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近海大气环境下的钢筋混凝土保护技术研究

时间:2021-06-17 14:12 | 人气:
近海大气环境下的钢筋混凝土保护技术研究
       摘 要: 临海盐雾区域大气氯离子对钢筋混凝土结构造成渗入性侵蚀破坏。本文通过侵入型混凝土保护剂应用后吸水降低率、
氯离子降低率、 抗碳化性能、 抗渗性能、 渗透深度等性能研究, 结合试点工程, 得出该保护剂对临海盐雾区域钢筋混凝土结构的防护具
有较高的应用价值。
    
在近海大气环境下, 人们经常可以看到, 钢筋混凝土结构由于盐析返霜、 钢筋锈蚀、 表层膨胀剥落而破坏, 这是因为当地的砂石、 水及空气中富含水溶性盐造成的。在漫长的施
工和使用过程中, 氯离子随海风、 海雾、 雨水等各种途径, 附着到钢筋混凝土结构的内部、 表面, 通过计算得知, 即使是距海500 m处的钢筋混凝土结构,每平方米每年吸附的氯离子也有10 . 77115 g,可见危害之大。提高钢筋混凝土构筑物的耐久性, 可以从两个方面人手: 一是提高混凝土的密实性;
 二是适当的防护措施以降低侵蚀性介质的侵蚀。
对钢筋混凝土结构采取防护措施的目的是防止或限制侵蚀性介质与钢筋混凝土的接触。钢筋混凝土防护技术的研究在国外早已被人们所关注, 如国际材料与建筑结构试验研究所联合会( R I L E M) 在上世纪6 0 年代就有相关研究成果的国际性学术讨论会召开! ’ 〕 。传统的防护材料有环氧树脂、聚氨醋、 丙烯酸树脂、 氯化橡胶及乙烯树脂等涂料, 但它们有着耐碱性弱、 附着力小、 耐久性差、 施工不便等诸多问题, 制约了这些材料的使用。美国在建设工程中实行“ 全寿命经济分析法” ( L C C A) , 对钢筋混凝土结构防护技术的应用研究颇多建树, 从2 0 世纪9 0年代起, 就将新型有机硅材料广泛地应用于钢筋混凝土结构防护领域。
1 应用前提研究
    目前, 世界发达国家对各类钢筋混凝土构筑物都规定有设计使用年限。英国B S 5 4 0 0规定为1 3 0年, 美国A A S H T O规定为8 0年以上。很多国家对7 0 %以上的钢筋混凝土构筑物做了外保护。金沙电子游戏官方入口3983国对此还未做明确规定, 但从近几年开始, 一些重点工程已注意投资对钢筋混凝土进行外保护。
海港工程混凝土保护剂
        混凝土是一种耐久性较好的建筑材料, 但在化学侵蚀介质的作用下, 它保持自身工作能力是较差的。混凝土缺陷主要表现在其内部的孔隙和微细裂缝, 这种孔隙( 孔径大于2 5  u m) 又互相连通。自然空间环境中存在的二氧化碳、 水分、 氯离子、 酸雨等就可以通过上述孔隙和裂缝进人混凝土结构内部, 造成一系列侵蚀, 给裸露的混凝土造成病害, 出现混凝土碳化反应、 碱骨料反应、 冻融破坏、 腐蚀性化学物质侵蚀和结构钢筋锈蚀。如不及时针对混凝土病害进行科学有效的维修保护, 运营中的构筑物轻则会出现外表层支离破碎、 钢筋生锈, 影响建筑物美观, 重则会出现结构强度下降,严重影响人民生活及生产安全。浙江省建筑科学设计研究院是国内从事钢筋混凝土防护技术研究较早的单位, 1 9 8 4年, 完成建设部委托的“ 临海盐雾区域混凝土构件保护层最小厚度问题的调查” 报告, 提出: “ 近海大气中氯离子的浓度, 已对混凝土内钢筋锈蚀, 构成较为严重程度的影响” 的结论。并承担完成了建设部1 9 8 5年科技发展项目《 大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及使用年限》 中的子项目“ 近海大气氯离子含量与距离的关系” 和“ 沿海大气氯离子在混凝土中的渗透” 研究川。 该项目主要研究近海大气中氯离子含量对混凝土内钢筋锈蚀的程度与影响。主要成果有: 调查了近海大气中氯离子对建筑物影响, 在使用2 0 年后, 其穿透深度达到混凝土碳化前沿2 0  m m, 导致钢筋锈蚀; 探索了沿海地区混凝土的碳化与钢锈均快的缘由, 建议采取必要措施; 对近海地区的建筑物混凝土, 应规定采用较低的水灰比, 通过大量试验与调查表明: “ 由外界渗透进人已硬化混凝土中的氯离子( 近海大气盐雾) , 比之预先混合在( 作抗冻剂加人或集料中带人) 新鲜混凝土中的氯离子侵蚀严重。 ”
    工程实践中反映出的情况也客观证实了这些问题存在。
例如, 舟山地区某小区1 " 楼住宅, 1 9 9 5 年1 2 月竣工, 至1 9 9 8年因钢筋严重锈蚀、 混凝土疏松等原因被鉴定为危房, 于1 9 9 9 年底实施拆除。通过对该工程抽样检测, 基础与上部结构的钢筋、 混凝土质量情况有明显差异。基础中的混凝土芯样抗压强度达到设计强度C 2 0的1 2 2 %, 而上部结构的还不足5 0 %; 基础中 结构钢筋均完好, 而上部结构的受力钢筋普遍锈蚀严重, 局部处个别钢筋的有效截面只有原来的2 / 3 a经审查, 基础与上部结构的施工条件、 工艺及原材料无差异,排除影响该工程耐久性的其它不可知因素, 有一点金沙电子游戏官方入口3983应该注意到, 即上部结构处于近海大气环境下, 而基础则处在相
对封闭环境。
综上所述, 临海盐雾区域较内陆地区, 由于环境中侵蚀性介质的影响, 钢筋混凝土结构的防护技术的应用更具有现实意义。
2 侵入型混凝土保护剂的性能研究有机硅材料是一种典型的半无机高分子, 有机硅树脂的结构是与石英和玻璃相同的硅氧烷键( s i - o - s i ) 构成的一种无机聚合物, 正是这种结构特征使它具有其它材料不能同时具备的一系列优良性能。由于以硅氧烷键(  s i - o - s i ) 为骨架, 因此热分解温度高, 通常在2 5 0 ℃以下都稳定。由于难以产生由紫外线引起的游离基反应, 也不宜产生氧化反应, 因此耐候性极佳, 与硅酸盐材料同寿命。由于分子中甲基的排列使其具有憎水性, 因此其材料的吸水性小。 随着分子偶联技术和溶液一凝胶技术的发展, 高渗透型有机硅烷和硅氧烷材料相继诞生, 用这类材料对混凝土表面进行处理, 使钢筋混凝土结构耐久性有较大提高。有机硅混凝土保护剂能侵入到混凝土材料表层内, 首先与碱性介质中的暴露面及其中的水份反应, 生成经基团, 经基与硅酸盐材料缩合从而牢固地和基材连接起来, 固化后可在基层4  m m内形成明显的三维交联有机硅聚合物混凝土, 赋予材料表面永久的憎水结构保护层, 可提高混凝土的密实性, 减少侵蚀
性介质对混凝土的渗透, 提高钢筋混凝土结构的使用寿命,从而较大程度降低了未来维护费用。侵人型混凝土保护剂是金沙电子游戏官方入口3983-金沙电子游戏官网引进国外先进的钢筋混凝土结构防护技术而开发的产品, 依据金沙电子游戏官方入口3983-金沙电子游戏官网在《 大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及使用年限》 项目中的研究成果, 选择
了对钢筋混凝土结构更不利的临海盐雾区域大气条件, 有针对性地进行性能研究。
试验用混凝土的要求( 需做提高抗渗性试验的
试件除外)
试验用的混凝土强度等级为C 5 0 ,  R 2 8  >  5 0  M P a 或C 3 0 ,>3 0  MP a .
试验用的基准混凝土试件尺寸为1 0 0  m m  x  1 0 0  m m  x1 0 0  mmo原材料:水泥: 5 2 . 5 P .  I( 普通硅酸盐水泥) ;砂: 标准砂;碎石: 5 一 2 5 连续级配;水: 自 来水;外加剂: 高效减水剂。
2 . 2 试验试件的制备
    混凝土试块成型后在标准条件下养护2 8  d, 试块取出后, 擦干表面, 放人5 0 ℃烘箱烘至恒重, 待冷至室温时, 开始制备试验用试件。
    试块6 个面按要求先涂刷侵人型混凝土保护剂1 ; 液, 刷涂二道, 使被涂表面饱和溢流, 至少有55 保持“ 看上去是湿的镜面” 状态, 每遍用量约为1 0 0  m V 时, 两遍时间间隔至少6 h 。待表面干燥后再涂刷侵人型混凝土保护剂2 " 液, 每遍用量约为1 0 0  m l / 耐, 涂刷两道, 间隔1 一 2h 。然后在室温条件下放置7d , 待其自 然干燥。2 . 3 试验
2 . 3 . 1 吸水降低率
       以C 5 0 混凝土为基准, 吸水降低率的测试应在最后一次刷涂侵人型混凝土保护剂后至少7d , 进行对比实验。在试验前所有试件经1 0 5 ℃烘箱烘4 8 士 0 . 5  h 后开始试验。把试件( 基准试件和刷涂侵人型混凝土保护剂的被测试件各3块) 称重后放人2 3 ℃水中分别浸泡6h , 2 4h 和4 8  h 后, 表面擦干称重, 计算吸水率。浸泡时, 采用合适的容器, 容器底部可放置多根直径1 0  m m的玻璃棒, 试件放于玻璃棒上, 水面以低于试件上表面2 0  m m为宜。各时段吸水降低率以基准混凝土为0 %计算。
计算公式如下: 
吸水率二【 ( 试验后的质量一 试验前的质量) / 试验前的质量】 x  1 0 0 %吸水降低率=【 ( 基准试件的吸水率一 被测试件的吸水率) / 基准试件的吸水率」 x  1 0 0 %C 5 0 基准混凝土吸水率及吸水降低率见表t o  C 5 0混凝土试件表面经侵人型混凝土保护剂涂刷后吸水率及吸水降低率见表2 .
          
清水混凝土保护剂
 试 验 结 果 表 明 , 经 侵人 型 媲 凝 土 保 护 剂 处 理 后, 混 凝 土表面无色、 无膜, 不憎水, 不影响下一道施工工序, 但混凝土材料内部形成了憎水结构保护层。2 . 3 . 2 混凝土氯离子降低率金沙电子游戏官方入口3983-金沙电子游戏官网采用湿烛装置— 硫氰酸汞测定方法, 自1 9 8 6 年5月至1 9 8 8 年7 月, 选择舟山地区岛屿, 历时两年多的布点、 采样、 分析的试验过程, 得到海大气氯离子含量值( 见表3 )
混凝土保护
 
 大气中的氯离子吸附在建筑物的表面, 缓慢向混凝土内部渗透。对混凝土内钢筋锈蚀程度的影响程度如何?日 本的K a s h i n o 研究了在实验室和自然条件下, 钢筋开始锈蚀时
钢筋与碳化前沿的距离。没有氯离子, 碳化深人到距钢筋8  m m 时, 钢筋开始锈蚀; 当有氯离子存在, 则在距钢筋2 0  m m时, 钢筋开始生锈, 说明氯离子对混凝土作用的前锋, 可以超过碳化作用前沿很多。参照临海盐雾区域钢筋混凝土结构受侵蚀性介质危害
的特点, 金沙电子游戏官方入口3983-金沙电子游戏官网自行制订实验方案并测试了经四次盐雾循环试验后( 6 0 ' C  , 5 %  N a C I ) 混凝土氯离子的降低率, 对侵人型混凝土保护剂降低有害离子侵蚀性的效果进行研究。
 以C 5 0 混凝土为基准, 本测试只对试件的一个表面刷涂保护剂, 称为原表面, 除原表面外, 其余各面包括原表面上小于5  m m的周边, 均涂以无溶剂环氧涂料加以密封, 试件养护7d 后进行试验。试件以在盐雾( 6 0 ' C  , 5 %  N a C I ) 中放置5  d ,然后4 0 ℃干燥2d 为一个循环, 共进行四次循环。然后从试件原表面的5  m m深度以下处取样, 取样深度约5一 2 5  m m,磨细后按混凝土酸溶性氯化物含量测定法分析所得粉样的氯化物含量( 见表4 ) 。
氯离子降低率以基准混凝土为0 %计算。 计算公式如下:氯离子降低率二 【 ( 基准试件的氯离子含量一 被测试件的氯离子含量) / 基准试件的氯离子含量」 x  1 0 0 %。试验结果表明, 侵人型混凝土保护剂的使用, 大大降低了氯离子对混凝土的侵蚀性渗透。
2 . 3 . 3 抗碳化性能
以C 3 0 混凝土为基准, 在实验用混凝土的一个表面按上述方法涂侵人型混凝土保护剂, 其余表面用热融的石蜡密封。养护7 d 后, 在碳化箱内进行碳化对比试验, 碳化时间分
别为7 d , 1 4 d 和2 8  d , 碳化箱中c o : 的浓度为2 0  * 3 %, 相对湿度为7 0 士 5 %, 试验温度为2 0土 5 9 C 。试验结束后, 分别测量基准混凝土和涂侵人型混凝土保护剂的混凝土的碳化深度, 计算碳化速度降低率( 见表5 )碳化速度降低率=【 ( 基准混凝土碳化深度一 涂侵人型混凝土保护剂的混凝土碳化深度) / 基准混凝土碳化深度]x  1 0 0 %
海港混凝土保护剂 
试验结果表明, 侵人型混凝土保护剂的使用处理后, 混凝土的抗碳化性能得到较大提高。
2 . 3 . 4 侵人型混凝土保护剂在混凝土表层的渗透深度经侵人型混凝土保护剂处理后, 在混凝土表层内形成明显的有一定厚度的憎水性有机硅聚合物。以C 5 0 混凝土为基准, 经侵人型混凝土保护剂处理的试件, 在室温条件下干燥7 d 后, 垂直劈开试块, 以水湿润, 测定每块试件的侵入型混凝土保护剂渗透深度, 以渗透深度的算术平均值表示。
混凝土保护剂指标
2 . 3 . 5 抗渗性能
 经侵人型混凝土保护剂处理后, 基层内形成了有机硅聚合物, 通过对混凝土的抗渗性的测试, 证实了侵人型混凝土保护剂对提高混凝土密实性的特殊功效。用4 2 .  5 P .  I( 普通硅酸盐水泥) 、 标准砂、 碎石配制的混凝土拌和物, 制作。 1 7 5  x  0 1 8 5  x  1 5 0  m m的S 6 抗渗标准试件6 个, 经标准 养护2 8  d 后。 先将混凝土试件按G B 8 2 一 8 5抗渗试验, 进行透水压力测定。然后, 将试件卸下, 在烘干后, 再在试件迎水面涂刷侵人型混凝土保护剂, 然后在室温条件下放置7d 后, 重新装模, 进行抗渗试验( 见表6 ) , 测定透水压力( 见表7 ) 。砂浆抗渗性试验按J C 4 7 4 进行, 方法同上。
2 . 2 灌注饱和度将灌注好的混凝土垂直于裂缝切开观察, 结果发现灌注胶与混凝土结合密实, 无空洞存在, 呈均匀状态。说明采用灌注胶修补裂缝可以充分发挥其良好的流动性和浸润性, 增强了混凝土的整体性。
2 . 3 杭折试验
在已经采用灌注胶进行裂缝修补的混凝土块上, 垂直于裂缝方向切取三条4 0  m m  x  4 0  m m  x  1 6 0  m m的试块( 要包含裂缝) , 然后进行抗折试验。结果三条混凝土块均在裂缝外断裂, 这充分说明该混凝土较薄弱的裂缝处已得到修整, 弥补了原来的缺陷。
清水混凝土
刷涂侵入型混凝土保护剂后砂浆透水压力提高为 0 .  8  M P a .
清水混凝土
 刷涂侵人型混凝土保护剂后混凝土透水压力提高为1 .  1  M P a .试验结果表明, 侵人型混凝土保护剂可极大改善混凝土的密实性, 从而提高了混凝土的抗渗性能。
3 侵入型混凝土保护剂的应用
从侵入型混凝土保护剂的作用机理、 技术特性分析, 可以得出, 其满足作为钢筋混凝土结构防护技术产品的要求,尤其对临海盐雾区域的钢筋混凝土结构防护具有较高的应用价值。钢筋保护层厚度达不到国家规定的设计要求, 势必影响该建设工程的合理使用年限, 在大气氯离子浓度较高的临海盐雾区域, 其危害更甚, 因为钢筋保护层已不单纯是防止混凝土碳化而采取的措施, 进行技术处理具有必要性。 根据金沙电子游戏官方入口3983-金沙电子游戏官网1 9 8 4年完成的“ 临海盐雾区域混凝土构件保护层最小厚度问题的调查” 报告所载, 日本K a s h i n o 的研究结果确实可信, 尤其是氯离子能穿过混凝土碳化前沿2 0  m m  ,使钢筋开始生锈的现象尚不在少数, 此时建筑物一般已使用4 结 论
通过上述试验, 可以得到如下结论:
 ( 1 ) 环氧灌注胶具有许多优良的物理力学性能, 优于普通的混凝土。运用灌注胶进行裂缝修补不会降低原混凝土强度。
( 2 ) 环氧灌注胶具有良好的流动性与浸润性, 能够保证灌注的饱满性, 使胶体与混凝土之间结合密实。
 ( 3 ) 环氧灌注胶改善了混凝土裂缝导致的薄弱环节, 弥补了原来的缺陷, 由此可见化学灌浆是一种进行混凝土裂缝修补的有效方法。
2 0  a 左右。氯离子的穿透层几乎接近内陆地区建筑结构混凝土的保护层厚度。
          蓝宝集佳海港保护剂采用侵人型混凝土保护剂进行技术处理, 固化后内部形成的4  m m密实、 憎水的有机硅聚合物混凝土, 能够使混凝土的碳化速度降低约8 0 %、 氯离子渗透降低约9 0 %, 在一般情况下, 完全可以弥补因钢筋保护层厚度不足而造成的防护功能缺陷。 经侵人型混凝土保护剂处理的混凝土, 不改变原有的外观, 无色无膜, 不憎水, 不影响下一道施工工序。侵人型混凝土保护剂作为临海区域钢筋混凝土防护技术, 金沙电子游戏官方入口3983-金沙电子游戏官网在浙江舟山地区进行了~定的工程应用研究, 如舟山市行政中心、 财税大楼、 金枫花园二期、 西园新村等项目, 都采用了P C  - 4 0混凝土保护剂, 使用面积近2 0 0 0甘, 取得了预期的良好效果。侵人型混凝土保护剂可以广泛应用于临海盐雾区域工业与民用建筑工程、 大坝、 渡槽、 高速公路、 机场跑道、 桥梁、冷却塔等钢筋混凝土构筑物的防护处理。

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