滨海环境地下混凝土结构的抗腐蚀性分析

2022-11-24谢伟

建筑与装饰 2022年19期

关键词：氢氧化钙现象钢筋

谢伟

中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司辽宁沈阳 110179

引言

海洋环境通常包括海水环境、海岸环境、海风环境等，滨海地区地下工程混凝土结构较多处于海岸环境，如果不采取有效措施，将受到严重侵蚀。

1 海岸环境介质对混凝土的破坏形式

海岸环境对混凝土结构的破坏形式主要表现为腐蚀性破坏、盐结晶破坏、钢筋腐蚀破坏等形式。

1.1 腐蚀性破坏

根据介质对混凝土的破坏，其腐蚀主要表现为如下几种形式：①溶出型破坏。水泥在强氧化钙的作用下，非常容易发生溶解现象，混凝土晶体在长期作用下，强度会不断降低，在流水以及压力的作用下，容易发生比较严重的流失问题，混凝土碱度会不断降低，最终导致物质水化现象的发生，混凝土被破坏。②分解型破坏。其主要是指各种酸性物质直接与混凝土成分发生反应，如镁离子和氢氧根发生沉淀反应。③膨胀型破坏。其主要是指环境当中的硫酸根离子与水泥水化产物生成氢氧化钙，生成水化铝酸钙，由于生成的高硫型的硫铝酸钙晶体中含有大量的结晶水，从而导致水泥石的体积得到较大幅度的增加，从而在混凝土内部产生较大的膨胀压力，并最终能导致混凝土开裂现象的发生。

1.2 破坏

受到混凝土结构毛细压力的作用，与混凝土接触的海水可以被混凝土毛细管提升，在空气湿度降低后，毛细管当中的水分就会直接蒸发到空气当中，毛细管当中的溶液就会被压缩，从而导致盐结晶情况的发生，并会在一定程度上结晶生长，其结晶生长过程中溶液受到毛细孔壁的限制，并对孔壁产生一定的作用力，如果作用力超过一定的幅值，容易导致混凝土开裂现象的发生。

1.3 钢筋腐蚀破坏

钢筋腐蚀破坏是指混凝土保护层受到电化学腐蚀的影像，其中腐蚀性物质就会产生膨胀作用，其膨胀压力会远远大于混凝土的极限强度，严重时容易出现混凝土开裂和钢筋失效情况的发生。在滨海环境中，存在较多的氯盐，其在与钢筋长期作用下，容易导致液态侵蚀现象的发生，钢筋腐蚀情况会加剧，该情况在预应力钢筋结构中更为常见，腐蚀破坏现象会更加严重。

1.4 混凝土遭受的腐蚀性因素

在液态海岸环境中存在较多的氯离子、镁离子、硫酸根离子。水泥当中会产生较多的水化铝酸钙和氢氧化钙，一旦水泥当中氢氧化钙发生了较为严重的溶解和流失问题，就容易导致混凝土结构分解和破坏现象的发生。其中氢氧化钙和水化铝酸钙可以发生反应生成钙矾石，其会直接导致混凝土结构内部体积变大，从而导致严重的结构内部应力。对构件的腐蚀一般是从孔隙和裂隙中开始发生的，混凝土的抗渗性能对腐蚀速度有着非常直接的影像，抗渗性能直接决定了混凝土的密实性[1]。

2 海岸环境混凝土结构耐久性设计

为了保证混凝土使用的耐久性，需要做好混凝土的设计、施工和使用，让其在稳定的环境中，在一个比较明确的时间段内，可以有效维持的自身的外观，并不用花费太多的时间和精力来进行维护，保证其结构强度和性能满足使用的基本要求，避免出现混凝土结构失效情况的发生，或者让混凝土外观变得非常难以接受。根据结构的重要性，需要能够有效对各种因素进行协调，通过保持稳定的性能来保证使用寿命，这就需要做好结构设计、施工和维护工作。

2.1 混凝土结构设计

在混凝土结构设计过程中，需要认真做好结构设计优化工作，对相关构件按照要求开展维护工作，尽量避免寿命期限内出现大修的现象，并按照《建筑结构设计统一标准》来设计其工作寿命，根据相关业主的要求，其结构的工作寿命应该保持在50年，但其中部分构件的寿命应该具有100年以上的使用寿命，对于不重要的构件可以适当缩短其寿命，但通常情况下不得少于25年。在工作寿命设计过程中，应该认真做好以下的工作：①在工程设计过程中，应该最大限度提升结构的坚固性，从而有效提升抵抗侵蚀的能力。②对于各种辅助性的设施，如排水设施、支撑和接头等，应该能够做到对这些部件及时进行更换。③对于各种有特殊要求的防护措施，从而保证重要结构具有较长的寿命保证。④保证其结构性寿命可以在不需要频繁维护下，可以得到基本的保障。⑤为了提升结构使用效果，可以采用不同耐久性措施，同时，使用的措施在前面的损坏之后，可由另外一个来进行替换。⑥在结构设计中应该保持一定的检查、检修口，从而保证整个结构在预期寿命内更加及时地开展检查和维护工作。

2.2 结构形式

对于暴露的混凝土结构其在与环境相互作用过程中，会对其结构形式造成较为严重的影像，发生结构退化的敏感度会不断增加，严重影响到结构的使用寿命，结构后期维护费用也相对较多。此外，如果结构发生了严重的老化问题，也会在一定程度上增加退化的可能性。为了有效避免该问题的出现，就需要认真做好暴露结构形状、类型和接缝浇筑、施工缝、连接选择工作，从而避免腐蚀区域出现严重危险集中问题，避免过多的腐蚀性液态物质以扩散形式进入到混凝土内部，从而对混凝土造成严重的腐蚀问题，需要认真做好混凝土表面的排水工作，并注意以下几个问题：①应该避免在接缝和止水带上直接进行排水，将承受潮湿、溅水、积水的面积努力降到最低。②对于建筑的立面应该采取必要的排水措施，如果方便应该进行清洗。③合理在结构中设置必要的孔洞，让其起到排水和通风的作用。④应该采取必要的预应力管道灌浆，并对预应力锚筋区域采取必要的保护措施。⑤应该避免在结构上出现严重的裂缝，否则不仅对结构强度造成严重的影响，甚至会造成腐蚀介质入侵现象的发生。⑥对于那些腐蚀破坏比较严重的结构件，应该及时进行更换处理[2]。

2.3 合理选择混凝土材料和保护层厚度

为了提升混凝土结构的耐久性，应该最大限度保证混凝土的低渗透性，并在配置混凝土过程中，保证拌和物的均匀性和稳定性，从而保证混凝土的密实性、界面结构、尺寸稳定性，避免由于温度应力导致裂缝问题的发生。将混凝土干缩现象力争降到最低，保证混凝土当中的C3S和C3A含量在合理的区间范围，避免混凝土当中出现氢氧化钙和水化铝酸钙过多现象的出现，减少液态物质当中的盐分对混凝土结构造成严重的腐蚀问题，并对混凝土集配合理进行选择。在含有氯离子的条件下，应该尽量选择状态良好的骨料，并合理使用外加剂，最大限度避免离析和泌水现象的发生，降低混凝土的渗透性，通过对粉煤灰合理进行使用，可以起到减水、增浆、分散、活化的作用，保证混凝土的耐久性。大量工程实践表明，通过合理对粉煤灰进行使用，可以有效提升混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力，并能够在一定程度上提升对氯离子的渗透阻力。对于钢筋保护层厚度，其不应该小于钢筋的直径，并满足《工业建筑防腐蚀设计规范》的基本要求。根据海港钢筋混凝土结构实际设计要求，对于设计工作寿命超过100年的结构，需要适当增加混凝土的防护厚度。

2.4 细部构造

在对混凝土结构布筋过程中，应该最大程度保证操作的可行性，通过采用三向钢筋笼的形式，从而保证混凝土的整体坚固性，并对暴露结构中的施工缝合理进行选择，暴露结构应该满足环境应用要求，避免缝位置处出现过大的水平应力和变异，合理有效控制混凝土接缝积水现象，对于构件的薄弱区域，应该尽量避开干湿交替位置和浪溅区。

2.5 裂缝的控制

对于海洋海岸环境中使用的预应力混凝土，应该保证其在整个使用寿命内不会出现严重的局部钝化问题，混凝土内部拉应力在合理的区间范围。

3 其他的一些防腐措施

3.1 对钢筋涂刷环氧层

为了有效提升钢筋的防腐性能，可以在钢筋表层涂覆一层环氧涂层，该技术经过多年的发展已经非常成熟，在各种工程中应用越来越普遍。根据相关调查显示，钢筋在涂刷环氧涂层之后，其使用寿命会延长20年左右。当前，该技术在各国已经得到越来越普遍的应用，并已经成功制定了相关的涂层钢筋规范。为了有效提升滨海环境钢筋混凝土结构的抗腐蚀形式，可以对钢筋采用该技术，其会在很大程度上提升钢筋混凝土的使用寿命[3]。

3.2 阻锈剂

使用符合环境保护要求的渗入型的阻锈剂。该型阻锈剂属于一种低渗透性的低黏度液体，可以直接涂刷在混凝土表面，并通过毛细孔表面张力作用，从而有效吸入到混凝土表层，并沉积在钢筋表明，从而形成保护薄膜，并能够将钢筋表面的氯离子置换出来，让钢筋发生钝化反应。通过将该阻锈剂涂刷在钢筋表明，可以有效提升钢筋的抗腐蚀性能。

3.3 阴极保护以及电化学处理

阴极保护属于一种电化学保护措施，其在各种管道工程中的应用最为普遍。我国很多滨海区域的浪溅板都采用了该防护措施。通过该防护措施的应用，其凭借原电池原理来对混凝土当中的钢筋进行防护。大量实践证明，这项技术对于防止局部修补后的腐蚀问题非常有效。

3.4 纤维加劲塑料

其通过将纤维包裹在树脂母体上，从而形成一种复合材料，其主要分为玻璃纤维加劲塑料、芳纶纤维加劲塑料和碳纤维加劲塑料。FRP是从20世纪40年代开始发展起来的一种新材料，其具有使用强度高、重量轻、耐疲劳能力强的优点，但由于价格相对较高，在工程中的应用还不够普遍，但最近几年在混凝土结构修补中的应用越来越多，其凭借施工简单、使用可靠的优点，已经取得了非常大的发展。其在修补加固工程中的应用可以分为两类，其分别是喷射纤维加劲材料以及将纤维加劲布粘贴到结构表面上，从而起到加强结构以及增强结构密封性的作用[4]。

3.5 浆膜内衬技术

利用浆膜内衬技术将多点锚固PE板与混凝土结构结合在一起，这种技术的优势在于为混凝土结构加装一层防护层的同时，因为注入的是水泥砂浆，这些浆液也会把混凝土结构产生裂缝的地方全部密封。这种方法是使结构、防护双双达到目的。在加装完之后，混凝土结构还能够获得防腐、防水、防渗的作用，同时因为多点锚固PE板的断裂伸长率与拉伸率都非常的出色，也不会轻易出现开裂的现象；再加上特殊的锚固结构使得每平方米产生420kN的拉拔力，亦能够保证安装完之后的多点锚固PE板不会轻易出现脱落的现象。而接口处也会利用焊机完美地把板与板直接完全密封，形成一个美观、平整、密封的整体，可以说多点锚固PE板拥有着其他材料无法媲美的优势，是混凝土结构防渗的最佳材料。

3.6 碳化

为了提升混凝土的抗腐蚀能力，可以让混凝土当中的氢氧化钙与空气当中的二氧化碳发生反应，从而生成碳酸钙。由于混凝土当中存在氢氧化钙，其可以让混凝土保持碱性，从而有利于钢筋发生钝化作用。在碳化锋面到达钢筋时，通过碳化让被C-S-H胶体黏结的氯离子周围形成活动的氯离子，让其中的钢筋容易发生腐蚀作用。碳化作用对混凝土也可以起到有益的作用。在密实的混凝土中，如果碳化深度在一定范围，其碳化生成的硅、铝和氧化铁骨架就会被碳酸钙填充，不仅可以提升混凝土强度，还可以降低混凝土的渗透性。