浅析钢筋混凝土结构防腐问题及处理

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  人类生存的生产(生活)环境中往往存在多种酸、碱、盐等腐蚀性介质,对钢筋混凝土结构造成严重腐蚀,钢筋混凝土结构如何腐蚀,须首先针对结构的腐蚀特征进行分析,然后就结构本身的形式及构造采取具体处理措施,以增强构件的自身防腐能力。
  1.介质对钢筋混凝土结构的腐蚀机理
  介质对钢筋混凝土的腐蚀,主要是指对组成其构件的常用建筑材料——混凝土中的主要成分水泥、钢筋的腐蚀。
  腐蚀介质可分为酸、碱、盐三大类,其腐蚀机理各不相同。酸性介质能破环混凝土保护层进而破环钢筋表面钝化膜以锈蚀钢筋。在干湿交替环境中,侵入混凝土内部的盐类介质因产生结晶而体积膨胀,并在水泥内部产生压力,使混凝土逐渐剥落,进而对钢筋造成腐蚀。碱性介质侵入混凝土后,当处于干温交替作用时主要对混凝土有一定的结晶破环作用。
  酸、碱、盐三类介质虽腐蚀过程各异,其破坏途径与最终结果却很相似。三者均是通过混凝土的微小裂缝向内渗透并发生作用而生成结晶盐,或是使混凝土产生内部应力,或是进而使钢筋锈蚀膨胀,导致构件本身酥松、开裂、剥落、强度降低、弹性模量变化、主筋强度下降,最终使构件丧失承载能力。
  2.结构自身防腐特征
  构件的腐蚀程度与混凝土保护层厚度,构件表面裂纹大小、混凝土的密实性、钢筋类型及环境因素影响等极为相关。
  2.1适当加大混凝土保护层
  大量工程调查和试验结果表明,钢筋混凝土结构的混凝土保护层厚度直接影响构件的耐久性。当构件混凝土保护层厚度加大到一定值时(如梁柱为35mm),钢筋腐蚀程度极轻微(如小于0.1mm)甚至不被腐蚀,混凝土保护层亦不出现裂缝;当保护层厚度按常规设计(如梁柱取25mm)时,钢筋严重腐蚀其足以使混凝土保护层出现顺筋裂缝或剥落。这在湿度较大的腐蚀环境中尤为明显。
  在加大构件混凝土保护层厚度时不得采用原构件断面高度,即必须保持断面的有效高度h0不变。否则反而降低构件抗裂刚度而加速裂缝开展。这是在适当加大保护层厚度增强构件本身防腐能力时所不容忽视的。
  2.2限制表面裂缝宽度的作用
  限制表面裂缝宽度对构件防腐的作用是显而易见的,关键是需要作定量分析。
  从图中可以看出,裂缝愈宽,构件混凝土保护层完全中性化的速度愈快,一旦钢筋表面钝化膜被破坏,钢筋直接受到腐蚀的程度也愈严重。
  反之,适当限制主要承重构件裂缝宽度,如理论值以δf为0.1~0.2mm,且在其强度计算上考虑一定的安全储备,将有利于提高构件本身在腐蚀介质环境中的耐久性。
  2.3增强混凝土密实度的作用
  构件的密实度与混凝土强度等级、水灰比有关。强度愈高,孔隙愈小,混凝土中性化迅速降低;水灰比愈小,密实性愈好,且其碱性随水泥用量的增加而提高,中性化速度也随之减慢。因此提高混凝土标号与适当降低水灰比,即增加混凝土的密实性,可能提高构件的抗渗能力,减缓构件的腐蚀速度。
  2.4选用不同钢种钢筋的作用
  构件所采用的钢筋种类不同,防腐蚀的程度也不相同。一般,在相对湿度大于60%,有腐蚀介质作用的环境中,钢筋的腐蚀速度约为大气中的数十倍。此外,钢筋锈蚀物的多少还关系到混凝土与钢筋间被破环的握裹力的大小。主要承重构件的主筋与箍筋梁用锰钢时防腐性能稍好。
  3.钢筋混凝土结构的防腐措施
  3.1混凝土上部结构设防
  柱、梁、楼板及屋盖,除楼面主要受液相腐蚀介质作用外,均主要受气相介质腐蚀。采取以下措施可提高各构件防腐蚀能力:
  (1)混凝土保护层厚度在按有关规定的基础上增加5-10毫米,并保持断面不变。
  (2)在按强度计算柱及主梁时,钢筋量适当增加10%--15%,以留出一定的防腐蚀安全储备。
  (3)主要承受构件适当加大断面并控制δf不小于0.2毫米。
  (4)制主要承重构件混凝土强度不小于20MP ,水灰比不大于0.55。适当掺入减水剂并保证其抗渗标号不小于1.2MP。
  (5)钢筋尽量采用锰钢 ,在满足抗裂要求的前提下尽可能采用粗钢筋。
  (6)超静定结构构件的内力必须按弹性体系计算,不得考虑塑性应力重分布。
  (7)有条件时优先采用预应力构件。
  3.2钢筋混凝土基础设防
  基础主要受液相腐蚀介质作用,这类腐蚀往往比气相类介质直接,其侵蚀性也比前者严重。同时,由于液相介质污染地基土和地下水 ,不仅腐蚀基础,也会使土体膨胀产生内力,破坏原有土体结构。特别是当有地下水作用而造成土壤内孔隙率增加时,还导致地基沉陷,既破坏基础又严重影响上部结构。因此,作好地面防腐蚀介质渗入地下是至关重要的。同时,基础外表面应作必要的防护,且应与保护地基土紧密地结合起来。
  (1)选用抗渗性及固结程度较好的粘土层作为持力层(包括采用毛石混凝土垫底时毛石混凝土的下卧层)。
  (2)在粘土类地基中应使基础埋深不小于1.0米。这类土污染程度自上而下逐渐减轻,其污染极限一般为750毫米深。基础埋深不小于1.0米即可避免腐蚀介质的侵蚀。
  根据以上分析及腐蚀环境,条件与构件的具体位置,采取相应措施加强钢筋混凝土结构的防腐能力。
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