氯離子對(duì)混凝土性能的影響2頁(yè)

1、氯離子對(duì)混凝土性能的影響鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的重要因素。其中，對(duì)近海、沿海地區(qū)導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的最普遍、最嚴(yán)重的原因是氯離子侵蝕作用引起的鋼筋銹蝕，決定了結(jié)構(gòu)的使用壽命。隨著氯離子對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的影響越來(lái)越受到重視，為此我國(guó)即將實(shí)施的水泥新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥中氯離子的含量進(jìn)行了規(guī)定：水泥中氯離子含量不大于0.06%。 一、水泥中氯離子含量規(guī)定 各國(guó)對(duì)氯離子含量的規(guī)定如下 1、歐洲所有品種小于0.1%。但對(duì)于用于預(yù)應(yīng)力場(chǎng)合時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制。 2、日本普通硅酸鹽（相當(dāng)于我國(guó)的P.、P.型水泥）小于0.035%。早強(qiáng)、超早強(qiáng)、中熱、低熱、抗硫酸鹽小于0.02%，其他品種未作規(guī)

2、定。 3、中國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)，要求所有品種水泥中氯離子含量不大于0.06%。 二、混凝土中氯離子的來(lái)源 引起鋼筋銹蝕的氯離子存在具有廣泛性。其主要來(lái)源有： 1、混凝土的原材料。如含氯化物的減水劑、濫用海砂、直接用海水?dāng)嚢杌炷粱驌饺氲姆勖夯沂褂煤Ｋ艥窆に嚨取?、從建筑物所處環(huán)境中滲透進(jìn)入。如海洋環(huán)境中的氯離子以海水、海風(fēng)、海霧等形式滲入，影響沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命；冬季向道路、橋梁及城市立交橋等撒鹽或鹽水化雪防冰，以便交通暢行；還有鹽湖和鹽堿地、工業(yè)環(huán)境等。當(dāng)混凝土中氯離子含量達(dá) 1.19kg/m3時(shí)，侵蝕已經(jīng)很?chē)?yán)重了。據(jù)此，一些國(guó)家規(guī)定不準(zhǔn)在鋼筋砼橋面板上噴灑鹽水化冰。 三、氯離子對(duì)混

3、凝土的侵蝕作用 1、氯離子侵入混凝土的方式 氯離子侵入混凝土的方式主要有 1）擴(kuò)散作用：氯離子從濃度高的地方向濃度低的地方移動(dòng)；2）毛細(xì)管作用：含有氯離子的溶液向混凝土內(nèi)部移動(dòng)；3）滲透作用：在水壓力作用下，鹽水向壓力較低的方向移動(dòng)；4）電化學(xué)遷移：電解質(zhì)溶液在陰陽(yáng)極吸附作用下的離子的定向移動(dòng)。 CI-在混凝土中的侵入過(guò)程通常是幾種作用共同存在的。但和速度最快的毛細(xì)管吸相比，滲透和電化學(xué)遷移產(chǎn)生的遷移可以忽略。對(duì)特定的條件，其中的一種侵蝕方式是主要的。另外混凝土中氯離子濃度還受到溫度、保護(hù)層厚度以及CI-和混凝土材料之間產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合和物理吸附的影響。雖然CI-在混凝土材料中的侵入遷移過(guò)程非常復(fù)

4、雜，但是在許多情況下，尤其是在海洋環(huán)境，擴(kuò)散被認(rèn)為是最主要的侵入方式。 2、氯離子作用下混凝土結(jié)構(gòu)的破壞分析 1） 氯離子引起鋼筋侵蝕的機(jī)理 在自然環(huán)境中，金屬鐵并不穩(wěn)定，容易與周?chē)h(huán)境發(fā)生化合反應(yīng)，即具有侵蝕的趨勢(shì)。而混凝土結(jié)構(gòu)是一種多孔體，通常其孔隙中含有大量水泥水解時(shí)產(chǎn)生的Ca(OH)2溶液和少量可溶的鈣、鉀、鈉等堿性金屬，使得混凝土具有很強(qiáng)的堿性，PH一般為1213。鋼筋在這種環(huán)境下，表面生成一層致密的、分子和離子難以穿透的、厚為210×10-9m的“鈍化膜”（主要成分為Fe2O3和Fe3O4）阻止鋼筋發(fā)生銹蝕。然而，混凝土結(jié)構(gòu)在使用的過(guò)程中，當(dāng)受材料、環(huán)境等因素的影響導(dǎo)致堿

5、性降低。相關(guān)研究與實(shí)踐表明，當(dāng)PH<11.5時(shí)，鈍化膜開(kāi)始不穩(wěn)定(臨界值)；當(dāng)PH<9時(shí)，鈍化膜逐漸破壞，使鋼筋處于活化狀態(tài)、失去保護(hù)作用。 氯離子侵蝕作用引起鋼筋銹蝕，是一個(gè)極為復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程。CI-是極強(qiáng)的陽(yáng)極活化劑，且具有比其它陰離子如OH-、O2-等優(yōu)先被吸附的趨勢(shì)。當(dāng)CI-擴(kuò)散到鋼筋表面并吸附于局部鈍化膜時(shí)，會(huì)通過(guò)局部酸化作用破壞鋼筋周轉(zhuǎn)的高堿性環(huán)境，使鋼筋表面和PH值降低至3.5左右，從而溶解鈍化膜。即使混凝土的堿度很高，只要CI-達(dá)到臨界濃度值（通常用CI-與OH-的濃度比值來(lái)表示）也能破壞鋼筋的鈍化膜。然后，在充足的O2和H2O的條件下引起鋼筋局部銹蝕。其電化學(xué)腐

6、蝕機(jī)理是：當(dāng)CI-破壞局部鈍化膜，露出的鐵基體作為陽(yáng)極、沿完好的大面積鈍化膜區(qū)域作為陰極，形成“活化-鈍化”腐蝕電池，反應(yīng)的最終產(chǎn)物為鐵銹。陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程是:        Fe-2e=Fe2+                           &#

7、160;                  (2一l)  如果生成的Fe2+不能及時(shí)搬運(yùn)走而積累于陽(yáng)極表面，則陽(yáng)極反應(yīng)就會(huì)受阻；如果生成的Fe2+能及時(shí)被搬運(yùn)走，陽(yáng)極反應(yīng)就會(huì)順利進(jìn)行乃至加速進(jìn)行。Cl-與Fe2+相遇會(huì)生成FeCl2使Fe2+被搬運(yùn)走，從而加速陽(yáng)極反應(yīng)。Cl-發(fā)揮了陽(yáng)極去極化作用的功能，其反應(yīng)式為: (Cl-+H2O=H+Cl-+OH-) Cl-/OH-達(dá)到臨界溶度，優(yōu)先

8、吸附  2CI-+Fe2+2H2O+2Fe=Fe(OH)2 +2H+2CI-            (2一2)    4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3                      

9、;         (2一3) 由上式可以看出，Cl-本身不構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物，起到催化劑的作用，它在整個(gè)過(guò)程中并沒(méi)有消耗掉，而是周而復(fù)始地起到破壞作用。另一方面，由于混凝土中氯離子的存在，強(qiáng)化了離子通路，降低了陰、陽(yáng)極之間的電阻，提高了腐蝕電池的 效率，加速了電化學(xué)腐蝕過(guò)程。2）CI-引起混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的過(guò)程 由于CI-作用引起鋼筋銹蝕的過(guò)程一般可分為4個(gè)階段 （1）潛伏階段即氯離子穿透混凝土保護(hù)層后聚集在鋼筋表面并達(dá)到臨界濃度所需的時(shí)間，其時(shí)間長(zhǎng)短取決于混凝土中原始氯離子的含量及CI-、CO2在混凝土中的擴(kuò)散速度。 （2）發(fā)展階段即開(kāi)始銹蝕后，在鋼筋與混凝土之間形成一層鐵銹層，隨著銹蝕物聚集、膨脹導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開(kāi)裂破壞所需的時(shí)間。主要受溫度、濕度、CO2的擴(kuò)散速度和混凝土電陰的影響。 （3）加速階段即形成的銹蝕層體積比被腐蝕掉的金屬體積大34倍，使混凝土保護(hù)層出現(xiàn)沿鋼筋方向的縱向裂縫。而后，鋼筋銹蝕速度就會(huì)大大加快，變形也會(huì)加大，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)保護(hù)層鼓起及脫落等現(xiàn)象。從而降低了結(jié)構(gòu)的剛度與可靠度，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。該階段除受溫濕度、O2的擴(kuò)散速度和混凝土電陰的影響外，還受荷載作用的影響。由于鋼筋銹蝕在混凝土中產(chǎn)生相當(dāng)大的拉