不同电力管廊环境下钢筋锈蚀机理探究,建筑结构论文.docx

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1、不同电力管廊环境下钢筋锈蚀机理探究,建筑结构论文摘 要： 针对钢筋混凝土电力管廊构造耐久性设计及施工现在状况, 从构造材料层次上, 分别对影响混凝土构造耐久性的主要因素进行逐一分析, 并与国家现行规范1-2比照, 为今后电力管廊构造的耐久性设计及施工提供一种思路。 本文关键词语： 耐久性; 电力管廊; 钢筋混凝土构造; 环境类别; 混凝土电力管廊耐久性是一个综合性问题, 由环境、材料、构件、构造4个层次的多种因素3造成, 材料因素首当其冲。不少国内外耐久性设计规范和规程都按环境类别及环境作用等级对混凝土构造材料进行了规定, 本文主要针对混凝土碳化4、碱-集料反响、氯盐环境下钢筋锈蚀机理等方面分

2、别进行分析, 为钢筋混凝土电力管廊构造耐久性设计及施工提供一种思路。 1、 一般环境混凝土碳化 混凝土碳化是指在一般环境大气中的CO2或某些酸性气体与暴露在空气中的混凝土接触并且不断向混凝土内部扩散, 与华而不实碱性水化物反响的一个很复杂的多相物理化学经过, 碳化会降低混凝土构造的碱度, 毁坏钢筋外表的致密的钝化膜, 使钢筋失去钝化膜的保卫而锈蚀, 而钢筋锈蚀又将导致混凝土保卫层开裂、钢筋与混凝土之间的粘结力毁坏、构造耐久性降低等不良后果。另外, 碳化使混凝土变脆, 构件延性降低。影响碳化的主要因素是混凝土本身的密实性和碱性程度, 除此之外还有一些环境温度、湿度、二氧化碳浓度有关。混凝土碳化经

3、过的主要化学反响如下: 一般以为, 碳化对混凝土本身没有过多的危害, 相反会使混凝土强度提高。但是碳化会加剧混凝土的收缩, 使混凝土外表产生拉应力而出现微裂纹, 降低混凝土抗拉、抗折强度及抗渗能力。 碳化腐蚀耐久性作为电力管廊混凝土构造设计的基本要求之一, 构造设计阶段应首先对腐蚀性环境等级做出正确的判定并明确环境作用等级。再根据构造所处的不同环境类别、环境作用等级与构造的设计使用年限, 确定混凝土材料耐久性的主要技术要求, 包括:混凝土原材料的选用要求 (水泥、矿物掺和料、骨料以及化学外加剂的品种与质量等) , 混凝土的最低强度等级, 最大水胶比和胶凝材料的最小用量等, 50年设计使用年限的

4、电力管廊构造材料规定见表1。 2、 氯盐环境下钢筋腐蚀 氯化物环境是福建省内电力管廊工程地质条件下较为常见的一种腐蚀性环境5, 沿海城市受海水补给影响的地区, 往往存在氯盐腐蚀, 尤其是在一些临海而建的电厂或变电站送出的输变电线路工程常见该类型的腐蚀。 表1 摇一般环境管廊构造规定 钢筋混凝土中的钢筋锈蚀是一个电化学反响经过。通常情况下, 混凝土孔隙中充满着氢氧化钙的过饱和溶液, 所以混凝土具有很强的碱性, pH值一般在12以上。在这样的强碱环境中, 混凝土和钢筋之间会构成1层钝化膜, 对钢筋起到保卫作用。但是由于混凝土的碳化及氯离子的侵蚀等作用, 钝化膜遭到毁坏, 引起钢筋锈蚀。锈蚀产物体积

5、膨胀, 对周围混凝土产生压应力, 使混凝土产生顺钢筋裂缝, 引起混凝土保卫层剥落, 而保卫层剥落又会和裂缝进一步引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀后, 除了有效面积减小、委屈服从强度下降等变化外, 其与混凝土的粘结性能也会发生变化。随着钢筋锈蚀量的增加, 变形钢筋与混凝土的粘结强度比先期略有增加, 而后期则有较大幅度的衰退。钢筋与混凝土之间粘结强度的衰退, 使得钢筋的强度不能被全部利用, 进而与其他因素一起影响混凝土之间粘结强度和承载力, 构件刚度有所减小, 变形增大;横向裂缝表现为间距增大, 裂缝变宽, 进而使构件的适用性降低, 甚至可能导致混凝土构造毁坏。 作为混凝土构造耐久性最为重要的内容, 氯盐腐

6、蚀耐久性设计除了考虑混凝土材料与钢筋的保卫层最小厚度外, 一般还根据针对不同的腐蚀性情况, 适量掺入一些阻锈剂, 阻锈剂的掺和量应以试验为准, 氯盐环境下电力管廊构造材料规定, 见表2。 3 、冻融环境下管廊构造毁坏 电力管廊混凝土构造冻融毁坏研究当前还处于空白阶段, 但在蓄水电站、码头、船坞、防波堤等港工建筑物钢筋混凝土冻害早有研究6, 主要理论有浸透压及静水压理论3。但是鉴于混凝土构造冻融的复杂性, 当前还没有一种公认的混凝土冻融毁坏理论。 表2 摇氯盐环境管廊构造规定 混凝土是由砂、石子、水泥、水等组成的多相微孔隙混合料, 在拌制混凝土经过中, 为了得到一定和易性及强度的混凝土, 我们需

7、要进行混凝土配合比设计, 华而不实水是影响和易性的主要材料。一部分水介入了化学反响;一部分水则以游离的方式存在于混凝土孔隙中, 并且具有一定的体积。这种存在于混凝土孔隙中的游离水是造成混凝土构造冻融毁坏的主要因素。由于水在遇冷结冰的情况下会发生体积膨胀, 引起管廊混凝土构造的毁坏。 进一步研究表示清楚:一般情况下毛细孔游离水不至于使混凝土构造发生冻融毁坏, 只要当孔隙水处于饱和状态时才会发生冻融毁坏, 处于饱和状态的混凝土毛细孔水压力, 在反复冻融的环境下, 混凝土毛细孔内壁会遭到冻融膨胀力;当这种膨胀力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土将会发生毁坏开裂, 且裂缝会在反复膨胀力作用下贯穿, 使混

8、凝土强度损失, 最终造成电力管廊构造的完全毁坏。 针对混凝土反复冻融环境下的毁坏机理, 常见的预防措施有掺入减水剂、引气剂、控制水灰比、提高混凝土密实度、加强早期养护或渗入防冻剂等, 对应国家规范也有相应的规定, 见50年设计使用年限下, 冻融环境下电力管廊构造材料规定, 见表3。 表3 摇冻融环境管廊构造规定 注:下标a表示引气混凝土。 4、 混凝土碱-集料反响 碱-集料反响是指混凝土中的碱与集料 (水泥、沙、石、外加剂、混合料等) 中的活性物资之间发生的毁坏性化学反响, 严重影响混凝土的耐久性。该反响不同于其他几类材料因素, 且毁坏是整体式的, 当前还没有有效的修补方式方法。由于混凝土碱-

9、集料反响无法被有效阻止, 故而行业内也称之为混凝土癌症。 关于碱-集料反响机理, 国内外早有相关研究7, 主要是由于混凝土原材料中碱含量及混凝土碱活性物质的存在。混凝土中主要的原材料水泥在生产煅烧经过中会产生七八种金属氧化物, 华而不实氧化钠及氧化钾水化后容易生产氢氧化钠及氢氧化钾等碱性物质。该碱性物质与混凝土中见活性物质发生化学反响, 严重影响混凝土耐久性。当前国内(混凝土构造设计规范中已有明确条文规定, 不同的环境类别需限制水泥中碱含量。 另外混凝土中碱活性物质主要是骨料中的活性二氧化硅。这些活性的二氧化硅与混凝土中的碱发生反响, 产生一种叫做碱硅酸盐凝胶的物质。碱硅酸盐凝胶有强吸水性,

10、吸水后体积能够提高3倍, 造成混凝土膨胀开裂;开裂后容易引起其他腐蚀性物质进入电力管廊构造内部, 进一步影响管廊构造的耐久性。 关于碱活性物质当前发现的除活性二氧化硅外, 还有一些活性的碳酸钠, 总之引起碱集料反响的因素诸多, 当前也处于研究探寻求索阶段。 5、 结论与瞻望 (1) 一般环境下电力管廊的耐久性设计主要考虑混凝土的碳化作用引起钢筋的锈蚀。通过控制混凝土原材料, 包含混凝土强度、最大水胶比、保卫层厚度等来控制。当管廊构造同时承受其他作用环境时, 应按环境作用等级较高的要求进行耐久性设计。 (2) 氯盐腐蚀是滨海环境下电力管廊构造的最主要腐蚀形式。从腐蚀机理上分析, 主要是对钢筋混凝

11、土中的钢筋造成腐蚀, 设计及施工可采取加强混凝土保卫层的控制及添加钢筋阻锈剂等措施。 (3) 冻融环境下电力管廊构造毁坏主要原因是管廊混凝土内部存在游离的孔隙水。当孔隙水处于饱和状态时发生的一种构造整体式膨胀毁坏。针对毁坏机理, 在进行混凝土配合比设计时可针对性的掺入减水剂、引气剂、控制水灰比、提高混凝土密实度、加强早期养护或渗入防冻剂等措施。 (4) 碱-集料反响是影响钢筋混凝土电力管廊耐久性的主要因素之一。当前国内标准对这方面的规定比拟少, 仅(混凝土构造设计规范中有提及在使用碱活性骨料时, 应对混凝土的碱含量作了限制。今后应从影响碱-集料反响的影响因素上进一步研究改反响的耐久性机理, 为

12、工程实际提供可靠根据。 以下为参考文献 1 GB/T 50476 2008, 混凝土构造耐久性设计规范S. 2 GB/T 50046 2021, 工业建筑防腐蚀设计标准S. 3 金伟良, 赵羽习.混凝土构造耐久性研究的回首与瞻望J.浙江大学学报, 2002.36 (4) :371-378. 4 易成, 刘燕, 安新正.混凝土耐久性评价体系的缺陷与解决途径J.混凝土, 2008 (11) :32-33. 5 洪乃丰.氯盐腐蚀与钢筋阻锈剂J.混凝土, 2004 (1) :58-60. 6 王增忠.混凝土冻融环境区划与抗冻性寿命预测J.浙江大学学报, 2020, 46 (4) :650-656. 7 王增忠.混凝土碱集料反响及耐久性研究J.混凝土, 2001 (8) :16-17.