论文部分内容阅读
摘要：水工钢筋混凝土建（构）筑物埋置于地下，接触到的腐蚀性介质主要是腐蚀性水和污染土。如果地下水或构筑物自身承载的液体对砼具有腐蚀性，设计师就需要进行防腐蚀设计。本文就火电厂水工钢筋混凝土结构腐蚀破坏及防腐蚀措施做以下分析。
关键词：腐蚀机理；钢筋混凝土；防腐蚀；措施；
Abstract: The hydraulic reinforced concrete building (structure) buildings buried in the ground, exposed to the corrosive medium corrosive water, and contaminated soil. If groundwater or structure carrying liquid the concrete corrosive, designers on the need for the design of anti-corrosion. In this paper, the thermal power plant hydraulic reinforced concrete structure corrosion damage and corrosion protection measures to do the following analysis.
Keywords: corrosion mechanism; reinforced concrete; corrosion resistant; measures;
中图分类号：TU761.1+3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.钢筋混凝土的腐蚀机理
钢筋混凝土的腐蚀分为两部分；一部分是混凝土的腐蚀，另一部分是钢筋的腐蚀。混凝土受腐蚀的类型有结晶类腐蚀，分解类腐蚀及结晶分解复合类腐蚀。各主要腐蚀指标（介质）的腐蚀作用为：
1.1 PH值（酸碱度）
PH值较小，表明水中的H+浓度相对较高，具有酸性，可与混凝土的CaCO3等物质发生复分解反应，产生分解腐蚀。同时，PH值小显酸性时，会对钢铁产生酸性腐蚀。将11.5称做保护钢筋的“临界PH值”。
1.2 侵蚀性CO2（溶蚀碳酸钙）
地下水中常含有一些游离的碳酸（CO2），而水泥石中的氢氧化钙与碳酸起化学反应，生成碳酸钙（CaCO3），碳酸钙又与碳酸起化学反应，生成易溶于水的碳酸氢钙。
1.3 阴离子（HCO3-、Cl-及SO42-）
当水泥石处于软水（矿化度低于0.1g/L）中时，氢氧化钙将首先被溶解，溶出性侵蚀的强弱程度与水质的硬度有关。如水质较硬，即水中HCO3-，（重碳酸盐）含量较高时，氢氧化钙的溶解度较小，侵蚀性也就较弱；反之，水质越软，侵蚀性也越强。PH值的变化直接影响H2CO3在水溶液中的存在形式。
1.4 阳离子（Na+、k+、Mg2+、NH4+）
水中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+能与SO42-生成结晶物，如：Na2SO4•10H2O、CaSO4•2H2O、MgSO4•7H2O等，使混凝土产生结晶类腐蚀。其中Mg2+比Ca2+活泼，它能把混凝土中的Ca2+置换出来，使混凝土产生分解腐蚀。NH4+能生成强酸弱碱盐类，与混凝土中的碱性物质反应，使其发生分解腐蚀。地下水中含有的镁盐能与水泥石中的Ca（OH）2发生反应。在生成物中，氯化钙（CaCI2）易溶于水，氢氧化镁（Mg（OH）2）松软无粘结力，石膏则会产生硫酸盐侵蚀，都将破坏水泥石结构。镁盐侵蚀的强烈程度，除决定于Mg2+含量外，还与水中SO42-含量有关，当水中同时含有SO42-时，将产生镁盐与硫酸盐两种侵蚀，故显得特别严重。
2. 水工建筑物混凝土自身腐蚀的类型及成因分析
整体来看，砂石与水流冲刷、风蚀、雨水冲刷等这些因素都是造成水工建筑物混凝土腐蚀的原因，从砂石、水流冲刷的角度上来看，水工建筑物混凝土腐蚀病害的常见类型主要有以下四种：
2.1 混凝土磨损
混凝土磨损是流经混凝土水工建筑物的水流中夹杂各种固体的颗粒，这些颗粒在水工建筑物的结构表面所发生的滚动、滑动与跳动等摩擦行为将直接造成混凝土的磨损。当水流中的砂粒冲刷水工建筑的混凝土固体壁面的时候，会将一部分或者是全部的能量都传递至壁面的材料，这部分能量在壁面转化成为混凝土表面的变形能，造成混凝土的磨损。
2.2 混凝土空蚀
恒温状态下，液体用静力或者是动力的方式加压至某一程度便会出现充满气体或者是充满蒸汽的汽包出现，我们将这种现象称之为空化。若液体流经区域的压强低于某个临界值，液体则会出现空化的现象，在低压区域空化的水流就会夹带大量空泡，直至流经下游区域压强相对较高的区域时，气泡会出现溃灭，并伴随约为700MPa的较大压强出现。若气泡在水工建筑物结构边壁的表面或者是附近发生溃灭，则会对水工建筑物结构边壁的表面结构形成相对较大的冲击，进而造成对混凝土边壁的破坏，引发空蚀病害的出现。
2.3 混凝土激流震动破坏
作为水利工程的重要组成部分，水工建筑基本都处于一种水流速度相对较快的水环境中，高速紊动强烈的水流，能够形成作用在水工建筑混凝土结构壁面的紊流脉动的较大压强，其合力则构成作用在机构壁面的激振力，而这种激振力则有可能造成过流边界结构的振动。但混凝土结构所具备的抗拉强度一般都比较小，因此在长期的运行过程中，激振力则可能造成混凝土结构的疲劳破坏。
3. 防腐蚀设计
最大限度地保证混凝土的高碱度和防止有害离子入侵，是防腐蚀措施的出发点。我国著名防腐蚀专家洪乃丰教授把钢筋防腐蚀措施分为基本措施和附加措施两大类：
3.1 基本措施 主要是提高混凝土自身的防护能力：选择优质水泥、增加水泥用量、降低水灰化、使用优良外加剂、掺合料、增加保护层厚度等。
3.2 附加措施 实践证明，在较严酷的腐蚀环境条件下，单靠“基本措施”尚不能达到耐久性要求，必须采取相应措施，如：
3.2.1 外涂层、渗透层、覆盖层、隔离层；水泥基层、聚合物、树脂类涂层等。
3.2.2 钢筋阻锈刑 有阴极型、阳极型、复合型等类型，系由无机和有机物构成。加入混凝土中，除能阻止、减缓钢筋锈蚀外，对混凝土的基本性能无不利影响。
3.2.3特种钢筋：环氧涂层钢筋、耐蚀钢筋、不锈钢筋、镀锌钢筋等。其中环氧涂层钢筋发展较快，美、日等国已批量用于工程。连续完整的环氧薄膜，能有效的隔离渗入混凝土内的有害离子与钢筋的接触，从而能保护钢筋不受腐蚀。
3.2.4 阴极保护：根据阴极保护原理，采用施加外加电流或牺牲阳极的方法，使混凝土内钢筋电位处于-0.85V左右（饱和硫酸铜电极），则钢筋就不会腐蚀。对于新工程，阴极保护可用于海中、水域或地下潮湿的独立构筑物。
4. 提高混凝土自身的保护能力
4.1 合理选择水泥品种为配制密实性混凝土，在水泥品种选择上至少应该注意以下几个方面：
4.1.1选择低水化热水泥。
4.1.2避免使用早强水泥和早强剂。
4.1.3 选择有害碱（K+、Na+）含量低的水泥，以防止发生“碱集料反应”。
4.1.4选择铝酸三钙（C3A）含量低的水泥。铝酸三钙（C3A）有高强效应，更主要的是，它能与硫酸盐起化学反应，产生体积膨胀，使混凝土开裂。
4.2选用较好的砂、石骨料粗、细骨科，按体积计算，它是混凝土的主要组成部分，达80%之多，其耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。我国混凝土的碱含量限制为3.0kg/m3，为满足这一限定值，可采取如下方法：
4.2.1使用碱含量低的水泥；
4.2.2降低水泥用量；
4.2.3不用或少用含NaCl和KCl多的海沙、海石和海水；
4.2.4不用或少用含碱外加剂；
4.2.5使用混合水泥或掺加混合料，如矿渣、粉煤灰和硅灰。
4.3适当控制混凝土的水灰比及水泥用量
水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素，它不但影响混凝土的强度，而且也严重影响其耐久性，故必须严格控制水灰比。保证足够的水泥用量，同样可以起到提高混凝土密实性和耐久性的作用。
4.4掺用加气剂或减水剂掺用加气剂或减水剂對提高抗渗、抗冻等有良好的作用，在某些情况下，还能节约水泥。
5.混凝土保护层
混凝土保护层对钢筋的防腐蚀有着双重作用。首先，增加它的厚度可明显地推迟腐蚀介质达到钢筋表面的时间，其次可增强抵抗钢筋腐蚀造成的胀裂力。随着保护层厚度增加，渗入到混凝土的氯离子含量急剧降低。当保护层厚度由10.0cm减为3.0cm时，开始腐蚀的时间将由10a以后提前到1a。《腐规》对受力钢筋的混凝土保护层最小厚度提出了要求，应严格执行。
6.污染土地基的处理
污染土系指建筑场地由于生产或自然环境等综合原因造成地基土的污染，《腐规》对污染土地基的处理，有下列措施：
6.1局部挖除污染土层，但保留的污染土层的厚度应通过变形计算确定。
6.2全部挖除污染土层。
6.3采用砂桩或碎石桩加固污染土层。
6.4采用预制钢筋混凝土桩基础穿越污染土层，柱身应进行防护处理。
7结束语
腐蚀是影响混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。为了保证防腐蚀工程的质量，在设计中应根据腐蚀介质的性质、浓度和作用条件，结合工程部位的重要性等因素，正确选择防腐蚀材料和构造。
关键词：腐蚀机理；钢筋混凝土；防腐蚀；措施；
Abstract: The hydraulic reinforced concrete building (structure) buildings buried in the ground, exposed to the corrosive medium corrosive water, and contaminated soil. If groundwater or structure carrying liquid the concrete corrosive, designers on the need for the design of anti-corrosion. In this paper, the thermal power plant hydraulic reinforced concrete structure corrosion damage and corrosion protection measures to do the following analysis.
Keywords: corrosion mechanism; reinforced concrete; corrosion resistant; measures;
中图分类号：TU761.1+3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.钢筋混凝土的腐蚀机理
钢筋混凝土的腐蚀分为两部分；一部分是混凝土的腐蚀，另一部分是钢筋的腐蚀。混凝土受腐蚀的类型有结晶类腐蚀，分解类腐蚀及结晶分解复合类腐蚀。各主要腐蚀指标（介质）的腐蚀作用为：
1.1 PH值（酸碱度）
PH值较小，表明水中的H+浓度相对较高，具有酸性，可与混凝土的CaCO3等物质发生复分解反应，产生分解腐蚀。同时，PH值小显酸性时，会对钢铁产生酸性腐蚀。将11.5称做保护钢筋的“临界PH值”。
1.2 侵蚀性CO2（溶蚀碳酸钙）
地下水中常含有一些游离的碳酸（CO2），而水泥石中的氢氧化钙与碳酸起化学反应，生成碳酸钙（CaCO3），碳酸钙又与碳酸起化学反应，生成易溶于水的碳酸氢钙。
1.3 阴离子（HCO3-、Cl-及SO42-）
当水泥石处于软水（矿化度低于0.1g/L）中时，氢氧化钙将首先被溶解，溶出性侵蚀的强弱程度与水质的硬度有关。如水质较硬，即水中HCO3-，（重碳酸盐）含量较高时，氢氧化钙的溶解度较小，侵蚀性也就较弱；反之，水质越软，侵蚀性也越强。PH值的变化直接影响H2CO3在水溶液中的存在形式。
1.4 阳离子（Na+、k+、Mg2+、NH4+）
水中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+能与SO42-生成结晶物，如：Na2SO4•10H2O、CaSO4•2H2O、MgSO4•7H2O等，使混凝土产生结晶类腐蚀。其中Mg2+比Ca2+活泼，它能把混凝土中的Ca2+置换出来，使混凝土产生分解腐蚀。NH4+能生成强酸弱碱盐类，与混凝土中的碱性物质反应，使其发生分解腐蚀。地下水中含有的镁盐能与水泥石中的Ca（OH）2发生反应。在生成物中，氯化钙（CaCI2）易溶于水，氢氧化镁（Mg（OH）2）松软无粘结力，石膏则会产生硫酸盐侵蚀，都将破坏水泥石结构。镁盐侵蚀的强烈程度，除决定于Mg2+含量外，还与水中SO42-含量有关，当水中同时含有SO42-时，将产生镁盐与硫酸盐两种侵蚀，故显得特别严重。
2. 水工建筑物混凝土自身腐蚀的类型及成因分析
整体来看，砂石与水流冲刷、风蚀、雨水冲刷等这些因素都是造成水工建筑物混凝土腐蚀的原因，从砂石、水流冲刷的角度上来看，水工建筑物混凝土腐蚀病害的常见类型主要有以下四种：
2.1 混凝土磨损
混凝土磨损是流经混凝土水工建筑物的水流中夹杂各种固体的颗粒，这些颗粒在水工建筑物的结构表面所发生的滚动、滑动与跳动等摩擦行为将直接造成混凝土的磨损。当水流中的砂粒冲刷水工建筑的混凝土固体壁面的时候，会将一部分或者是全部的能量都传递至壁面的材料，这部分能量在壁面转化成为混凝土表面的变形能，造成混凝土的磨损。
2.2 混凝土空蚀
恒温状态下，液体用静力或者是动力的方式加压至某一程度便会出现充满气体或者是充满蒸汽的汽包出现，我们将这种现象称之为空化。若液体流经区域的压强低于某个临界值，液体则会出现空化的现象，在低压区域空化的水流就会夹带大量空泡，直至流经下游区域压强相对较高的区域时，气泡会出现溃灭，并伴随约为700MPa的较大压强出现。若气泡在水工建筑物结构边壁的表面或者是附近发生溃灭，则会对水工建筑物结构边壁的表面结构形成相对较大的冲击，进而造成对混凝土边壁的破坏，引发空蚀病害的出现。
2.3 混凝土激流震动破坏
作为水利工程的重要组成部分，水工建筑基本都处于一种水流速度相对较快的水环境中，高速紊动强烈的水流，能够形成作用在水工建筑混凝土结构壁面的紊流脉动的较大压强，其合力则构成作用在机构壁面的激振力，而这种激振力则有可能造成过流边界结构的振动。但混凝土结构所具备的抗拉强度一般都比较小，因此在长期的运行过程中，激振力则可能造成混凝土结构的疲劳破坏。
3. 防腐蚀设计
最大限度地保证混凝土的高碱度和防止有害离子入侵，是防腐蚀措施的出发点。我国著名防腐蚀专家洪乃丰教授把钢筋防腐蚀措施分为基本措施和附加措施两大类：
3.1 基本措施 主要是提高混凝土自身的防护能力：选择优质水泥、增加水泥用量、降低水灰化、使用优良外加剂、掺合料、增加保护层厚度等。
3.2 附加措施 实践证明，在较严酷的腐蚀环境条件下，单靠“基本措施”尚不能达到耐久性要求，必须采取相应措施，如：
3.2.1 外涂层、渗透层、覆盖层、隔离层；水泥基层、聚合物、树脂类涂层等。
3.2.2 钢筋阻锈刑 有阴极型、阳极型、复合型等类型，系由无机和有机物构成。加入混凝土中，除能阻止、减缓钢筋锈蚀外，对混凝土的基本性能无不利影响。
3.2.3特种钢筋：环氧涂层钢筋、耐蚀钢筋、不锈钢筋、镀锌钢筋等。其中环氧涂层钢筋发展较快，美、日等国已批量用于工程。连续完整的环氧薄膜，能有效的隔离渗入混凝土内的有害离子与钢筋的接触，从而能保护钢筋不受腐蚀。
3.2.4 阴极保护：根据阴极保护原理，采用施加外加电流或牺牲阳极的方法，使混凝土内钢筋电位处于-0.85V左右（饱和硫酸铜电极），则钢筋就不会腐蚀。对于新工程，阴极保护可用于海中、水域或地下潮湿的独立构筑物。
4. 提高混凝土自身的保护能力
4.1 合理选择水泥品种为配制密实性混凝土，在水泥品种选择上至少应该注意以下几个方面：
4.1.1选择低水化热水泥。
4.1.2避免使用早强水泥和早强剂。
4.1.3 选择有害碱（K+、Na+）含量低的水泥，以防止发生“碱集料反应”。
4.1.4选择铝酸三钙（C3A）含量低的水泥。铝酸三钙（C3A）有高强效应，更主要的是，它能与硫酸盐起化学反应，产生体积膨胀，使混凝土开裂。
4.2选用较好的砂、石骨料粗、细骨科，按体积计算，它是混凝土的主要组成部分，达80%之多，其耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。我国混凝土的碱含量限制为3.0kg/m3，为满足这一限定值，可采取如下方法：
4.2.1使用碱含量低的水泥；
4.2.2降低水泥用量；
4.2.3不用或少用含NaCl和KCl多的海沙、海石和海水；
4.2.4不用或少用含碱外加剂；
4.2.5使用混合水泥或掺加混合料，如矿渣、粉煤灰和硅灰。
4.3适当控制混凝土的水灰比及水泥用量
水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素，它不但影响混凝土的强度，而且也严重影响其耐久性，故必须严格控制水灰比。保证足够的水泥用量，同样可以起到提高混凝土密实性和耐久性的作用。
4.4掺用加气剂或减水剂掺用加气剂或减水剂對提高抗渗、抗冻等有良好的作用，在某些情况下，还能节约水泥。
5.混凝土保护层
混凝土保护层对钢筋的防腐蚀有着双重作用。首先，增加它的厚度可明显地推迟腐蚀介质达到钢筋表面的时间，其次可增强抵抗钢筋腐蚀造成的胀裂力。随着保护层厚度增加，渗入到混凝土的氯离子含量急剧降低。当保护层厚度由10.0cm减为3.0cm时，开始腐蚀的时间将由10a以后提前到1a。《腐规》对受力钢筋的混凝土保护层最小厚度提出了要求，应严格执行。
6.污染土地基的处理
污染土系指建筑场地由于生产或自然环境等综合原因造成地基土的污染，《腐规》对污染土地基的处理，有下列措施：
6.1局部挖除污染土层，但保留的污染土层的厚度应通过变形计算确定。
6.2全部挖除污染土层。
6.3采用砂桩或碎石桩加固污染土层。
6.4采用预制钢筋混凝土桩基础穿越污染土层，柱身应进行防护处理。
7结束语
腐蚀是影响混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。为了保证防腐蚀工程的质量，在设计中应根据腐蚀介质的性质、浓度和作用条件，结合工程部位的重要性等因素，正确选择防腐蚀材料和构造。