




版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、混凝土的碳化及其對(duì)鋼筋腐蝕的影響摘要: 本文分析了大氣環(huán)境中CO 2、SO 2 等物質(zhì)使混凝土發(fā)生碳化的作用機(jī)理及影響混凝土碳化的主要因素, 闡述了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕的電化學(xué)過(guò)程, 運(yùn)用混凝土碳化原理分析了混凝土的碳化對(duì)鋼筋蝕的影響。關(guān)鍵詞: 混凝土; 碳化; 鈍化膜; 鋼筋腐蝕自從1824 年波特蘭水泥(又稱之為硅酸鹽水泥) 問(wèn)世以來(lái), 混凝土材料就以其性能優(yōu)越、施工方便和經(jīng)濟(jì)成本低等方面的顯著優(yōu)勢(shì)在土木工程領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。然而在大氣中的CO 2、SO 2 等外部介質(zhì)作用下, 混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生碳化, 從而導(dǎo)致鋼筋腐蝕(銹蝕) , 其性能產(chǎn)生衰減, 混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命往往也沒(méi)
2、有人們所預(yù)想的那樣長(zhǎng)。根據(jù)煤碳部1996 年對(duì)部分礦區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的調(diào)查報(bào)告, 顯示因混凝土碳化造成混凝土中鋼筋銹蝕, 其鋼筋銹蝕深度達(dá)20% 以上, 結(jié)構(gòu)的可靠度大大降低。因此混凝土碳化對(duì)鋼筋腐蝕的影響逐漸引起了結(jié)構(gòu)工程界的重視。1混凝土的碳化11混凝土碳化的作用機(jī)理混凝土的碳化是指空氣中的CO 2、SO 2 等酸性氣體與混凝土中液相的Ca (OH) 2 作用, 生成CaCO3和H2O 的中性化過(guò)程。此外水泥石中水化硅酸鈣(CSH) 和未水化的硅酸三鈣(C3S) 及硅酸二鈣(C2S)也要消耗一定的CO 2 氣體。由于混凝土是一種多孔性材料, 在其內(nèi)部往往存在著大小不同的毛細(xì)管
3、、孔隙、氣泡等缺陷, 具有一定的透氣性??諝庵械腃O 2 首先滲透到混凝土內(nèi)部充滿空氣的孔隙和毛細(xì)管中, 而后溶解于毛細(xì)管中的液相, 與水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的Ca (OH) 2 和水化硅酸鈣(CSH) 等物質(zhì)相互作用, 形成CaCO3。Ca (OH) 2 是水泥的主要水化產(chǎn)物之一, 對(duì)于普通硅酸鹽水泥而言, 水化生成的Ca (OH ) 2 可達(dá)10% 15%。Ca (OH) 2 一方面是混凝土高堿度的主要提供者, 另一方面又是混凝土中最不穩(wěn)定的成分之一, 很容易與環(huán)境中的酸性介質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng), 從而使混凝土碳化。經(jīng)過(guò)大量的研究表明, 混凝土的碳化過(guò)程是CO 2 氣體由表及里向混凝土內(nèi)部逐漸擴(kuò)散、
4、反應(yīng)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程, 主要的碳化反應(yīng)方程如下:Ca (OH ) 2 + H 2O + CO 2 CaCO 3 + 2H 2O3CaO2S iSO23H O2 + 3CO3 3CaCO 3S iO 23H 2O3CaO2S iSO 23H O 2 + nH 2O 3CaCO 32S iO 2nH 2O3CaO2S iSO 23H O 2 + nH 2O 2CaCO 3S iO2nH 2O隨著混凝土碳化過(guò)程的進(jìn)行, 混凝土毛細(xì)孔中Ca (OH) 2 的含量會(huì)逐漸減少, 必然要使混凝土PH值降低。碳化后混凝土的PH 值可以用下式表示:PH = 14 + log 10 2 103 Ca (OH )
5、 2 (aq) 式中Ca (OH ) 2 (aq) 表示混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔中液態(tài)Ca (OH) 2 的含量?;炷恋奶蓟淖兞嘶炷恋幕瘜W(xué)成分和組織結(jié)構(gòu), 對(duì)混凝土的化學(xué)性能和物理力學(xué)性能有著明顯的影響。12混凝土碳化的影響因素從混凝土碳化作用機(jī)理的闡述中可知, 影響混凝土碳化的最主要因素是混凝土本身的密實(shí)性和堿性儲(chǔ)備的大小, 即混凝土的滲透性及其Ca (OH) 2 堿性物質(zhì)含量的大小??梢哉f(shuō), 如果混凝土的孔隙率越小、滲透性越低、密實(shí)性越高、Ca (OH ) 2 含量越大,則混凝土的抗碳化性能越好; 反之, 則越差。影響混凝土密實(shí)性及其堿性儲(chǔ)備的因素十分復(fù)雜, 與多種因素有關(guān), 具體來(lái)說(shuō)有材料
6、因素、環(huán)境因素和施工因素三大方面。材料因素包括混凝土水灰比大小、水泥品種及其用量、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、骨料級(jí)配、外加劑等; 環(huán)境因素包括環(huán)境相對(duì)濕度、溫度、壓力以及CO 2 氣體濃度等”施工因素包括混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)條件等。121水灰比的影響。水灰比增加, 混凝土硬化后,多余的水分蒸發(fā)或殘留在混凝土中, 會(huì)提高混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔的含量, 滲透性提高, 因此CO 2 氣體在混凝土毛細(xì)孔中的擴(kuò)散速度加快, 從而將加快混凝土的碳化速度, 使混凝土碳化區(qū)的碳化深度提高。對(duì)于普通混凝土, 水灰比大小對(duì)混凝土碳化的影響可以用下式表述:= 4.15W /C-1.03式中 水灰比對(duì)混凝土碳化影響系數(shù);W /C
7、混凝土水灰比大小。圖1 為幾種不同水灰比下的混凝土制作成標(biāo)準(zhǔn)試件, 進(jìn)行混凝土快速碳化試驗(yàn)(快速碳化試驗(yàn)條件: CO 2 的濃度為205, 水泥為普通硅酸鹽水泥) , 從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出增加混凝土的水灰比,可以加快混凝土的碳化速度。水泥品種的影響。礦不渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥混凝土的碳化速度要比硅酸鹽水泥混凝土的碳化速度快。這是因?yàn)榛鹕交宜?、粉煤灰水泥熟料中的CaO 含量低而SiS2 的含量高, 水泥水化時(shí), SiO 2 和CaO 發(fā)生反應(yīng)大量生成水化硅酸鈣, 而生成的Ca (OH) 2 含量較少, 混凝土的堿性低; 而硅酸鹽水泥中CaO 的含量高, 能生成較多的Ca(OH) 2,
8、堿性高。另外, 混凝土的碳化還與CO 2 氣體的滲透速度有關(guān)。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐可以證明: 在相同濕度情況下, 火山灰水泥或粉煤灰水泥混凝土中CO 2氣體的滲透速度要比硅酸鹽水泥混凝土的滲透速度大。圖2 為在水灰比相同、CO 2 氣體濃度相同、空氣相對(duì)溫度和溫度相同情況下, 幾種混凝土碳化深度的比較, 可見(jiàn)硅酸鹽水泥混凝土的碳化深度為最小??諝庀鄬?duì)濕度的影響。混凝土的碳化與混凝土環(huán)境的相對(duì)濕度有著重要關(guān)系。Ca (OH) 2 與CO 2反應(yīng)生成的水要向外擴(kuò)散, 以保持混凝土內(nèi)部與大氣之間的濕度平衡。如果水向外的擴(kuò)散速度由于環(huán)境濕度大而被減慢, 混凝土內(nèi)部的水蒸氣壓力將增大, CO 2 氣體向混凝土內(nèi)
9、部擴(kuò)散滲透的速度將降低乃至終止, 混凝土的碳化反應(yīng)也隨之減慢。在相對(duì)濕度接近100%時(shí), 混凝土中的孔隙被水蒸氣的冷凝水所充滿, 反應(yīng)產(chǎn)生的水向外擴(kuò)散和CO 2 向內(nèi)滲透的速度大幅度降低, 碳化將終止。而當(dāng)相對(duì)濕度小于25% 時(shí), 雖然CO 2 的擴(kuò)散滲透速度很快, 但混凝土毛細(xì)孔中沒(méi)有足夠的水, 空氣中的CO 2 無(wú)法溶解于混凝土毛細(xì)管水中, 或其溶解量非常有限, 使之不能與堿性溶液發(fā)生反應(yīng), 因此碳化反應(yīng)實(shí)際上也無(wú)法進(jìn)行。有資料表明, 在相對(duì)溫度為50% 70% 的條件下, 最有利于促進(jìn)混凝土的碳化。這就是為何我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)較沿海地區(qū)碳化明顯的原因。圖3 給出了水灰為0.65, 濃度為50%
10、 , 碳化時(shí)間為5 天, 在不同濕度環(huán)境下, 混凝土的碳化深度??諝庵蠧O 2 濃度的影響。通常認(rèn)為, CO 2 在混凝土中的碳化深度可按下式計(jì)算:式中D 混凝土碳化深度;KCO 2 擴(kuò)散系數(shù);C混凝土表面CO 2 的濃度;t混凝土碳化持續(xù)時(shí)間;m 單位體積混凝土所吸收CO 2 的體積。由上式可以看出, 在其他條件不變的情況下, 環(huán)境中CO 2 氣體的濃度越高(C 值越大) , 則在一定使用期內(nèi)混凝土碳化速度越快, 碳化深度(D) 越大。1.2.5混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響?;炷翉?qiáng)度等級(jí)越高, 混凝土則越密實(shí), CO 2 的擴(kuò)散速度則降低, 從而使混凝土的碳化速度隨之降低, 混凝土的抗碳化能力得到
11、提高?;炷翉?qiáng)度等級(jí)大小與混凝土碳化速度之間的關(guān)系, 可以用下式表述:K = 210/f cu-3.3式中 K混凝土碳化速度系數(shù);fcu混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度混凝土振搗、養(yǎng)護(hù)的影響?;炷猎谑┕げ僮鬟^(guò)程中如振搗和養(yǎng)護(hù)良好, 則混凝土硬化后密實(shí)度較高, 混凝土的碳化速度慢。如果混凝土在施工初期養(yǎng)護(hù)不良, 混凝土中的水分蒸發(fā)過(guò)快, 混凝土面層的滲透性增大, 則可加快混凝土的碳化。2混凝土碳化對(duì)鋼筋腐蝕的影響2.1鋼筋腐蝕的作用機(jī)理根據(jù)鋼筋腐蝕的不同機(jī)理, 鋼筋腐蝕一般分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕等幾種形式, 對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕必須具備兩個(gè)條件:陽(yáng)極部位的
12、鋼筋表面處于活性狀態(tài), 可以自由地釋放電子, 在陰極部位鋼筋表面存在足夠的水和氧氣。在潮濕的環(huán)境下, 鋼筋表面總是存在水膜和深于水膜中的氧氣。由于鋼筋不是單一的金屬鐵, 同時(shí)含有碳、硅、錳等合金元素和雜質(zhì), 這樣不同元素處在相同或不同介質(zhì)中, 其電極電位也不同, 其間必然存在著電位差, 因此, 在潮濕的環(huán)境下鋼筋表面的鈍化膜受到破壞時(shí), 就可以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下:陽(yáng)極反應(yīng): 陽(yáng)極區(qū)鐵原子離開晶格轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻嫖皆樱?并釋放電子轉(zhuǎn)變?yōu)殛?yáng)離子。Fe-2eFe2+電子傳送過(guò)程: 陽(yáng)極區(qū)釋放的電子能冠軍鋼筋向陰極區(qū)傳送。陰極反應(yīng): 陰極區(qū)由周圍環(huán)境通過(guò)混凝土孔隙吸附、擴(kuò)散、滲透作用進(jìn)來(lái)
13、并溶解于孔隙水中的O 2吸收陽(yáng)極區(qū)傳來(lái)的電子, 發(fā)生還原反應(yīng)。2H2O + O 2+ 4e-4 (OH) -綜合反應(yīng): 陽(yáng)極區(qū)生成Fe2+ 與陰極區(qū)生成的OH- 反應(yīng), 生成Fe (OH) 2。在高氧條件下, Fe (OH) 2進(jìn)一步氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镕e (OH) 3, Fe (OH) 3 脫水后變?yōu)槭杷啥嗫椎募t銹Fe2O 3: 在少氧條件下, Fe (OH) 2 氧化不完全部分形成黑銹Fe3O 4。Fe2+ + 2 (OH) - Fe (OH) 24Fe (OH) 2+ O 2+ 2H2O 4Fe (OH) 32Fe (OH) 3Fe2O 3+ 3H2O6Fe (OH) 2+ O 22Fe3O 4
14、+ 6H2O通過(guò)對(duì)上述反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行分析, 可知: 鋼筋腐蝕過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是活性狀態(tài)的鐵轉(zhuǎn)化為鐵離子的過(guò)程。2.2混凝土碳化對(duì)鋼筋腐蝕的影響眾所周知, 混凝土對(duì)鋼筋具有一定的保護(hù)作用,在一般情況下, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋不容易受到腐蝕?;炷林詫?duì)鋼筋具有保護(hù)作用, 是因?yàn)樗嗨^(guò)程中可產(chǎn)生一定量的Ca (OH) 2 (對(duì)于普通硅酸鹽水泥, Ca (OH) 2 含量可達(dá)10% 15% ) , Ca(OH) 2 的溶解度很小, 通常以固體形式存在, 從而能使混凝土具有高堿度, 其PH 值一般為12 13,在這樣的高堿性環(huán)境中, 會(huì)在鋼筋表面形成一層化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的鈍化膜層不滲透的牢固地粘附于
15、鋼筋表面上的氧化物。鈍化膜的存在, 不僅使鋼筋表面不存在活性狀態(tài)的鐵, 而且還將鋼筋與水介質(zhì)隔離, 水和氧氣無(wú)法滲透過(guò)去, 因此電化學(xué)腐蝕無(wú)法進(jìn)行, 從而使鋼筋免受腐蝕。在理想的情況下, 混凝土中的PH 值為12.513, 此時(shí)鋼筋處于鈍化狀態(tài), 只要保持這個(gè)條件, 鋼筋就不會(huì)腐蝕, 這正是一些鋼筋混凝土建筑物能夠耐久的重要原因。經(jīng)過(guò)大量的研究與實(shí)踐表明, 混凝土中鋼筋表面鈍化膜的穩(wěn)定性主要取決于周圍混凝土的PH 值。當(dāng)混凝土PH 值9.88 時(shí), 鋼筋表面的氧化物是不穩(wěn)定的, 鋼筋表面不可能有鈍化膜存在,完全處于活化狀態(tài), 即對(duì)鋼筋沒(méi)有保護(hù)作用; 當(dāng)混凝土PH 值處在9.88 11.5 之間
16、時(shí), 鋼筋表面的鈍化膜呈不穩(wěn)定狀態(tài), 會(huì)逐漸溶解、破裂, 鋼筋表面可能發(fā)生銹蝕, 即不能完全保護(hù)鋼筋免受腐蝕; 只有當(dāng)混凝土PH 值11.5 時(shí), 鋼筋才能完全處于鈍化狀態(tài)。當(dāng)鋼筋表面的氧化物鈍化膜被破壞時(shí), 在存在氧氣和水化的情況下, 鋼筋就會(huì)被造成腐蝕而破壞。能夠使混凝土中的鋼筋表面鈍化膜破壞的因素內(nèi)在和外在兩個(gè)因素。內(nèi)在因素是指混凝土本身具有腐蝕性, 如使用了含超標(biāo)準(zhǔn)氯鹽的地下水?dāng)嚢杌炷粒?混凝土中使用了過(guò)量的氯鹽類外加劑等, 使鋼筋表面的鈍化膜處于不穩(wěn)定狀態(tài), 引起鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕。外在因素是指由于周圍介質(zhì)的作用使混凝土失去保護(hù)鋼筋的能力, 如混凝土碳化?;炷撂蓟瘜?shí)質(zhì)就是大氣中的
17、CO 2、SO 2 等酸性介質(zhì), 滲入混凝土內(nèi)部與Ca (OH) 2 發(fā)生中和反應(yīng), 中和反應(yīng)的結(jié)果是降低了混凝土的堿度和含堿的數(shù)量?;炷翂A性降低的直接后果是使鋼筋表面的鈍化膜失去穩(wěn)定性或破壞, 混凝土就不能保護(hù)鋼筋免受腐蝕?;炷撂蓟?, 完全碳化區(qū)的PH 值由13 左右降至9 以下, 此時(shí)鋼筋必然會(huì)受到電化學(xué)腐蝕。由此可以看出, 混凝土的碳化是引起鋼筋腐蝕的主要原因之一。2.3鋼筋表面被腐蝕而生成鐵銹對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的不利影響鐵銹的生成造成鋼筋截面減小, 構(gòu)件承載力降低;鐵銹體積膨脹(體積一般要增長(zhǎng)2 4 倍) ,使混凝土保護(hù)層脹裂甚至脫落, 嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的正常使用;鐵銹的生成破壞了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié), 從而使鋼筋與混凝土的協(xié)同工作能力降低, 甚至造成整個(gè)構(gòu)件失效。3結(jié)束語(yǔ)混凝土的碳化是影響鋼筋腐蝕重要因素之一,混凝土保持高堿性, 不僅是保護(hù)鋼筋免遭腐蝕的前提條件,
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025-2030中國(guó)特殊農(nóng)藥行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀供需分析及投資評(píng)估規(guī)劃分析研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)牙科頂點(diǎn)定位器行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)與前景展望戰(zhàn)略研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)牙科實(shí)驗(yàn)室用CAD和和CAM銑床行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀供需分析及投資評(píng)估規(guī)劃分析研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)煤氣化行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)與前景展望戰(zhàn)略研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)烷氧基酸鹽行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀供需分析及投資評(píng)估規(guī)劃分析研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)熱塑性聚氨酯塑料行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀供需分析及投資評(píng)估規(guī)劃分析研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)灰泥行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀供需分析及投資評(píng)估規(guī)劃分析研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)激光美容手術(shù)行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)與前景展望戰(zhàn)略研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)漂白活化劑行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)與前景展望戰(zhàn)略研究報(bào)告
- 2025-2030中國(guó)滑雪設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀供需分析及投資評(píng)估規(guī)劃分析研究報(bào)告
- 《非遺漂漆團(tuán)扇》美術(shù)教育繪畫課件創(chuàng)意教程教案
- 有色金屬礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范
- 2024北京電子科技職業(yè)學(xué)院招聘筆試備考題庫(kù)及答案解析
- 云南省麗江市南瓜坪水庫(kù)工程環(huán)境影響報(bào)告書
- 2024-2029年中國(guó)3D裸眼技術(shù)行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展分析及發(fā)展趨勢(shì)與投資前景研究報(bào)告
- 24春國(guó)家開放大學(xué)《機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)》大作業(yè)參考答案
- 設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)單
- 英文版中國(guó)故事繪本愚公移山
- 《通風(fēng)管道技術(shù)規(guī)程+JGJT+141-2017》詳細(xì)解讀
- 2023廣州美術(shù)學(xué)院附屬中等美術(shù)學(xué)校(廣美附中)入學(xué)招生測(cè)試卷數(shù)學(xué)模擬卷
- 2019年10月自考05760營(yíng)養(yǎng)學(xué)一試題及答案含解析
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論