论文部分内容阅读
摘 要：对混凝土结构腐蚀机理的分析，了解防腐的重要性；通过工程实例，介绍防腐设计方法。本文研究内容可供类似工程借鉴。
关键词：混凝土结构 耐久性 腐蚀机理 防腐设计
我国混凝土结构的设计使用年限一般是50a或100a。理论上，混凝土结构的使用年限可达到150-2000a[1]。但在实际使用环境条件下，混凝土结构破坏的事例却有增无减，全世界每年因混凝土耐久性不足导致工程服役寿命达不到设计要求而造成的社会经济损失十分巨大。我国结构工程中混凝土的耐久性问题也十分突出。
1钢筋混凝土结构腐蚀机理
在实际工程环境中，混凝土结构常见的耐久性破坏因素可以分为6类：腐蚀（包括海水侵蚀和淡水溶蚀）、钢筋锈蚀（主要由碳化和氯离子扩散引起）、冻融、碱—集料反应、机械力破坏（包括磨蚀、疲劳和空蚀等）及综合因素（除冰盐破坏、盐湖卤水腐蚀、机械力—化学腐蚀等）。在下列使用条件下，混凝土的使用寿命将大为缩短：
（1）化学腐蚀，尤其除冰盐腐蚀，1a～2a严重破坏；（2）钢筋锈蚀，3a～5a严重破坏；
（3）冻融循环，2a～10a严重破坏；（4）盐湖卤水腐蚀，1a～3a内就严重破坏。（5）碱—集料反应，1a～40a严重破坏；（6）流水溶蚀，10a严重破坏；
由上可见，因各种化学介质腐蚀引起的混凝土结构的耐久性降低是主要原因，下面探讨化学介质对混凝土结构的腐蚀机理。
1.1酸腐蚀
1.1.1盐酸
盐酸作为一种强酸，对砖砌体、混凝土、钢筋混凝土均有着很强的化学腐蚀性，特别是其对硬化后的水泥浆（俗称水泥石）的腐蚀。水泥石的主要成分氢氧化钙在酸性环境下发生置换反应，生成易融于水或松软无胶结力的化合物，导致水泥石结构遭到破坏。而水泥是水泥沙浆和混凝土的胶结材料，水泥一旦被破坏，水泥沙浆和混凝土的性能将不复存在。
1.1.2硫酸
硫酸对砖砌体、混凝土、钢筋混凝土均有着很强的腐蚀性，其腐蚀主要是其作为强酸的化学腐蚀。
1.2碱腐蚀
碱腐蚀主要是OH-离子，常温下OH-溶液对混凝土结构腐蚀性较小，但在碱液蒸发过程中随着温度的升高其对混凝土的腐蚀性急剧增加。OH-溶液对砖砌体有很强的腐蚀性，其腐蚀机理类似于NaCl溶液对砖砌体的内部结晶膨胀。
1.3盐腐蚀
1.3.1氯盐
氯盐溶液中的Cl-渗入混凝土内部和钢筋接触时，氯离子使钢筋表面的钝化膜丧失作用，引起钢筋的锈蚀膨胀，并对混凝土保护层产生巨大的辐射压力，使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂纹（俗称顺纹裂缝）。而这些裂纹又进一步成为腐蚀性介质渗入钢筋的通道，加速了钢筋的锈蚀。当混凝土表面的裂缝开展到一定程度时，混凝土保护层则开始剥落，最终导致构件丧失承载能力。
1.3.2硫酸盐
硫酸根离子与混凝土发生化学反应，生成石膏、钙矾石、碳硫硅钙石、氢氧化镁以及硅胶等，造成混凝土体积膨胀并开裂[4]，使混凝土结构承载力降低，缩短使用寿命。
2防腐设计
防腐设计是防腐的关键。防腐设计应考虑综合因素，若仅仅考虑单一防腐，防腐效果大打折扣，甚至会严重影响生产，并对结构安全造成影响。图1为某化工厂酰氯车间，腐蚀介质呈弱酸、弱碱性，车间外采用聚合物水泥砂浆、车间内为树脂砂浆地坪，虽然地坪采用了防腐材料，但在使用过程中均不同程度的出現腐蚀现象，情况堪忧。
2.1正确处理腐蚀介质
2.1.1充分了解腐蚀介质的特性
在工业建筑设计中，要仔细掌握腐蚀介质的不同特征，然后根据腐蚀介质的特性进行相应的防范。一般情况下，在工业建筑施工过程中，腐蚀介质包括盐、碱、酸、有机溶剂四种。
2.1.2要注意水对建筑的腐蚀性
有腐蚀介质存在的厂房屋面和楼面应设计上相应的组织排水，从而减少水在结构表面的停留时间，避免采用无组织的自由排水。同时，如果建设厂房有腐蚀介质存在，那么应该在预留孔洞周围安装上一个挡水层，从而能够更好的避免水沿孔洞淌落。
2.1.3充分考虑介质的破坏作用
在设计中，要充分考虑介质的破坏作用，做到防腐设计的合理可靠。
2.2合理选择防腐材料
在工业建筑建设过程中，合理选择防腐材料是非常重要的。材料的选取一定要遵照腐蚀介质的特征、危害程度以及工程的重要程度来选择。一般情况下，防腐材料包括两类：一个是胶结材料，例如水玻璃、硫磺水泥；一类是面层材料，如瓷砖、玻璃板。不同材料的腐蚀性是不同的，因此要正确选用。
2.3做好日常维修养护工作
对于建筑工程的防腐工作而言，保养是非常重要的。所以说，在工业生产过程中，工厂的相关部门应该养成建筑保养意识，认识到建筑保养的重要性，注重建筑的保养，保持每一项防腐工程完好无缺。在日常生产中，如果发现建筑的小损小坏，保养检修人员应该及时进行修理，防止问题的出现。如遇混凝土基层受到侵蚀，首先要用工具把残留地方去除，然后用稀碱水进行冲刷，再用清水冲洗，最后再进行修复，保证腐蚀面积的扩大。
3工程应用
江苏某氟化工企业“废盐酸综合利用项目”，工艺专业认定腐蚀介质对建筑上部结构的腐蚀等级为中等腐蚀。根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476—2008）确定环境作用等级为V-C级。建筑防腐设计如下：（1）楼地面：花岗石用环氧胶泥勾缝、密实混凝土面层+SBS防水卷材；（2）屋面采用防腐蚀涂料；（3）内外墙均采用防腐涂料；（4）基础采用沥青冷底子油+沥青胶泥涂层；（5）楼地面及屋面均做有组织排水，减少腐蚀溶液的停留时间。通过防腐设计，能较好的满足建筑各构件防腐要求，避免建筑构件因腐蚀缩短使用年限。
4结论
本文初步探讨了混凝土结构的腐蚀机理，为混凝土结构的防腐设计提供依据，并将防腐设计应用于实际工程，取得较好的经济价值。
参考文献
[1]蒲心诚.论混凝土工程的超耐久性[J].混凝土，2000，（1）：3-7
[2]洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M]。中国铁道出版社，1998。
[3]余红发。盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D]. 南京：东南大学材料科学与工程系，2004.
[4]Chen J.-k.， Jiang M.-q. Long-term evolution of delayed ettringite and gypsum in Portland cement mortars under sulfate erosion [J]. COnstruction and Building Materials，2009，23（2）：812-816.
关键词：混凝土结构 耐久性 腐蚀机理 防腐设计
我国混凝土结构的设计使用年限一般是50a或100a。理论上，混凝土结构的使用年限可达到150-2000a[1]。但在实际使用环境条件下，混凝土结构破坏的事例却有增无减，全世界每年因混凝土耐久性不足导致工程服役寿命达不到设计要求而造成的社会经济损失十分巨大。我国结构工程中混凝土的耐久性问题也十分突出。
1钢筋混凝土结构腐蚀机理
在实际工程环境中，混凝土结构常见的耐久性破坏因素可以分为6类：腐蚀（包括海水侵蚀和淡水溶蚀）、钢筋锈蚀（主要由碳化和氯离子扩散引起）、冻融、碱—集料反应、机械力破坏（包括磨蚀、疲劳和空蚀等）及综合因素（除冰盐破坏、盐湖卤水腐蚀、机械力—化学腐蚀等）。在下列使用条件下，混凝土的使用寿命将大为缩短：
（1）化学腐蚀，尤其除冰盐腐蚀，1a～2a严重破坏；（2）钢筋锈蚀，3a～5a严重破坏；
（3）冻融循环，2a～10a严重破坏；（4）盐湖卤水腐蚀，1a～3a内就严重破坏。（5）碱—集料反应，1a～40a严重破坏；（6）流水溶蚀，10a严重破坏；
由上可见，因各种化学介质腐蚀引起的混凝土结构的耐久性降低是主要原因，下面探讨化学介质对混凝土结构的腐蚀机理。
1.1酸腐蚀
1.1.1盐酸
盐酸作为一种强酸，对砖砌体、混凝土、钢筋混凝土均有着很强的化学腐蚀性，特别是其对硬化后的水泥浆（俗称水泥石）的腐蚀。水泥石的主要成分氢氧化钙在酸性环境下发生置换反应，生成易融于水或松软无胶结力的化合物，导致水泥石结构遭到破坏。而水泥是水泥沙浆和混凝土的胶结材料，水泥一旦被破坏，水泥沙浆和混凝土的性能将不复存在。
1.1.2硫酸
硫酸对砖砌体、混凝土、钢筋混凝土均有着很强的腐蚀性，其腐蚀主要是其作为强酸的化学腐蚀。
1.2碱腐蚀
碱腐蚀主要是OH-离子，常温下OH-溶液对混凝土结构腐蚀性较小，但在碱液蒸发过程中随着温度的升高其对混凝土的腐蚀性急剧增加。OH-溶液对砖砌体有很强的腐蚀性，其腐蚀机理类似于NaCl溶液对砖砌体的内部结晶膨胀。
1.3盐腐蚀
1.3.1氯盐
氯盐溶液中的Cl-渗入混凝土内部和钢筋接触时，氯离子使钢筋表面的钝化膜丧失作用，引起钢筋的锈蚀膨胀，并对混凝土保护层产生巨大的辐射压力，使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂纹（俗称顺纹裂缝）。而这些裂纹又进一步成为腐蚀性介质渗入钢筋的通道，加速了钢筋的锈蚀。当混凝土表面的裂缝开展到一定程度时，混凝土保护层则开始剥落，最终导致构件丧失承载能力。
1.3.2硫酸盐
硫酸根离子与混凝土发生化学反应，生成石膏、钙矾石、碳硫硅钙石、氢氧化镁以及硅胶等，造成混凝土体积膨胀并开裂[4]，使混凝土结构承载力降低，缩短使用寿命。
2防腐设计
防腐设计是防腐的关键。防腐设计应考虑综合因素，若仅仅考虑单一防腐，防腐效果大打折扣，甚至会严重影响生产，并对结构安全造成影响。图1为某化工厂酰氯车间，腐蚀介质呈弱酸、弱碱性，车间外采用聚合物水泥砂浆、车间内为树脂砂浆地坪，虽然地坪采用了防腐材料，但在使用过程中均不同程度的出現腐蚀现象，情况堪忧。
2.1正确处理腐蚀介质
2.1.1充分了解腐蚀介质的特性
在工业建筑设计中，要仔细掌握腐蚀介质的不同特征，然后根据腐蚀介质的特性进行相应的防范。一般情况下，在工业建筑施工过程中，腐蚀介质包括盐、碱、酸、有机溶剂四种。
2.1.2要注意水对建筑的腐蚀性
有腐蚀介质存在的厂房屋面和楼面应设计上相应的组织排水，从而减少水在结构表面的停留时间，避免采用无组织的自由排水。同时，如果建设厂房有腐蚀介质存在，那么应该在预留孔洞周围安装上一个挡水层，从而能够更好的避免水沿孔洞淌落。
2.1.3充分考虑介质的破坏作用
在设计中，要充分考虑介质的破坏作用，做到防腐设计的合理可靠。
2.2合理选择防腐材料
在工业建筑建设过程中，合理选择防腐材料是非常重要的。材料的选取一定要遵照腐蚀介质的特征、危害程度以及工程的重要程度来选择。一般情况下，防腐材料包括两类：一个是胶结材料，例如水玻璃、硫磺水泥；一类是面层材料，如瓷砖、玻璃板。不同材料的腐蚀性是不同的，因此要正确选用。
2.3做好日常维修养护工作
对于建筑工程的防腐工作而言，保养是非常重要的。所以说，在工业生产过程中，工厂的相关部门应该养成建筑保养意识，认识到建筑保养的重要性，注重建筑的保养，保持每一项防腐工程完好无缺。在日常生产中，如果发现建筑的小损小坏，保养检修人员应该及时进行修理，防止问题的出现。如遇混凝土基层受到侵蚀，首先要用工具把残留地方去除，然后用稀碱水进行冲刷，再用清水冲洗，最后再进行修复，保证腐蚀面积的扩大。
3工程应用
江苏某氟化工企业“废盐酸综合利用项目”，工艺专业认定腐蚀介质对建筑上部结构的腐蚀等级为中等腐蚀。根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476—2008）确定环境作用等级为V-C级。建筑防腐设计如下：（1）楼地面：花岗石用环氧胶泥勾缝、密实混凝土面层+SBS防水卷材；（2）屋面采用防腐蚀涂料；（3）内外墙均采用防腐涂料；（4）基础采用沥青冷底子油+沥青胶泥涂层；（5）楼地面及屋面均做有组织排水，减少腐蚀溶液的停留时间。通过防腐设计，能较好的满足建筑各构件防腐要求，避免建筑构件因腐蚀缩短使用年限。
4结论
本文初步探讨了混凝土结构的腐蚀机理，为混凝土结构的防腐设计提供依据，并将防腐设计应用于实际工程，取得较好的经济价值。
参考文献
[1]蒲心诚.论混凝土工程的超耐久性[J].混凝土，2000，（1）：3-7
[2]洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M]。中国铁道出版社，1998。
[3]余红发。盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D]. 南京：东南大学材料科学与工程系，2004.
[4]Chen J.-k.， Jiang M.-q. Long-term evolution of delayed ettringite and gypsum in Portland cement mortars under sulfate erosion [J]. COnstruction and Building Materials，2009，23（2）：812-816.