混凝土的钢筋锈蚀.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,混凝土的钢筋锈蚀,1,钢筋锈蚀已成为混凝土结构耐久性破坏中的首要因素。,1985,年，美国各类腐蚀引起损失达,1680,亿美元，钢筋锈蚀占,40%,左右；,九十年代初，美国全部,57.5,万座钢筋混凝土桥中因钢锈破坏而限载通车的公路桥占,1/4,，其中已经不能通车的占,1%,（约,5000,座），仅维修费高达,900,亿美元。,我国交通部门于,1980,年对华南地区,18,座码头调查的结果发现：,80%,以上在使用不到,20,年间就出现了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏；,北方地区，北京西直门旧立交桥仅运行,18,年就拆除重建，沈阳文化路大立交桥使用,13,年后因钢筋锈蚀严重破坏，哈大公路，在建成,5,年后混凝土出现严重的顺筋胀裂和剥落。,2,(1),钢筋锈蚀破坏机理,原电池反应原理,腐蚀电池必备条件：,1),阴极、阳极和电位差；,2),离子通路,(,电解质,),；,3),电子通路。,阴极反应,:,2H,+,+2e,-,=H,2,阳极反应,电流,铜（阴极）,锌（阳极）,3,电极电位的形成原理图,4,钢筋微电池腐蚀,阳极反应：,Fe-2e=Fe,+,（氧化反应）,阴极反应：,O,2,+2H,2,O+4e4OH,-,（还原反应）,综合反应：,2Fe+O,2,+2H,2,O=2Fe(OH),2,(,伴有电流,),Fe(OH),2,+O,2,+2H,2,OFe(OH),3,Fe,2,O,3,nH2O,（铁锈）,阴极,阳极,5,混凝土的保护作用,物理保护作用：阻止水分、氧气、氯离子等外界有害介质的侵入；,化学保护作用：高碱性环境（由于孔溶液中存在有,NaOH,、,KOH,，,CH,等，,pH,值大于,12.5,）下，阳极产生的,Fe(OH),2,被氧化成,型氢氧化铁（纯化膜层）：,Fe(OH),2,+O,2,-FeOOH+H,2,O,（致密保护层）,钢筋钝化层,两个临界值：,pH=9.88,，开始形成钝化膜，,pH=11.5,，钝化膜才能完全覆盖钢筋表面。,6,CO,2,CO,2,钢筋表面脱钝导致钢锈,混凝土中性化导致锈蚀（,pH10.5,）,Ca(OH),2,+CO,2,CaCO,3,+H,2,O,(,氢氧化钙,),3CaOSiO,2,3H,2,O+CO,2,3CaCO,3,+2SiO,2,+3H,2,O,(,水化硅酸钙,),7,钢筋锈蚀产生的裂缝,开裂,锈蚀,膨胀,8,混凝土碳化与钢筋锈蚀,9,氯盐导致钢筋锈蚀,(Cl,-,/OH,-,0.6),Fe,2+,+Cl,-,FeCl,络合物,-,（还原反应）,FeCl,络合物,-,+2OH,-,=Fe(OH),2,+Cl,-,Fe(OH),2,+O,2,+2H,2,OFe(OH),3,Fe,2,O,3,nH,2,O,（,铁锈,）,破坏钝化膜,腐蚀宏观电池,混凝土,腐蚀坑,钢筋钝化层,钢筋,10,Cl,-,在钢筋锈蚀中的作用,氯离子是极强的阳极活,(,去钝化,),剂。在水泥的浸出液中，即使其,pH,值还很高,(,如达到,13),，只要有,46mg/L,浓度的氯离子，就足以破坏钢筋钝化膜。,Fe,2+,+2Cl,-,+4H,2,O-FeCl,2,.4H,2,O,FeCl,2,.4H,2,O-Fe(OH),2,+2Cl,-,+2H,+,+2H,2,O,氯离子虽然并不构成腐蚀产物，在腐蚀中也不消耗，但作为促进腐蚀的中间产物，,会给腐蚀起催化作用,。,11,海洋浪溅区混凝土的氯离子侵蚀,浪溅区下部接触氯化物机会多、潮湿，易成为阳极区，而上部接解氧气较多，易成为阴极区；,浪溅区混凝土潮湿、又含有渗入的电解质，使其易形成良好的导电通路；,浪溅区干湿循环及海风风干作用使氯离子更易由于毛细管作用进入混凝土内部。,12,钢筋混凝土锈蚀破坏机理,CO,2,O,2,H,2,O,2,2,2,混 凝 土 表 面,应,力,应,力,钢锈,破,坏裂缝,钢筋,钢锈膨胀压力，胀裂破坏,13,(2),钢筋锈蚀破坏特征,混凝土顺钢筋开裂、剥落、脱层,开裂,剥落,分层,14,钢筋混凝土间“握裹力”下降与丧失,15,钢筋断面损失：以局部腐蚀为主，均匀腐蚀较少。,钢筋应力腐蚀断裂：应力锈蚀相互促进的结果。,钢筋腐蚀过程四阶段：,1,）腐蚀孕育期,T,0,、,2,）腐蚀发展期,1,、,3,）腐蚀破坏期,T2,、,4,）腐蚀危害期,T3,。,T0,T1,T2,T3,。,16,17,(3),钢筋锈蚀影响因素,混凝土密实度和保护层厚度,：,密实度：水灰比、矿物掺合料、骨料；,保护层厚度：设计富余系数，,30%,。,18,混凝土保护层的完好性：,成型质量：混凝土工作性、成型振动方式；,表面开裂：材料性能、养护制度。,19,开裂造成钢筋预应力损失,开裂，使水和其它离子进入,20,混凝土液相,pH,值：,pH,10,，钢筋锈蚀速率很小；,pH4,时，钢筋锈蚀速率急剧增加；,水泥品种、矿物掺合料不同，混凝土的碱度不同，碳化不同，对钢筋的保护不同。,21,粉煤灰减小混凝土的氯离子扩散的作用,22,混凝土,l,-,含量：,预应力混凝土：,Cl,-,总量不超过,0.06%(,水泥质量,),；普通混凝土：,Cl,-,总量不超过,0.10%(,水泥质量,),。,水：,200,350mg/L,；海砂：低于,0.06%,；外加剂：防冻剂、早强剂。,混凝土种类,内掺型混凝土氯盐总掺量临界值（,%）,外掺型混凝土氯盐浓度临界值（,X10,-6,）,中等强度混凝土,1.15,5000,高强混凝土,0.85,10500,掺粉煤灰高强混凝土,0.8,-,粉煤灰和高效减水剂双掺型高强混凝土,0.45,10000,23,环境条件：,氯盐、潮湿、冷热交替、干湿变化。,当构件使用环境很干燥（湿度,Fe,2+,+2e,-,电流,半电池电位,测量钢筋不同部位电极电位，电位差越大，腐蚀速率越快。,34,现象,北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于,1978,年,12,月开工，,1980,年,12,月完工。使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有不同程度开裂。,1999,年,3,月因各种原因拆除部分旧桥改建。,旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作,K,2,ONa,2,OCl,-,含量测试。,Cl,-,浓度呈明显梯度分布，表面,Cl,-,浓度为,0.15,0.094,和,0.15,。距表面,1 cm,处,Cl,-,浓度骤增，分别为,0.30,0.18,和,0.78,。在,1,2 cm,处,Cl,-,浓度达到最高值，其后随着离开表面距离的增加，,Cl,-,浓度逐渐减至,0.1,左右,。,该混凝土的粗、细集料均含有一定数量的活性成分，,存在发生碱一集料的可能性。碱含量,Na,2,O,为,0.3%,、,3.6kg/m,3,，可形成碱集料反应的条件。,冬夏气候变化。,35,原因,北京市,80,年代每年化冰盐的撒散量为,400,600 t,，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的,Cl,-,主要来自化冰盐,NaCl,。混凝土表面,Cl,-,含量低于距表面,1,2 cm,处，是因其表面受雨水冲刷，部分,Cl,-,溶解入雨水中流失。,Cl,-,超过最高极限值后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂，保护膜脱落。,该混凝土的粗、细集料均含有一定数量的活性成分,存在发生碱一集料的可能性。,盐冻,+,冻融,36,北京北四环健翔桥防撞墩修复实例,健翔桥是北京北四环换乘道路上的一座主要的桥梁，该桥自从开始使用到现在一直饱受汽车尾气中,SO,2,等有害气体、冬天化雪用的化雪盐中含有大量的,Cl,-,等有害离子的侵蚀，致使该桥的防撞墩出现了大量的钢筋锈蚀、保护层开裂等不同程度的破坏。,37,材料,钢筋保护剂,Mucis Steel Protection,表面型迁移性阻锈剂,MuCis mia 200,修补砂浆,MuCis BS 39,混凝土表面加强防水剂,TECNOSOLID 82/WP,泰美涂保护涂料,TECNORIV AC 100,。,剔除保护层,施工,38,用修补砂浆,BS39,修补,调配,、,涂刷钢筋保护剂,MSP,涂刷表面型迁移性阻锈剂,39,修复后效果,涂刷,TECNOSOLID 82/WP,涂刷泰美涂保护涂料,AC 100,40,日照港煤码头,7#,墩钢筋混凝土结构锈蚀,日照港煤码头主要以钢筋混凝土结构为主，由于长期受海水浸泡、干湿交替、日光曝晒、沿海盐雾、海生生物及潮湿空气的腐蚀，混凝土表面存在着大量的毛细孔及各种原因造成的细微缝隙，这些都是海水侵蚀码头混凝土的直接通道，混凝土孔隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在，其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钾，,pH,值约为,12.5,，海水环境下又含有较高浓度的氯离子。日积月累的作用使混凝土逐步形成表面多孔的腐蚀面，这种腐蚀面在海水的动力作用下更加速了混凝土表层腐蚀。如果腐蚀介质进一步渗透到钢筋并造成锈蚀就会对码头的结构严重破坏，造成巨大的损失。,工程概况,41,发生的主要破坏情况,钢筋锈蚀,盐,水,侵,蚀,混凝土开裂,42,43,某码头板梁底出现裂缝及钢筋锈蚀,华南地区某海港油气码头引桥使用仅,8,年，,型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀。而,型板却基本完好请讨论其原因。,工程概况,而,型板却基本完好,型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀,44,码头,型板梁混凝土不同深度,Cl,-,分布情况（,%,）,测试结果,从表中可见，随混凝土深度增加，,Cl,-,含量依次递减。目前国外一般把混凝土内,Cl,-,含量达到其致锈临界含量值时的时间，确定为混凝土的安全使用寿命。华南地区海港码头调查该值为,0.105,0.145,。该混凝土保护层设计厚度为,5.5 cm,，且由于施工偏差，部分构件实际保护层厚度低于设计值。当海水中,Cl,-,渗透进混凝土，使钢筋表面,Cl,-,含量达致锈值时，锈蚀开始；腐蚀产物体积膨胀，使混凝土产生与钢筋平行的顺筋裂缝，乃至混凝土开裂，钢筋的电化学腐蚀迅速进行。,取样标高为,2.91-3.06 m,。,构件名称,0-2cm,2-4cm,4-6cm,6-8cm,人行桥和引桥,0.3419,0.2083,0.1647,0.0946,工作平台,0.4209,0.2993,0.1672,0.0969,原因分析,45,加拿大魁北克省拉瓦尔立交桥坍塌事故原因分析,该桥于,2006,年月日发生立交桥坍塌事故并造成,5,人死亡、,6,人受伤。这座建于,1970,年的立交桥设计寿命为,70,年，目前尚未发现任何设计方面的瑕疵。,工程概况,46,拉瓦尔立交桥坍塌事故发生后，有关人员对全省境内的,4500,座立交桥进行了紧急普查，并确定其中,20,座将接受进一步检查。该市另一座建于同一时间并拥有同样结构的立交桥及蒙特利尔附近另一座桥梁，也因担心存在安全隐患而关闭。,当地下雪频繁，桥面上撒的盐过多。,使用情况,雪水渗透立交桥结构里面腐蚀钢筋，使其与混凝土脱离，才引发了事故。,主要原因,事故后采取行动,47,最近几年我国桥梁坍塌事故,2011,年,7,月以来，一系列桥梁塌陷事故纷至沓来。,7,月,11,日凌晨，江苏盐城境内,328,省道通榆河桥发生坍塌；,12,日，武汉黄陂一高架桥被发现引桥严重开裂；,14,日上午，通车不到,12,年的武夷山公馆大桥倒塌；,15,日凌晨，钱江三桥引桥桥面塌陷；,19,日凌晨，一辆重达,160,吨的严重超载货车造成北京市宝山寺白河桥塌毁。,整个,7,月，脆弱的桥梁一个个倒下，压迫着公众的神经。人们用,“,桥脆脆,”,来比喻这些,“,年轻有为,”,的大桥。,据相关统计，在,2007,年至,2011,年,5,年间，全国已经有至少,17,座大桥发生垮塌事故，造成,156,人死亡、,88,人受伤、,23,人失踪。,48,台湾高雄市的情况,高雄市政府在,96,年,9,月至,97,年,2,月間針對,69,座橋樑隧道做目視檢測，其中有大順橋、民族橋等,20,座橋樑隧道分別有鋼筋鏽蝕、伸縮縫擴大、橫隔樑被管線通過破壞,等缺失，應在一年內做急迫性修復。且,69,座橋樑隧道中，其中,33,座都有鋼筋鏽蝕裸露的缺失。,对桥梁进行混凝土中性化（碳化）檢測以定混凝土品質，甚至進行橋樑承載力評估，也就是常說之橋樑載重試驗以確認橋樑之承載能力。,49,钱江三桥引桥桥面塌陷事故分析,中国工程院外籍院士、著名桥梁专家邓文中，中国工程院院士郑皆连都表示，桥梁垮塌占主导性的原因在于车辆严重超载。,设计存在问题：,钱江三桥南引桥事故桥跨为预制拼装式预应力空心板结构，就像一排筷子，每根筷子之间依靠相对薄弱的铰缝混凝土连接，铰缝的作用是分配桥面荷载，它的破损会影响桥梁的横向传力特性，削弱结构的整体受力性能；而主桥是整体的预应力混凝土箱梁结构，更像是捆在一起的一把筷子。单辆超重车辆对引桥事故桥跨的影响要比对主桥大得多。,桥梁专家茅以升：桥梁设计本身要比桥梁的建造可能要花费几倍甚至几十倍的时间和功力。设计上的偷工减料比材料上的危害性、欺骗性更大。,50,其它调查结果,建设后不久：混凝土开裂，钢筋锈蚀，也是重要原因之一。,原因分析,混凝土中钢筋的锈蚀是钢筋混凝土破坏的最重要原因，必须引起重视。,51,1907-,上海大厦和外百渡桥,(,百年建筑,),52,53,埃菲尔铁塔于,1889,年建成位于法国巴黎战神广场上的镂空结构铁塔，高,300,米，天线高,24,米，总高,324,米。埃菲尔铁塔得名于设计它的桥梁工程师居斯塔夫,埃菲尔以设计人法国著名建筑工程师埃菲尔的名字命名。分为三楼，分别在离地面,57.6,米、,115.7,米和,276.1,米处，其中一、二楼设有餐厅，第三楼建有观景台，从塔座到塔顶共有,1711,级阶梯，共用去钢铁,7000,吨，,12000,个金属部件，,259,万只铆钉，极为壮观。,2008,年,11,月,26,日，埃菲尔铁塔,20,多年前改造,时拆卸下来的一段旧楼在巴黎苏富比拍卖行,以,55,万欧元的价格成交，创下新高。,每,10,年一次涂装，但对铁塔,1,层至,3,层最易老化的部位，今后仍将每,5,年涂装一次。,54,