防腐蚀抗裂混凝土.ppt

防腐蚀抗裂混凝土,目 录,一、腐蚀带来的危害二、防腐蚀抗裂混凝土的性能三、应用,一、腐蚀的危害,气态、液态和固态的各种腐蚀介质，根据其性质和浓度不同，会对混凝土和钢筋产生腐蚀，影响钢筋混凝土的耐久性。,1、碳化,碳化作用是指CO2与水泥石表面及内部毛细孔道内水化硅酸钙(3CaO2SiO23H2O)及Ca(OH)2起反应，生成碳酸钙，导致混凝土中的碱度降低（混凝土中性化），当混凝土孔隙液的pH值降低到8.59.0时可称为“已碳化”。危害：碳化虽然增加表面硬度，但会使混凝土产生收缩现象。形成微裂纹，使腐蚀介质进入混凝土内部。中性化和微裂纹不利于保护钢筋的钝化膜，使钢筋有产生锈蚀的危险。由于目前广泛掺加大量的掺合料，混凝土趋向了中性化，碳化有加剧的趋势，已经引起工程界的关注。,2、冻融破坏,混凝土受到冻融作用（干湿变化、温度变化等）会受到的损伤。混凝土的破坏以碳化、冻融破坏为常见，致使许多建筑物的运行寿命大为缩短，造成极大浪费。措施引气剂，形成封闭的空隙，降低冻胀应力提高抗渗,3、氯离子侵蚀,Cl-会引起钢筋锈蚀钢筋锈蚀机理：破坏钝化膜、形成腐蚀电池、去极化作用、导电作用。混凝土中CI-的存在强化了离子道路，降低了阴阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。,钢筋防腐蚀措施,对于钢筋防腐问题，目前有很多的方法来解决，但是各种方法都有其优点和缺点，如：阴极保护法：施工费用高，维护费用更高。环氧涂层法：施工难度大，降低钢筋握裹力，费用高。治标不治本。耐蚀钢筋和不锈钢钢筋：费用高。钢筋阻锈类外加剂法：使用简单、费用低，且稳定性好。,4、碱集料反应,依据参与碱集料反应的岩石种类及反应机理，碱集料反应主要分为碱硅酸反应（ASR）及碱碳酸盐反应（ACR）二大类。碱含量：3kg/m3,5、硫酸盐侵蚀,从硫酸根离子的来源看，混凝土的硫酸盐侵蚀可分为内部和外部侵蚀。内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的。外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀。外部的水、土壤中的硫酸根离子。外部侵蚀可分为两个过程：（1）SO42-由环境溶液进入混凝土孔隙中，这是一个扩散过程，其速率决定于混凝土的抗渗性。（2）SO42-与其他物质的反应过程。,硫酸盐侵蚀,一般而言，硫酸盐侵蚀有以下化学反应：生成钙矾石。硫酸盐溶液和水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土受到膨胀性破坏。与膨胀混凝土不同的是，膨胀混凝土产生的膨胀一般在14天完成，所产生的膨胀不具有危害性；而硫酸盐侵蚀则是发生在混凝土结构使用期间，此时，混凝土结构的水化硬化历程已经基本上结束，所产生的膨胀是危害性的，会破坏已经形成的水泥石结构。其反应通式为：,形成石膏。如果硫酸盐浓度较高时，则不仅生成钙矾石，而且还会有石膏结晶析出。一方面石膏的生成使固相体积增大124%，引起混凝土膨胀开裂，另一方面消耗了CH，而水泥水化生成的CH不仅是C-S-H 等水化矿物稳定存在的基础，而且它本身以波特兰石的形态存在于硬化浆体中，对混凝土的力学强度有贡献，因此导致混凝土的强度损失和耐久性下降。,MgSO4 作用下的化学反应。MgSO4 是硫酸盐中侵蚀性最大的一种，原因主要是Mg2+和SO4 2-均为侵蚀源，二者相互叠加，构成严重的复合侵蚀。主要反应式为：氢氧化镁的溶解度很低，其饱和溶液PH值很低，氢氧化镁饱和溶液的PH值约为10.5，这个数字低于使水化硅酸钙稳定所要求的数值，致使水化硅酸钙在有硫酸镁溶液存在的条件下不断分解出石膏。危害：导致混凝土强度损失，粘结性下降，实际工程中严重的硫酸镁侵蚀甚至将混凝土变成完全没有胶结性能的糊状物。,生成碳硫硅钙石。碳硫硅钙石是近来硫酸盐侵蚀研究的热点。1998年初，英国某处的高速公路路基和埋入地下部分结构发生了严重劣化，劣化处存有糊状粘稠物体，通过对劣化原因进行排查，发现该结构存在以下几个问题：(1)使用石灰岩质骨料；(2)使用含硫化物和硫酸盐的材料进行回填；(3)地下水的流动频繁；(4)排水系统发生泄漏；(5)结构服役环境气温较低。通过进一步研究发现，该结构发生了碳硫硅钙石腐蚀，,威尔士南部的海滨小镇Solva在1995年修建的一组台阶，第二年就发生了破坏，破坏现象为砂浆的开裂和表面酥软，失去胶结能力。由于此处潮汐落差高达7米，因此认为海水侵蚀是主要原因。由于台阶失去承载功能，不得不对其进行修补。而修补后的台阶在服役了3年之后又发生了类似的变化。根据专家们的研究发现，破坏主要由AFt、CaSO42H2O、Mg(OH)2和碳硫硅钙石引起。当时材料的配比情况为石子：普通硅酸盐水泥：石灰岩砂=1:1.4，水灰比不详。而修补时的配比情况为抗硫酸盐侵蚀水泥：石灰石：砂=1:0.25:1。,形成条件,石灰石硫酸盐（海水）低温：低温形成碳硫硅钙石的概率大，但不一定是碳硫硅钙石形成的必要条件，高温时也有发现。至今它的形成机理尚未弄清楚。危害：能使水泥混凝土浆体变成糊状、无粘结力的物体，降低混凝土的强度。同时也会伴有膨胀性破坏。新疆地质、气候条件,PH值,一般情况下，Na2SO4溶液pH值介于67之间，由于试件长期处于低PH值的Na2SO4溶液中，会造成混凝土水化产物的碱度降低，大量的水化CH与Na2SO4反应生成石膏，由于碱度降低，破坏了水泥水化产物的平衡，导致水化产物会释放出更多的CH，从而导致水化产物分解,硫酸盐侵蚀照片,硫酸镁10%,硫酸镁10%,硫酸镁10%,氯化钙15%,氯化钙15%,硫酸铵20%,硫酸铵20%,硫酸钠25%,硫酸钠25%,硫酸钠25%,硫酸钠10%,硫酸钠10%,硫酸钠40%,硫酸钠40%,盐酸5%,盐酸5%,氢氧化钠10%,氢氧化钠10%,典型的碱集料反应,氢氧化钠10%,治理措施,抗硫酸盐水泥（C3A低）附加防腐层（隔离）大掺量矿粉和粉煤灰双掺的技术路线配制的高性能混凝土，能够大幅度降低水化产物中氢氧化钙的浓度，这对其提高抗硫酸盐侵蚀性是有利的，但是其负面作用是造成混凝土碱度降低，混凝土中性化，碳化速度加快。抗硫酸盐侵蚀外加剂,硫铝酸盐水泥应用给我们的启示,硫铝酸盐水泥的特点早强、高强水化产物以钙矾石为主，氢氧化钙少1982年秋采用离心法生产的硫铝酸盐水泥自应力管，放置在东山岛海滩上，每天经历四次涨落潮的冲刷，1998年取样，经过16年海水的冲刷后，管子表面只有约0.6至0.8毫米的滤出层，内部水泥浆体均匀致密，,放置于福建东山岛海滩达16年的水泥管,浸出层,我国抗硫酸盐侵蚀外加剂标准（JC/T1011-2006）带来的启示,膨胀率要求，以膨胀剂为基础。,国外研究成果带来的启示,利用钡盐抑制碳硫硅钙石形成该方法已在意大利文物古迹的保护领域中发挥了重要的作用。Ba2+将形成Ba(OH)2，遇到硫酸根等离子后，形成硫酸钡、羟基碳酸铝、BaCO3等沉淀，且非常稳定；同时Ba2+可以抑制钙矾石和碳硫硅钙石的形成，不会产生膨胀性的破坏。此外，Ba2+会对SO42-的渗透扩散起到束缚作用，而且当Ba2+与大气CO2接触时，会在材料表面形成非常致密的防护膜。,硫酸盐防腐剂,基于上述原理获得防腐型抗裂防水剂防水剂组分有利于混凝土进一步形成致密的结构，延缓腐蚀介质进入混凝土内部的速度,二、防腐蚀抗裂混凝土,1、抗氯离子渗透系数或电通量,一个重要的耐久性指标混凝土结构耐久性设计规范（GB/T50476-2008）海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTJ_275-2000）试验方法：ASTM C1202,2、工业建筑防腐蚀设计规范,各种介质对建筑材料长期作用下的腐蚀性，可分为强腐蚀、中腐蚀、弱腐蚀、微腐蚀4个等级 硫酸盐（钠、钾、氨、镁、铜、镉、铁的硫酸盐）液体中浓度大于1%时，对混凝土和砌体具有强腐蚀性固态下，相对湿度大于60%以上时，具有中等腐蚀性，小于60%时，具有弱腐蚀性,2、工业建筑防腐蚀设计规范,由于该规范的主体结构混凝土是采用普通混凝土，为避免或者降低构筑物的腐蚀速率，采取的防腐蚀的措施为隔离措施-防腐蚀附加层,2、工业建筑防腐蚀设计规范,随着我国科技的进步，引入了抗硫酸盐侵蚀的外加剂在满足防腐蚀性能要求时，防腐蚀等级为弱的污水处理池，可采用掺入抗硫酸盐的外加剂、矿物掺合料或钢筋阻锈剂，钢筋混凝土的表面可不做防护。,3、混凝土结构耐久性设计规范,混凝土结构耐久性设计规范(GB/T50476-2008）是一部考虑混凝土自身防腐蚀能力的规范，通过设计耐久性混凝土提高混凝土结构的防腐蚀能力，延长结构物的寿命。,3、混凝土结构耐久性设计规范,环境类别分为5类,3、混凝土结构耐久性设计规范,3、混凝土结构耐久性设计规范,措施最低强度要求（密实性保证）,3、混凝土结构耐久性设计规范,保护层厚度要求（延长腐蚀介质侵入混凝土内部的通路）,3、混凝土结构耐久性设计规范,冻融环境：抗冻性耐久性系数要求,3、混凝土结构耐久性设计规范,氯化物环境：氯离子渗透系数要求,化学腐蚀环境,化学腐蚀条件下混凝土配合比要求与保护层厚度,4、防腐蚀抗裂混凝土,根据混凝土结构耐久性规范，通过合理的混凝土配合比设计，能够设计出抗裂性好，防腐蚀耐久性好的混凝土通常，防腐型抗裂防水剂掺量为812%,（1）抗压强度与电通量（萘系泵送剂）,（2）抗压强度和电通量（聚羧酸减水剂）,（3）防腐型抗裂防水剂混凝土的膨胀率高，收缩小,掺加防腐型抗裂防水剂后，混凝土具有良好的微膨胀性，在防腐型抗裂防水剂掺量不低于8%的情况下，混凝土14天水中养护的限制膨胀率大于1.510-4，混凝土的后期收缩小，当防腐型抗裂防水剂的掺量高于10%时，混凝土的限制膨胀率可达2.010-4以上，而且绝大部分的混凝土两个月龄期尚处于不收缩状态，而空白混凝土的后期收缩还是比较大的。因此，与抗裂防水剂一样，采用防腐型抗裂防水剂能够实现超长结构的无缝施工。随着防腐型抗裂防水剂掺量的提高，混凝土的抗氯离子渗透的56天龄期的电通量降低，28天龄期的氯离子扩散系数DRCM减小，混凝土的耐久性提高，最佳掺量为10%左右。,小结,（4）圆环法、平板法抗裂试验评价,随着防腐型抗裂防水剂掺量的提高，混凝土开裂龄期逐渐延长，表明防腐型抗裂防水剂推迟了混凝土的开裂，提高了混凝土的抗裂性。防腐型抗裂防水剂掺入混凝土中起到了补偿收缩的作用，其微膨胀效应抵消了水泥的部分或全部收缩，推延了混凝土的开裂时间。,（5）抗碳化性能好,掺加防腐型抗裂防水剂的混凝土的抗碳化能力不下降。高性能混凝土，抗碳化能力下降,（6）具有阻锈功能，抵抗电化学腐蚀的能力高,模拟地铁工程要求，进行了杂散电流试验，内容包括：混凝土电阻率混凝土自腐蚀电位试验杂散电流腐蚀条件下，混凝土中钢筋锈蚀速率试验研究研究结果表明，掺加防腐型抗裂防水剂配制的耐久性混凝土具有抑制杂散电流腐蚀的功能、钢筋阻锈功能,6-1 混凝土电阻率研究,6-1 混凝土电阻率研究,内掺氯盐混凝土电阻率单位：（kcm),6-1 混凝土电阻率研究,在砼结构中，直流电场引起的杂散电流是离子流。通过掺加混凝土抗裂防腐剂，对于混凝土电阻的提高有明显的增强作用，可有效地抑制杂散电流的作用。随着强度等级提高，混凝土电阻率增大，混凝土电阻率随时间延长不断增长，增长的速率比较平均，到了112天仍有进一步增长的趋势。随着抗裂防腐剂掺量的增大，混凝土电阻率提高。,在影响混凝土电阻率的因素中，湿度是最显著的，混凝土电阻率随水饱和度增加呈降低趋势，电阻率与湿度有较大相关性。本研究所测试的混凝土电阻率均是在95%湿度以上的标准养护条件下进行，条件较为苛刻，从测试结果来看，在95%湿度以上的苛刻条件下，混凝土中掺加了抗裂防腐剂的试块84d电阻率均大于50kcm，能大大降低杂散电流,减小电化学腐蚀的速率。,6-2 混凝土自腐蚀电位试验,混凝土中钢筋的自腐蚀电位随着龄期的增长，胶凝材料水化的不断进行，水化产物碱性环境的增强而不断正移，钢筋在混凝土中发生表面钝化现象。在无氯和有氯两种情况下，随着胶凝材料用量的增加，抗裂防腐剂掺量的增加均对混凝土中钢筋自腐蚀电位的正移起到明显的增强作用。,6-2 混凝土自腐蚀电位试验,6-3 混凝土中钢筋锈蚀速率试验,抗裂防腐剂的掺入改变了混凝土中钢筋的阳极过程，使阳极反应速度下降，腐蚀电位正移。随着抗裂防腐剂掺量的增加，对钢筋具有一定的钝化作用，使得腐蚀电流减少，降低了腐蚀速率。防腐型抗裂防水剂掺加比例相同的情况下，随胶凝材料的增多对混凝土中钢筋钝化阻锈的作用增强，降低了混凝土中钢筋的腐蚀速度。,抗硫酸盐性能好,C40混凝土的抗蚀系数大于0.95,三、应用,杭州地铁天津市政工程灌注桩天津东疆保税港区物流加工区二期工程（A段）一期仓库,天津东疆保税港区物流加工区二期工程（A段）一期仓库,地下一层，采用先张预应力高强混凝土管桩（PHC）和筏板基础，混凝土强度等级C30，防水混凝土抗渗等级S6。基础厚400mm；外墙厚度250mm。离海边500m，地下水对混凝土有中度腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性，因此采用防腐型CSA抗裂防水剂。工程长198m，宽69m，结构超长，要求超长施工，设膨胀加强带。,