混凝土如何防腐?
一、概述
混凝土中的鋼筋腐蝕是一個世界性難題,帶來一系列經(jīng)濟(jì)、美觀和使用問題。但是,如果在設(shè)計階段考慮腐蝕作用,在建造之前做出正確決策,公用建筑如賓館可以盡可能地得到腐蝕保護(hù)而經(jīng)久耐用。腐蝕在一定程度上影響著全世界所有的混凝土建筑和結(jié)構(gòu),年花費(fèi)國民經(jīng)濟(jì)的數(shù)十億美元。隨著酒店資產(chǎn)的發(fā)展,腐蝕往往成為美學(xué)和混凝土破壞的問題,這些地方水泥剝落,造成公共安全隱患。酒店管理者也不愿意采取長時間的整修?;炷林械匿摻钤趷毫拥沫h(huán)境下加速腐蝕,特別是沿海、熱帶或沙漠環(huán)境的高鹽或極端溫度地區(qū)。通常情況下,退化的首要因素—潛在的腐蝕是不可見的。內(nèi)層鋼鐵的強(qiáng)烈腐蝕可能需要5至15年引發(fā)混凝土出現(xiàn)裂縫,而大部分的鋼筋銹蝕并不可見。
二、鋼筋的腐蝕機(jī)理
在新的混凝土中,堿性(高pH)條件下,鋼筋棍表面形成鈍化膜,從而防止或最小化初始腐蝕。但最終,碳化作用或氯化物(鹽)的進(jìn)入引起pH值降低,導(dǎo)致鈍化膜分解,使鋼筋在氧氣和水分存在下被腐蝕。這種情況發(fā)生時,腐蝕點(diǎn)(陽極)和鈍化區(qū)(陰極)之間形成約0.5伏的電壓差,導(dǎo)致鋼中電子從陽極流向陰極,形成腐蝕電池。該反應(yīng)速率主要由混凝土的電阻或電阻率決定。陽極區(qū)(腐蝕點(diǎn))會形成酸,降低pH,促進(jìn)鋼的腐蝕。
三、混凝土腐蝕的常見原因
兩個最常見的原因是碳化作用和氯化物(鹽侵入)。
從廣義上講,當(dāng)碳化物、氯化物和其它侵蝕劑滲入混凝土,產(chǎn)生開裂引發(fā)腐蝕,使得混凝土設(shè)施碎裂和削弱。鋼筋棍銹蝕物的體積可以比原鋼的體積擴(kuò)大六倍,從而增加對周圍材料的壓力,使得混凝土緩慢破裂。經(jīng)過數(shù)年,混凝土表面最終出現(xiàn)裂縫并開始脫落或碎裂。鋼筋的退化及混凝土的后續(xù)弱化發(fā)生在內(nèi)部,可以很多年不可見。它經(jīng)常被稱為“混凝土癌癥”。據(jù)Infracorr咨詢PL公司的總經(jīng)理Ian Godson說,裂紋可見可能需要長達(dá)15年之久。碳化即二氧化碳溶解在混凝土孔隙流體中,與氫氧化鈣和硅酸鈣水合物中的鈣反應(yīng)形成方解石(碳酸鈣)。在相對較短的時間內(nèi),新澆混凝土的表面會與空氣中的CO2反應(yīng)。漸漸地,該過程滲入混凝土深層,一年內(nèi)可穿透低滲透致密混凝土中1毫米深度,或多孔且滲透混凝土中5毫米,這取決于水與水泥之比。
氯化物,通常從海邊飛濺或風(fēng)隨時間遷移到多孔混凝土上,當(dāng)其濃度達(dá)到臨界水平時,引起腐蝕。此外,一些老舊結(jié)構(gòu)可能在建造時使用了氯化鈣,被看做是混凝土的“條件加速劑”,造成嚴(yán)重的腐蝕問題。
四、修復(fù)和預(yù)防
1、傳統(tǒng)的混凝土修復(fù)方法:
清除鋼筋20-30mm的裂紋和剝層,直至充分暴露生銹材料,從鋼板上除去污染混凝土。去除所有的腐蝕材料,對鋼進(jìn)行處理或更換。完成之后,應(yīng)用專業(yè)維修混凝土砂漿,使表面恢復(fù)完好。
2、現(xiàn)代發(fā)展的修補(bǔ)泥砂漿的新方法:
聚合物改性,以提高附著力和抵抗污染物的進(jìn)一步侵入。
(1)涂層組合使用結(jié)合補(bǔ)丁修補(bǔ):可減少碳化或氯化物的侵入。
補(bǔ)丁修復(fù)可去除混凝土退化區(qū)污染物,通常不能完全解決隱藏的腐蝕問題,而導(dǎo)致周圍區(qū)域的加速退化。通常在三到五年再次失效。Godson補(bǔ)充說,“補(bǔ)丁修復(fù)的一個限制是,必須去除大量有效的混凝土來解決問題,帶來嚴(yán)重噪音并擾民?!睋?jù)Remedy資產(chǎn)保護(hù)公司涂料顧問Justin Rigby所說,“混凝土是一種重要材料,它最初非???jié)B透,但為了提高耐久性,應(yīng)使用涂層”。
(2)保護(hù)性彈性體防水膜:既可以卷或噴涂到混凝土表面。平坦房頂上可卷鋪薄膜,對于復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu),噴涂是最有效的方法。
(3)外加電流陰極保護(hù):一種是外加電流陰極保護(hù)(ICCP),使持續(xù)的小電流通過混凝土,以阻止鋼鐵腐蝕技術(shù)。
外加電流陰極保護(hù)的主要好處是,大大減少混凝土的拆除和修復(fù),只有剝落和分層的地方需要修復(fù)。 一旦安裝,可長期控制腐蝕,消除了即使被氯化物或碳化嚴(yán)重污染的混凝土的剝落和惡化。選擇合適的陽極系體系是持久和有效的ICCP系統(tǒng)中最重要的設(shè)計考慮因素。選擇不正確或安裝失誤可能導(dǎo)致裝置性能不佳,大大縮短壽命。陰極保護(hù)理論上比較簡單。Godson說“將陽極插入混凝土預(yù)定位置,連接直流電源正極,負(fù)極連接到鋼筋上。ICCP系統(tǒng)通常連接2到5伏的直流電。缺點(diǎn)是需要大量的電纜和連續(xù)功率供應(yīng),導(dǎo)致該技術(shù)受到限制,主要用在民用結(jié)構(gòu)如碼頭和橋梁上?!?
(4)混合型陰極保護(hù):最新開發(fā)了一種混合型陰極保護(hù),在鉆孔中安裝鋅陽極。該陽極預(yù)充十天左右的電。通過最初的高陰極保護(hù)電流使氯化物遷移,恢復(fù)混凝土的高堿性(高pH)環(huán)境,從而使鋼筋完全鈍化。
緊接著初始外加電流階段,去除臨時供電和電纜,然后將陽極通過本地接線盒連接到鋼筋上,提供持續(xù)的電流保護(hù)。這種相對較低的電偶電流使鋼筋保持持續(xù)的鈍化狀況,防止進(jìn)一步損害。混合CP系統(tǒng)設(shè)計壽命通常為30年或更長?;旌螩P提供ICCP的所有優(yōu)點(diǎn),包括腐蝕控制和較少地混凝土去除,沒有高成本和電源、電纜和控制系統(tǒng)的維修。之前不適用且不經(jīng)濟(jì)使用ICCP系統(tǒng)的區(qū)域和結(jié)構(gòu)可以使用混合CP技術(shù)。包括小型和偏遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)如橋梁和涵洞。對于建筑物,混合CP比ICCP提供更巨大的優(yōu)勢,它消除了那些難看的外觀和和昂貴的布線和電源。
五、總結(jié)
總之,對于高資產(chǎn)值如酒店的業(yè)主,考慮混凝土建筑結(jié)構(gòu)腐蝕對成本的影響非常重要。設(shè)計階段考慮腐蝕控制有很多優(yōu)勢。適當(dāng)?shù)母g管理的兩個主要優(yōu)點(diǎn)是延長了設(shè)備壽命,降低維護(hù)時間和成本。此外,低維護(hù)提高設(shè)備的整體利用率,改善環(huán)境的可持續(xù)性。
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