氯离子对混凝土构件的侵蚀及防治.pdf

Q 生 兰月 簋 鱼鲞 筮 期 圳土木与建筑 V O L 6 N O 1 MA R 2 0 0 9 氯离子对混凝土构件的侵蚀及防治 许红男 傅淑娟 李大伟 李敬业 赵崇恒 ( 深圳市天其佳实业有限公司) 【 摘要l深圳是滨海城市，今后海边建筑的发展空间很大，在滨海建筑中氯离子对建筑结构特别是混凝土 构件的侵蚀应 引起充分重视 。本文分析氯离子侵蚀混凝土构件的途径和机理，结合新颁布的 混凝土结 构耐久性设计规范提出了防治建议。 【 关键 词】氯离子 侵蚀混凝土构件 防治 一 、 刖 罱 ： 深圳是美丽 的海滨城市 ，海岸线的总长度 为 2 5 6 4公里， 由于滨海 资源是优 良的自然旅游资源 ， 所 以带动 了滨海地区的经济发展，已经建成 了一批 建筑并将要进行较大规模的开发。在开发滨海建筑 的过程中氯离子对混凝土构件 的侵蚀和防治 问题 必须引起重视。 氯离子的侵蚀主要分 “ 内” 、“ 外 ”两种途径 ： 采用海砂作建筑材料时砂中氯离子会腐蚀钢筋，这 是从 “ 内”侵蚀；而海风中含有氯离子的海水滴 、 吹到构件上也会顺着裂缝进入构件内部， 腐蚀钢筋， 这是从 “ 外”侵蚀。 本文结合工程实践对氯离子侵蚀钢筋 的情况 进行分析并提出防治对策 。 二、氯离子对钢筋锈蚀的影响及危害： 一 般包裹在混凝土中的钢筋是不会生锈的，因 为钢筋本身带有氧化膜，是稳定的，而且混凝土中 P H值高，能大幅度抑制钢筋的锈蚀 。 假若混凝土存在某些缺陷，如表面不密实，存 在孔隙或裂缝，而带有水蒸气的空气会通过混凝土 的缝隙进入混凝土内部，与钢筋发生氧化反应，生 成氢氧化铁；氧化亚铁和三氧化二铁， 这些化学物 质俗称 “ 铁锈” 。 而氯离子侵入混凝土内部后，会降低混凝土的 P H 值，产生电化学反应，促使钢筋的锈蚀加剧， 加速 。即氯离子起到了 “ 蚀媒”的作用，加快了钢 筋的锈蚀。 锈蚀的钢筋体积显著膨胀 ( 最大可达原体积的 6倍) ， 这就使得混凝土裂缝加大， 水气更容易进入 ， 锈蚀更加严重，如此恶性循环宏观上就表现 出混凝 土开裂，钢筋锈蚀，受力钢筋锈蚀后截面缩小，已 断裂或接近断裂的钢筋则完全丧失了承载力 ，对结 构造成安全隐患。 。 在 危险房屋鉴定标准( 1 G l 2 5 9 9 )中规定， 当钢筋混凝土构件存在下述裂疑时应被评为 “ 危险 点” ： 梁、板因主筋锈蚀，产生沿主筋方向的裂缝 ， 缝宽大于1 ram，或构件混凝土严重缺损，或混凝土 保护层严重脱落、露筋； ， 锈 压柱产生竖向裂缝保护层黼主 ： 深 8 2圳 4 市1 2 福8 3 田1 区 田 面 村 设 计 二 栋 三 单 元 号 房 5 8 o 6 对 钢筋的 锈蚀问 题 ，特别是受氯离子侵 电话： 儿 即 】 口 ， I H J 1 可 刀 u 疋_又贰向 J l又 闭；关闭过程是由慢逐渐加快 ，闭合的瞬间速度最 快 ，关闭其迎水面积增大，受力亦随之增，瞬间闭 合形成阀前流速妒=0 ， 导致压强急剧升高， 水密度 加大，形成 “ 水锤”。办公生活泵的止回阀关闭时 问可能与最大回流水击波到达止回阀的时间吻合 ， 从而形成了较 大的撞击波 ； 而 餐饮 生活泵 除流量 流速 比办公生活泵的小之外 ，其止 回阀关闭时间 与最 大 回流 水击波 到达 止 回阀 的时间可 能错 开 ( 由于没有仪器帮助进行理论分析，是否 “ 对夹 式止回阀 ” 特征 曲线不适应办公生活泵在工况条 件下工作 ，以致 不能降低 “ 水锤”的破坏 力 ) ， 故 回流水击波就较小 。找 出了问题所在 ，将办公 生活泵 的对 夹式止回 阀改换 为缓 闭消声止 回阀。 缓 闭消声止 回阀关 闭过程是 ： 第一阶段为快关 时 5 8 段 ，在 1 3 s 时间 内将 阀板从 全开状 态快速 关 闭 7 0 。，第 二阶段 为慢 关时段 ，缓慢地将2 0 。 阀板关 闭，延长水击波碰撞止回 阀的时 间，达到 了消 除 水锤保 护输 水管网 目的。办公生活泵的止 回阀经 更换后 ，结果令人满意 ；停 泵时象餐饮 生活泵一 样 ，其 阀板仅发 出轻 轻的 “闷声 ” ，没有对输水 管造成 振动损坏 。 三 、结语 ： 在 “ 水锤 ”问题上，不能忽略扬程不高而流 量大的水泵 ，亦不 能忽 略压力管 网的布置 ，更主 要的是选择合适的可有效防止 “ 水锤 ”的止回 阀 以减轻 “ 水锤 ”作用 。 参考文献 ： 1 】 水力学 z 西南交通大 学水 力学教研 室， 1 9 8 8年版 2 0 0 9 g -3月第 6卷第 1 V 0L 6 NO 1 MAR 2 0 0 9 蚀后的锈蚀 问题必须引起足够重视 。 三、氯离子对混凝土构件侵蚀途径 的 分析 1 、从内部侵蚀： “内部”是指拌合混凝土 中的砂含有氯离子 ， 这种情况在使用海砂建造的建筑中十分 明显 。 有关规范规定：海砂 中的氯离子含量不应大于 0 。 0 6 ( 以干砂重的百分率计) 。当氯离子超标时， 就会影响混凝土 中的 P H值，加速钢筋的腐蚀 。建 设部、深圳市建设局、盐 田区建设局都曾发文提 出 限制使用海砂的文件 。由于这种腐蚀发生在混凝土 内部，锈蚀的钢筋体积膨胀 ，混凝土会产生顺筋裂 缝 ，保护层严重脱落，危害十分严重。见附图 1 。 图 1 由于盐害混凝土保护层 剥离 、剥落实例 2 、从外部侵蚀： 滨海环境中海风带着海水滴吹向建筑 ，而海水 滴中带有海盐粒子 ，换算成 N a C 1的含量计算约为 3 4 ，有关资料表明，钢 的腐蚀速度最大时的 盐含量是 3 6 ，所 以海水本身中的盐分对钢筋的 腐蚀含有显着促进作用。 日本曾在 1 9 8 5 年前后对 4 3 6 3 栋海滨建筑进行 了调查 ， 结果发现有 4 0 的建筑不 同程度存在氯离 子侵蚀 。而侵蚀 的程度又与建筑物距海岸的距离有 关，通过对混凝土中含盐量的分析 ，日本学者认为 “ 在离海岸l k m以内的钢筋混凝土建筑物，即使混 凝土 中没有缺 陷，混凝土表面附着 的盐分，渗透扩 散到混凝土内部 ，这是必须引起注意 的” 。调查分 析的结果见附图 2 。 四、氯离子含量的标准及检测方法 在 普通混凝土用砂质量标准及检验方法 ( J G J 5 2 9 2 )第 3 、0 、8 、2条列 出了普通混凝土 用砂的氯离子含量的标准 ( 强制性条文) ：对钢筋 混凝土 ，海砂氯离子含量不应大于 O 0 6 ( 以干砂 重的百分率计) 。 劣化度 劣化度i 劣化度 a 1 海洋的距离在2 0 0 m内 年数 l & 1 一 一 8 l ： 一 酋 苗 l l 8 锄 B 5 8 8 8 l ； b ) 海洋的距离在2 0 0 5 0 0 m内 数 数 c ) 海洋的距离在5 0 0 l k m心 内 图 2从建筑物外观调查观测海洋甩离的影响 在 建 筑结 构 检 测 技 术 标 准 ( G B T 5 0 3 4 4 2 0 0 4 )的附录 c中列出了 “ 混凝土 中氯离子含量的测定” 。 五、已受到氯离子侵蚀 的混凝土构件 处理方法： 当发现混凝土构件已受到氯离子侵蚀，已产生 混凝土保护层脱落钢筋锈蚀的缺陷时，应采取 以下 措施处理： 1 、清除表面 已开裂 的混凝土面层 ，检测混凝 土标号； 2 、对 已锈蚀的钢筋进行 除锈 ，并量测钢筋剩 余的可利用的面积； 3 、根据检测结果核算构件的承载力； 4 、将构件上的作用力与承载力进行 比较 ，若 作用 力大于承载力则应对构件采取增大承载力的 加 固措施，若承载力满足要求 ，则应对 已受到侵蚀 的钢筋和混凝土进行修复保护处理； 5 、加 固可采用 国家标准 混凝土结构加固设 计规范( G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 )中介绍的方法，如 “ 加 大截面法”等。具体选用何种方法要根据构件的位 置，构件的材料强度，构件的承载力等条件经过计 算、比较后确定。 6 、对混凝土的修复宜优行选用 P c材料 ( 聚合 物水泥砂浆) 。由中国建筑技术集团有限公司研制 开发的 P c材料是一种新型的加固材料，其具有抗 压强度好 ，抗拉强度高 ，粘 结性好，耐水性能好 ， 抗碳化性能好等优点，对阻止氯离子侵蚀有较好的 效果。若用 P c材料修复表面受损的混凝土，可以 提高构件抗氯离子侵入的能力 ，这是保证构件耐久 性的 良好措施，工程实例见资料 2 】 、f 3 。 59 2 0 0 9年 3月 第 6泰第 1 ， ( ) L 6 NO 1 MAR2 0O9 六、学习 新规范 ，采取防止氯离子 对混凝土构件侵蚀的措施 2 0 0 8年 1 1月，住房和城乡建设部颁布 了 混 凝土结构耐久性设计规范 ( 以下简称 新规范 ) ， 该规范将于 2 0 0 9年 5月 1日起实施 。 新规范内容详细，措施具体，在防止氯离 子对混凝土构件的侵蚀方面单独列有一节 “ 氯化物 环境” 。 现把该节 中涉及 到房屋结构 的有关规定做出 介绍和分析： 1 、 海洋氯化物对配筋混凝土结构构件的 环境作用，对房屋结构主要可分为级，详 见表 1 。 环境作用等级 I 环境条件 结构构件示例 I C 水下区和土中区 基础 靠海的陆上建筑 D 大气区 ( 轻度盐雾) 外墙及室外构件 靠海的陆上建筑 I H E 大气区 ( 重度盐雾 ) 外墙及室外构件 2 、材料要求： 新规范第 6 3 1条规定 “ 氯化物环境中应 采用掺有矿物掺合料的混凝土 ” ，具体在附录 B 中 指出 “ 应采用水胶 比 w 8 o 4的大掺量矿物掺合 料混凝土，且宜在矿物掺合料中再加入胶凝材料总 重的 3 5 的硅灰” 。 3 、保护层要求： 新规范第 6 3 2条提出，氯化物环境中的 配筋混凝土构件 ，其普通钢筋的保护层最小厚度及 相应的混凝土强度等级见表 2所示。 表 2 混凝土 最大 保护层厚度 环境作用等级、 强度等级 水胶比 C m m I C 40 0 4 2 4 0 C 板、墙等 m C 4 0 O 4 2 5 0 面形构件 -D I I I C 45 0 4 0 5 5 E I C 4 0 0 4 2 4 5 -C 梁、柱等 I I I C 4 0 0 4 2 5 5 条形构件 -D I I I C 45 0 4 0 6 0 -E 4 、 新规范的其它规定： 除表 2中列出的使用年限为 5 0年的有关要求 外， 新规范中还提到了使用年限为 1 0 0年及 3 O 年的规定及 “ 纵 向受力钢筋直径应不小于 1 6 mm” 等要求，在设计时要认真按规范要求执行。 5 、其它措施 ： 6 0 除按 新规范规定进行设计外 ，笔者认为还 应考虑其它措施： 严格控制保护层的施工厚度： 尽管在设计上 已对保护层厚度做 了规定，但要 实现这个规定要由施工措施来保证，即施工中应作 如 “ 垫块 ” ，在钢筋上绑好 “ 垫块 ” ，振捣时注意保 护垫块，只有采取 了相应措施才可以使设计的意图 及时实现 。 在实 际工程中 已发现了很 多保护层偏小的情 况，甚至保护层 为零 ( 钢筋直接放在模板上) ，这 会导致钢筋严重锈蚀。 重视饰面层的作用 在深圳滨海地区调查中发现，室外楼梯是损害 最严重的构件， 这显然与氯离子“ 外部” 侵蚀有关。 一日本琉球大学为了分析饰面的影响，专 门在海边建 了钢筋混凝土试验建筑 ，试验 中对有无饰面的混凝 土含盐量作了分析，在离混凝土表面 3 0 ram范围内 氯离子含量相差很大，试验结果见附图3 。 ；02 0 赴 一 r一0 l O l 一无饰 西i 凝 2 一 萄饰面( 海辩 混凝 K ， 、 = = 豳 3 琵疆 土 中 CI 窘蠡 分布 实铡( 饰蔚的影响) 重视建筑的检查及维修 对 已建成 的建筑 ，要有定期检查的制度，及时 发现 问题 ，对已检查出问题 ，特别是有 “ 危险点” 的建筑要及时维修加固。 加强观察加厚保护层的受弯、受拉构件抗裂 性及裂缝开展情况，为对在厚保护层中是否要加 “ 钢丝网”( 钢筋网)等措施积累经验 。 、 ， J 、 兰 舂： 1 、深圳是海滨城市，存在氯离子对混凝土构件 侵蚀 问题， 应引起建筑、 设计 、 施工等单位的重视； 2 、距海岸线 1 K M 以内的建筑设计时混凝土构 件保护层应按 “ 新规范 ”要求适当加厚； 3 、在施工中应严格控制砂 中氯离子的含量及 构件保护层的厚度 ； 4 、建议对滨海地区已有建筑组织普查，对发 现有氯离子侵蚀，存在危险点的构件应及时修复， 对新建建筑也应定期检查。 参考资料： 【 1 】 G B T 5 0 4 7 6 - 2 0 0 8 ， 混凝土结构耐久性设计规范 s 】 2 】 冯乃谦等混凝土结构的裂缝与对策【 M】 机械工业出版社 【 3 】 傅淑娟等用 P c材料置换法加固钢筋混凝土梁 J 】 _建筑科学，2 0 0 5 ，3 f 4 1 傅淑娟等用 P c 材料加固钢筋混凝土柱 1 深圳土木与建筑， 2 0 0 6 3 J