某些鹵離子(如Cl-、I-、Br-)對(duì)鈍化膜有特殊的破壞作用。它們?cè)阡摻畋Wo(hù)層不被碳化或中性化的情況下也可以破壞鋼筋鈍化膜,使腐蝕過程得以進(jìn)行。氯離子是這一類離子中最常遇到的。氯離子半徑很小,穿透力強(qiáng),很容易吸附在鋼筋陽極區(qū)的鈍化膜上,取代鈍化膜中氧離子,使鋼筋起保護(hù)作用的氫氧化鐵變?yōu)闊o保護(hù)作用的氯化鐵。氯化鐵的溶解度比氫氧化鐵的溶解度大得多。由于氯離子到達(dá)鋼筋表面的不均勻性,特別是氯離子作用在鋼筋局部區(qū)域時(shí),則局部區(qū)域?yàn)殛枠O,形成了大陰極小陽極的腐蝕。這種坑蝕或局部腐蝕對(duì)結(jié)構(gòu)的危害較大。
影響混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多,但主要的因素是混凝土的密實(shí)度,即抗?jié)B性能?;炷劣軐?shí),即抗?jié)B性能愈高,則外界的氣體只能作用于混凝土表面,向內(nèi)部滲透比較困難。影響混凝土密實(shí)度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對(duì)混凝土的中性化速度有一定的影響;不同品種的水泥,因其摻合料的品種及含量不同,水解時(shí)生成的堿性物質(zhì)數(shù)量不同,使混凝土的中性化速度也就不同了。
普通硅酸鹽水泥的熟料含量多,摻合料的含量一般不大于15%,其堿度比其它品種的水泥高,中性化速度相對(duì)的要慢?;鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥,由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時(shí)產(chǎn)生的氫氧化鈣結(jié)合,從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度,加快了碳化或中性化的速度。
3、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕除了具有普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型外,由于采用高強(qiáng)度鋼筋和鋼筋在高應(yīng)力條件下工作,所以可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和鋼材的氫脆。
(1)應(yīng)力腐蝕
應(yīng)力腐蝕是鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機(jī)械應(yīng)力破壞不同,它可以在較低的拉應(yīng)力作用下破壞;這種破壞又與單純的電化學(xué)腐蝕破壞不同,它可以在腐蝕性介質(zhì)很弱的情況下而破壞。
腐蝕性介質(zhì)與鋼筋作用,在鋼筋表面形成一個(gè)大小不等彌散分布的腐蝕坑后,每個(gè)腐蝕坑相當(dāng)于一個(gè)缺口,鋼筋在拉應(yīng)力的作用下,形成應(yīng)力的不均勻分布和應(yīng)力集中,在缺口的邊緣,當(dāng)鋼筋平均應(yīng)力不高時(shí),其集中的應(yīng)力即可達(dá)到斷裂應(yīng)力的水平,而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在,形成了拉應(yīng)力三軸不相等狀態(tài),阻礙了鋼筋塑性變形的開展,使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發(fā)揮出來,延伸率、冷彎等塑性指標(biāo)均有明顯下降。預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的結(jié)果,腐蝕因素對(duì)鋼筋斷裂的最初形成起主要作用,而拉應(yīng)力則促進(jìn)了腐蝕的發(fā)展。
?。?)氫脆
氫脆是預(yù)應(yīng)力鋼筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應(yīng)力腐蝕的機(jī)理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽極,而氫脆發(fā)生在鋼筋的陰極區(qū)域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫,而使其變脆,所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中,表面可能有少量氫氣產(chǎn)生,在通常情況下,生成的原子氫會(huì)迅速結(jié)成分子氫,在常溫下是無害的,但當(dāng)這一過程受到阻礙時(shí),氫原子就會(huì)向鋼筋內(nèi)部擴(kuò)散而被吸收到金屬內(nèi)部的晶格中去,如果鋼筋內(nèi)部有缺陷存在,氫原子很可能重新結(jié)合成為氫分子。氫分子的生成產(chǎn)生很大的壓力,出現(xiàn)"鼓泡"現(xiàn)象。使鋼筋變脆。產(chǎn)生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時(shí),便會(huì)發(fā)生斷裂。硫化氫是能引起預(yù)應(yīng)力鋼筋氫脆的介質(zhì)之一。
4、纖維混凝土結(jié)構(gòu)
我國工程中常見的纖維混凝土為鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土以及聚丙烯纖維混凝土。它們均是將纖維材料均勻分布在水泥砂漿、混凝土中,用以改變基材的物理力學(xué)性能。
纖維混凝土的腐蝕機(jī)理與普通混凝土基本相同,但纖維的直徑較細(xì),且均勻分布,其耐久性相對(duì)普通混凝土要強(qiáng)一些。開裂的纖維混凝土構(gòu)件在潮濕的環(huán)境下,裂縫處的混凝土碳化后,碳化區(qū)的鋼纖維開始銹蝕。有研究表面,鋼纖維混凝土中鋼筋的銹蝕較普通混凝土鋼筋的銹蝕減輕,其原因除了鋼纖維阻裂作用的影響外,還在于細(xì)小纖維在混凝土中亂向均勻分布,從而改變了鋼筋電化學(xué)銹蝕的離子分布狀態(tài),阻止了鋼筋的銹蝕。
5、輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)及加氣混凝土
輕骨料混凝土的腐蝕機(jī)理與類型基本與普通混凝土相同,由于大多數(shù)輕骨料抵抗氣體擴(kuò)散能力較低,腐蝕性氣體較易滲入內(nèi)部,因此必須控制輕骨料混凝土的密實(shí)度。
加氣混凝土的顯氣孔較多,不致密,吸水率高,碳化速度較快,在正常使用條件下尚需對(duì)鋼筋進(jìn)行表面涂覆保護(hù)層,而且加氣混凝土表面氣孔多,不容易進(jìn)行保護(hù),所以在腐蝕環(huán)境下不宜使用加氣混凝土。
三、預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的措施
對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防應(yīng)針對(duì)其不同的結(jié)構(gòu)組成制定不同的措施。
1、原材料的選擇
?。?)水泥
水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結(jié)材料。水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié)、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蝕,水泥砂漿和混凝土的性能將不復(fù)存在。由于各種水泥的礦物質(zhì)組份不同,因而它們對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)的耐蝕性就有差異。正確選用水泥品種,對(duì)保證工程的耐久性與節(jié)約投資有重要意義。
水泥按其用途及性能要求分為三類,即通用水泥、專用水泥和特殊水泥。