白银地区混凝土结构耐久性的原因及改善措施.pdf

第 3 3卷第 1 期 2 0 1 1年 2月 甘肃冶金 GANS U METALL URGY Vo l _ 33 No 1 F e b， 201 1 文章编 号 i 1 6 7 2 - 4 4 6 1 ( 2 0 1 1 ) 0 1 - 0 1 2 7 - 0 2 白银地 区混凝 土结构 耐久性 的原 因及改善措施 李晓明 ( 二 十一冶建设有限公 司 ， 甘肃兰州7 3 0 0 0 0 ) 摘要： 混凝土在正常的环境下， 是比较耐久的， 能够达到长期使用的目的。但在腐蚀的环境和介质中， 混凝土及 混凝土中的钢筋却能过早的遭到破坏， 影响混凝土结构耐久性及混凝土结构的强度。如何提高混凝土结构在使用 过程中抵抗其 自身及环境因素的破坏， 而保持原有的性能不变质、 不破坏的能力， 是本文探讨的重点。 关键词： 混凝土； 侵蚀作用； 耐久性 ； 预防措施 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标识 码 ： B 1 引言 混凝土是工程建设 中用途广 ， 用量最大的建筑 材料之一， 混凝土的强度 和耐久性是 混凝土 的两个 重要指标 。但在设计施工中往往把混凝土的抗压强 度作为主要技术指标 ， 而对 混凝土的耐久性重视不 够 ， 混凝土的耐久性主要涉及到抗渗性、 抗冻性 、 抗 碳性 、 抗化学侵蚀及碱集料反应 等。 白银地区处在暖温带与中温带 的过渡地 区， 老 城 区的地层结构一般 由第四系杂填土、 中细沙及 白 垩纪基岩组成 。地下水属潜水类型 ， 主要来源于大 气降水及生活渗水， 水位埋深一般在 1 5 5 0 m 问。由于城 区周边存在冶炼厂 ， 城 区大气 中不 时有 H： s存在也很常见。城区土壤与地下水经实验室岩 土勘察分析评价 ， 土壤 中含有 s o , 。 、 C I 离子， 对混凝 土结构及混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性或具有 中等腐蚀性； 地下水中含有阴离子 H C O 、 s o ： 。 、 C I ； 阳离子 C a 、 M g 、 N H4 + 等离子 ， 对混凝土具有中度 酸性侵蚀和强溶出型侵蚀 ， 其 中硫酸盐的侵蚀最为 严重 。因此对建筑物和构筑物的地下部分 ， 如桥梁 、 隧道、 涵洞和房屋的基础必须采取相应措施 ， 减少或 消除土壤及地下水中含有的侵蚀性物质对混凝土产 生的化学侵蚀作用。 2 土壤及地下水 中的侵蚀物质对混 凝土结构 的影响 2 1 硫酸盐对混凝土结构的侵蚀作用 硫酸盐侵蚀属结晶类侵蚀， 环境中的水含有盐 类时， 通过化学或物理作用产生结晶， 体积显著增加 而产生巨大的膨胀应力， 加速混凝土的破坏 ， 其破坏 速度及严重程度往往 比化学反应侵蚀更快更严重。 盐类结晶侵蚀以 N a ： S O 最为严重 ， 既使坚固密实 的 岩石 ， 在 N a S O 干、 湿反复作用下也遭到破坏 。 硫酸盐对混凝土的侵蚀主要是硫酸盐与混凝土 的水化产物发生反应 ， 生成膨胀性产物 ： 钙钒石和石 膏。钙钒石 又名硫 铝酸三钙或 高硫 型水化碳 铝酸 钙 ， 其分子式为 ： 3 C a O A I 2 0 3 3 C a S O 4 3 2 H 2 0， 是 来 自水泥中的铝酸三钙 C A水化物与硫 酸盐 反应 生成的。其反应式为 ： 4Ca O At 2 03 1 9H2 0 + 3Ca SO4+ 1 4H2 0_ _ + 3 C a O A 1 2 0 3 3 C a S O 4 3 2 H2 0+C a ( O H) 2 除钙钒石之外 ， 硫酸盐与石灰反应 ， 析 出石膏晶 体 ： C a ( O H) 2+s o , +2 H 2 O- - 2 C a S O 4 2 H 2 0+ 2OH。 由石灰转变为石膏， 体积增加一倍， 同时产生了 石膏的破坏作用。 2 2 氯离子对混凝土结构的侵蚀作用 在通常情况下 ， 水泥水化形 成的混凝土 内部 的 高碱性环境 ， 使钢筋表面形成一层致密的钝化膜 ， 从 而使钢筋免受腐蚀。然而 p H值下降 时， 在氯离子、 水分存在的条件下， 就将发生钢筋的电化学锈蚀 ， 由 此破坏钝化膜 ， 并形成腐蚀电池， 同时起到去极化作 用和导电作用 。所 以氯离子是极强的去钝化剂 ， 并 在钢筋腐蚀过程中起催化剂的作用 。 水泥石的 C A与 C I 。 的反应式为 ： 3 C a O A1 2 O 36 H2 0 +C a 十2 CI 。 +4 H2 0 3 C a O A 1 2 0 3C a C 1 21 0 H2 0 2 3 镁盐和铵盐对混凝土结构的侵蚀作 甩 镁盐 和铵盐对混凝 土结构 的侵蚀属 分解性侵 勰 c 0 m 1 2 8 甘肃冶金 第 3 3卷 蚀 ， 水化物分解 由表及里 ， 由局部 向较大区域发展 ， 使 固相游离石 灰( 包括 C a C O ， ) 被溶解 。混凝 土孔 隙率增加 ， 孔径粗化 ， 吸水率及渗透系数加大 ， 强度 下降 ， 表现 出掉沙、 石子剥落等剥蚀现象。 M g 及 N H ； 能与C a ( O H ) ： 反应产生M g ( O H ) ： 或 N H O H， 导致水泥水化产物的分解。 M g “ +C a ( O H) 2 Mg ( O H) 2 +C a 2 N H + C a ( O H) 2 N H 4 O H+c a n 2 4 混凝土碳化的作用 大气中的 C O ： 与水泥水化产物 C a ( O H ) ： 发生 中和反应， 使混凝土碱性度降低， 即： C a ( O H) 2 +C O 2 C a C O 3 +H2 0 在水和 C O 过剩的情况下 ， 还会发生 ： C a C O 3 +H 2 0+ C O 2 C a ( H C O 3 ) 2 该反应为可逆反应 ， 使生成的 C a C O ， 溶解 ， 生成 的重碳酸钙易溶于水。当水 中含有较多 的碳 酸， 并 超过平衡浓度 ， 则上式反应 向右进行。因此水泥石 中的 C a ( O H) ： 通过转 变为易溶 的重碳 酸钙溶失。 在这种情况下 ， 钢筋的锈蚀是严重的。c a ( O H) 浓 度降低 ， 还会导致其它水化产物的分解， 使腐蚀进一 步加剧 。 事实上， C O 还与其它水化产物如硅酸钙 CS H凝胶、 铝酸盐等发生反应。 3 硫酸盐、 氯离子等对混凝土结构侵 蚀 的防治措施 从上述分析可知， 混凝土的外部环境、 内部孔结 构、 原材料 、 密实度和抗渗性是影响混凝土耐久性能 的重要因素。因此 ， 在混凝土结构工程 中应根据具 体情况 ， 有针对性地采取相应措施 ， 提高混凝土的耐 久性 。 ( 1 ) 硫酸盐腐蚀 的程度与水泥中的矿物成分铝酸 三钙 C ， A的含量有关 ， 因此尽量选择 C 。 A含量较小 或 C ， A含量适 中的水泥配制混凝土 ， 或用抗硫酸盐 水泥配制防腐 昆 凝土。 ( 2 ) j 格控制粗骨料、 细骨料的级配 ， 在允许的最 大粒径范围内尽量选大粒径 的粗骨料 ， 可减少空 隙 和表面积， 有助于提高混凝土的密实度。 ( 3 ) 控制好水灰 比及水泥用量 ， 合理选择外加剂 ， 如在混凝土中掺人高效减水剂 ， 可进一步减少水灰 比， 预防混凝土的裂缝。在混凝 土施工 中应 当搅拌 均匀 ， 浇灌 、 振捣密实 ， 加强混凝土养护， 避免混凝土 收缩裂缝 ， 防止含硫酸盐水渗入混凝土体中。 ( 4 ) 在混凝土中掺人一定量的粉煤灰 ， 可改善混 凝土的抗腐蚀性能。因为火山灰质混合材料将降低 水泥中的 c ， A和 c 。 s的含量 ， 相当于在混凝 土中所 用的胶结材料是低 c ， A和低 c ， s的水泥， 对提高混 凝土强度、 抑制其膨胀具有 良好效果。 ( 5 ) 采取防腐措施。一是内部措施， 主要是提高 混凝土及其钢筋 自身的防护能力 ， 如采用 高性 能混 凝土和特种钢筋； 二是外部措施 ， 主要包括混凝土外 涂层 、 钢筋涂层 、 阴极保护及钢筋缓蚀剂等措施。可 有效防止侵蚀物质对混凝土结构的破坏作用。 4 结语 通过对土壤与水中的硫酸盐等物质对混凝土侵 蚀作用的分析 ， 找出了影响混凝土耐久性的原因， 并 针对各种原 因提 出了在工程 中采取相关 抗侵蚀措 施 ， 以改进和提高混凝 土的耐久性 。2 0 1 0年 5月组 织设计部门、 地勘部 门， 对前些年施工的俱乐部街区 改造工程、 冶金路 3 住宅小 区工程、 工农路 3 住宅 小 区工程基础部分的混凝 土结构进行抽查鉴定 ， 结 果表明混凝土结构达到 了预期 目的和要求 ， 为此类 地质条件下混凝土的施工积累了丰富的经验。 参考文献： 1 G B 5 0 0 2 1 - 2 0 0 1 岩土工程勘察规范 S 2 同济大学， 天津大学建筑材料 M 北京： 中国建 筑工业 出版社 ， 1 9 9 6 3 重庆工程学院， 南京工学院混凝土学 M 北京： 中国建筑出版社 ， 1 9 8 1 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 2 1 4 作者简介： 李晓明 ( 1 9 6 5 ) ， 土建工程师， 毕业于长春建筑专科学校。