沟镇和夹壁乡境内,杂谷脑河流域狮子坪电站水库库区。工程区位于杂谷脑河流域,属岷江水系。本工程的重点和难点:桥梁墩台基础长大,桩基础深72米,施工难度较大。桥墩承台砼方量大,单个承台1051.25m3砼,属大体积砼。桥墩薄壁墩尺寸大、墩身高达72m。主桥预应力悬臂连续箱梁工艺繁杂,对质量要求高。大跨径预应力砼连续刚构采用悬臂浇注线型控制难度大。
为提高混凝土的耐久性,施工中采取如下技术措施:
1)施工采用低坍落度砼,砼中掺入粉煤灰。如C50上部结构采用配合比如下:水泥475 kg,水190 kg,河砂734 kg,碎石1101 kg,减水剂3.8 kg。集料(砂、石)进行严格的碱含量检测。
2)严格控制混凝土施工质量,确保水灰比、坍落度在技术人员所要求范围,混凝土振捣按操作规程进行,保证混凝土的密实度,同时重视混凝土振捣后的抹面工作。在混凝土表面刷防水涂膜,既可对混凝土进行养护,同时也是有效的防锈途径。
该工程经历2008年“5.12”大地震的考验,经专家鉴定,结构完好。
5 结束语
总之,深入了解腐蚀产生的原因,了解混凝土结构产生腐蚀的机理,从而针对性地采取措施,针对性进行混凝土结构的防腐蚀设计,通过各个环节的施工质量控制,并针对有可能出现腐蚀的结构提前预备腐蚀防治手段,就能够控制腐蚀不给我们造成危害。
参考文献
[1]GB50046-95.工业建筑防腐蚀设计规范.中国计划出版社,1995.
[2]陈肇元 编.混凝土结构的耐久性与使用寿命.2008.