地鐵鋼筋混凝防護措施范文
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1工程概況和地質特點
沙柳路站位于河東區衛國道與沙柳路交口處,主體采用現澆鋼筋混凝土箱形結構形式;車站采用明挖順作法施工。本工程巖土工程勘察報告顯示,水質表層地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有中等腐蝕性,對鋼結構具有中等腐蝕性;微承壓水對混凝土結構具硫酸鹽中等腐蝕性,對鋼結構具有中等腐蝕性。
依據GB50307-1999地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范的規定,進行了腐蝕性試驗得:主要腐蝕由硫酸鹽和氯離子引起的,其中SO42-最高濃度2291mg/L,Cl-最高濃度4006mg/L。它們交互作用,對鋼筋混凝土形成侵蝕,影響其耐久性能。
2鋼筋混凝土腐蝕機理的分析
2.1硫酸鹽對混凝土腐蝕作用機理
Na2SO4,MgSO4等硫酸鹽與混凝土中水泥的水化產物Ca(OH)2反應生成:
1)鈣礬石(3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O),一種針狀結晶體,固相體積是原來的1.5倍,由于是在固化了的混凝土中發生反應。因此,在混凝土內形成膨脹應力而引起混凝土結構的破壞。
2)Mg(OH)2,一種白色松軟的不定形物質,會使水泥漿體的結構遭到破壞。
3)氯化鈣和石膏,其溶于水后會造成混凝土的浸析增加。
4)硅酸鎂水化物,其與硅酸鈣水化物的取代反應會使混凝土強度下降。
2.2氯離子對鋼筋的腐蝕作用機理
混凝土在水化作用時,水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣,使混凝土中含有大量的OH-,使pH值一般可達到12~14,鋼筋在這樣的高堿環境中,表面容易生成一層致密的鈍化膜。研究結果表明,這種鈍化膜能阻止鋼筋的銹蝕,只有這層膜遭到破壞后,鋼筋才開始銹蝕。
2.2.1破壞鈍化膜
鈍化膜只有在高堿性環境中才是穩定的。當pH值小于一定的數值時,就會難以生成鈍化膜或已經生成的會逐漸受損。Cl-進入混凝土中并到達鋼筋表面,局部鈍化膜開始破壞,發生鋼筋腐蝕。
2.2.2氯離子導電作用
由于混凝土結構中氯離子的存在,降低了陰極、陽極間的電阻,強化了離子通路,提高了腐蝕電流的效率,從而加速了鋼筋的電化學腐蝕過程。
2.2.3形成腐蝕電流
Cl-對鋼筋表面鈍化膜的破壞,使某些部位露出鐵基本體,與尚完好的鈍化膜區域之間構成電位差。大面積的鈍化膜區作為陰極發生還原反應,鐵基體作為陽極而受到腐蝕。腐蝕由局部開始逐漸在鋼筋表面擴展。
2.2.4氯離子的陽極去極化作用
加速陽極過程者,稱做陽極去極化作用,Cl-具有這樣的作用:陽極:Fe—2e=Fe2+,Cl-與Fe2+相遇生成FeCl2,使Fe2+消失,從而加速陽極反應。但是FeCl2是可溶的,在向混凝土內擴散遇到氫氧根離子發生反應,最后可氧化成鐵的氧化物。在這個過程中,Cl-只起“搬運”作用,而不被“消耗”。因此,混凝土中的Cl-會周而復始的起破壞作用。
2.2.5與水泥的作用對鋼筋的銹蝕影響
在一定的條件下,氯鹽可與水泥中的鋁酸三鈣生成不溶性“復鹽”,可以降低Cl-含量,同時降低硫酸鹽與鋁酸三鈣作用而發生“膨脹”破壞。但當混凝土的堿度降低時,“復鹽”會分解重新釋放出Cl-,對鋼筋產生腐蝕。
通過上面腐蝕機理的分析,要提高鋼筋混凝土的耐久性就要做到:保持混凝土的高堿度;提高混凝土的密實度,增強抗滲能力;控制SO42-,Cl-的含量。
3.1水泥和骨料材料的選擇
水泥是配置抗腐蝕混凝土的關鍵原料。為提高混凝土抗SO42-腐蝕性和抗裂性能,選用含C3A、堿量低的普通硅酸鹽水泥和堅固耐久的潔凈骨料。并控制水泥和骨料中Cl-的含量;要重視單方混凝土中膠凝材料的用量和混凝土骨料的級配以及粗骨料的粒形要求,并盡可能減少混凝土膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量。
3.2摻入高效活性礦物摻料
活性礦物質摻料中含有大量活性SiO2及活性Al2O3。由于現在水泥產品的細度減小、活性增加,使得水化反應加速、放熱加劇、干燥收縮增加,導致混凝土溫度收縮和干縮產生的裂紋增加。將二級粉煤灰,S95級礦粉復合摻入混凝土中,可以減少熱開裂,提高抗滲性,降低混凝土中鈣礬石的生成量。
3.2摻入高效活性礦物摻料
活性礦物質摻料中含有大量活性SiO2及活性Al2O3。由于現在水泥產品的細度減小、活性增加,使得水化反應加速、放熱加劇、干燥收縮增加,導致混凝土溫度收縮和干縮產生的裂紋增加。將二級粉煤灰,S95級礦粉復合摻入混凝土中,可以減少熱開裂,提高抗滲性,降低混凝土中鈣礬石的生成量。
3.3摻入高效減水劑
一般情況下,材料的組合與配合比中對混凝土抗滲性最具影響力的因素是水灰比。因此在保證混凝土拌合物所需流動性的同時,應盡可能降低用水量。加入減水劑可以使水泥體系處于相對穩定的懸浮狀態,在水泥表面形成一層溶劑化水膜,同時使水泥在加水攪拌中絮凝體內的游離水釋放出來,達到減水的目的。天津地鐵2號線的具體施工中摻入了DF-6緩凝高效減水劑,以降低水灰
比,增加混凝土的密實性。
3.4摻加防腐劑
針對地下水同時含SO42-,Cl-,采用SRA-1型防腐劑,可以將水泥抗硫酸鹽極限濃度提高到1500mg/L。因為,其中的SiO2與水泥的水化產物氫氧化鈣生成水化硅酸鈣凝膠,降低硫酸鹽腐蝕速度;次水化反應也減少氫氧化鈣的含量,降低液相堿度,從而減少了硫酸根離子生成石膏的鈣礬石數量,減緩了膨脹破壞。同時它還相對降低水泥中鋁酸鹽的含量,它的氯離子滲透系數為抗硫酸鹽水泥的0.1,為普通硅酸鹽的0.5,所以SO42-和Cl-并存時,它更有利于抵抗鹽類腐蝕。新晨
4施工要點和防腐效果
嚴格控制混凝土施工質量,確保水灰比、坍落度在要求范圍內,混凝土振搗按操作規程進行充分搗固,保證了混凝土的密實度,同時重視混凝土振搗后的抹面工作。施工后經檢驗,質量效果甚佳,深受建設單位好評,在天津地鐵2號線施工中得到推廣。
5結語
為提高混凝土的耐久性,選用了優質原材料,除水泥、水和骨料,并摻入了足夠數量的礦物集料和高效減水劑,這樣就減少了水泥用量、混凝土內部空隙率以及體積收縮;并結合施工天氣,加強施工各環節控制,提高了其耐久性。但是混凝土是水泥、砂、石、水等多成分構成的一種性能多樣化的材料,其性能不僅與組成材料有直接關系,而且還與施工技術,所處環境及維護條件等因素有關。因此,研究的工作難度大,進展慢。在這方面還需要做大量的研究工作,以便滿足和適應當前建筑市場的需要。
參考文獻:
[1]GB50046-95,工業建筑防腐蝕設計規范[S].
[2]張信鵬,王德森.耐腐蝕混凝土[M].北京:化學工業出版社,1989.
[3]洪乃豐.海砂的利用與鋼筋銹蝕的防護[J].建筑技術,1996(1):27-28.
[4]洪乃豐.氯鹽與鋼筋腐蝕破壞[J].工業建筑,1999(10):40-41