1. 重視選材
1·1 水泥
水泥是混凝土的重要組成部分,其性質對混凝土結構耐久性有著重要影響.根據腐蝕環境的不同,合理選擇水泥品種有利于提高混凝土的耐久性.水泥中的堿性物質能在鋼筋表面形成鈍化膜,這也是混凝土能夠保護鋼筋免遭銹蝕的基本條件.有資料表明[5]:當混凝土的pH值<9.88時,鈍化膜生成困難或已經生成的鈍化膜逐漸破壞;當pH值處于9.88~11.5之間時,鋼筋表面的鈍化膜不完整,不能完全保護鋼筋免受腐蝕;當pH值>11.5時,鋼筋才能完全處于鈍化狀態.然而隨著水泥中堿含量的增加,發生堿骨料反應的概率也將增大,對混凝土的耐久性也不利.因此,無論選擇低堿水泥還是高堿水泥,都應按實際情況考慮以上2種不利影響.如果有條件使用非堿活性骨料,那么水泥中的堿含量可不受限;若條件不允許,應嚴格控制進入混凝土中的K+、Na+,最大限度地保持混凝土的高堿環境;否則,要采用附加措施,如使用鋼筋阻銹劑、環氧涂層鋼筋等.對于硫酸鹽腐蝕環境,可考慮選擇抗硫酸鹽硅酸鹽水泥.但要根據實際的腐蝕環境,合理選擇水泥品種.喬宏霞等通過研究表明[6]:抗硫酸鹽水泥在抵抗硫酸鹽侵蝕過程中有一定效果,但并不能在惡劣環境下堅持太長時間,尤其在干濕交替的惡劣環境下,抗硫酸鹽水泥并不比普通水泥好.值得注意的是,抗硫酸鹽水泥只是對一定質量濃度的硫酸根離子的純硫酸鹽有耐腐蝕性,并不能耐一切硫酸鹽介質的腐蝕(如對硫酸銨、硫酸鎂、硫酸等).一般來說,當SO2-4質量濃度低于2500mg/L時,可選擇中抗硫酸鹽水泥(C3A<5%, C3S<50% )或摻粉煤灰的普通水泥;當SO2-4質量濃度低于8000mg/L時,可選用高抗硫酸鹽水泥(C3A<2%,C3S<35% )或摻粉煤灰的中抗硫酸鹽水泥;當SO2-4質量濃度高于8000mg/L或處于干濕循環、凍融循環等嚴酷環境下,不能簡單地選擇抗硫酸鹽水泥,應考慮其他措施.總的來說,在腐蝕環境下,水泥的選擇應根據實際情況綜合確定.但必須注意的是,在腐蝕環境下不應采用硅酸鹽水泥,尤其不能用于永久性的地下基礎結構.
1·2 外加劑
外加劑是一種摻量小,但對混凝土性能影響巨大的新材料,也是研制高性能混凝土必不可少的成分之一.其優點雖然很多,但也有弊端.所以,在今后使用外加劑時,應著重注意以下幾
個方面: (1)深入研究外加劑的后期工作機理.由于外加劑的的發展歷史并不長,人們對其后期工作機理研究得并不是很透徹,對它們進行全面、正確的認識還有待于長期的、大量的工程實踐和研究;否則,難以保證其長期有效性. (2)綜合考慮外加劑的所有不利影響.使用外加劑時,除了要看到它有利的一面,還要重視其不利的一面.(3)嚴格控制外加劑中的有害雜質含量. (4)積極推廣技術成熟的外加劑產品,慎用技術不成熟的外加劑.
1·3 礦物摻合料
礦物摻合料是影響混凝土耐久性的重要組分.大量的試驗研究與工程實踐表明,使用礦物摻合料能顯著改善混凝土的微觀結構,增加混凝土的密實性和抗凍性.尤其在硫酸鹽環境、凍融環境下,合理使用礦物摻合料能顯著提高混凝土的耐久性.盡管如此,在今后使用摻合料時還應注意2點: (1)加強對各種礦物摻合料的綜合性能研究.同種摻合料會對混凝土耐久性產生多種不同的影響.如硅灰的使用雖然能提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕,但它也會引起混凝土的早裂問題,對基礎結構的影響較嚴重.此外,同種摻合料在不同環境下對提高混凝土的耐久性也有差別.
1·4 特種鋼筋
特種鋼筋在耐腐蝕性方面是普通鋼筋難以相比的.在惡劣的海洋環境、干濕交替環境以及對結構物耐久性要求較高的環境下,建議選擇特種鋼筋.根據國外的研究表明[7],不銹鋼筋在不需要維護的條件下,在極其惡劣的海洋腐蝕環境下可達到60a以上不損壞,這足以滿足絕大多數建筑物的使用壽命要求.
2 .重視干濕交替環境下的混凝土耐久性設計
在干濕交替環境下,混凝土表面易遭到鹽類結晶腐蝕,尤其是硫酸鹽腐蝕.王琴等通過試驗表明[8],在硫酸鈉干濕循環作用下,混凝土相對動彈性模量在初期有輕微上升,但隨著時間變化動彈性模量下降劇烈,循環結束后動彈性模量損失最大達到60.8%.這主要是因為干濕循環一方面使混凝土內的硫酸鹽溶液在瞬間達到最大,加快了化學反應的速度,鈣礬石膨脹加快;另一方面干燥環境下混凝土發生收縮,內部產生拉應力,有一些微裂縫產生,降低了混凝土的滲透性,使硫酸根離子更易滲透進入混凝土中.此外,干濕交替環境對混凝土內鋼筋腐蝕也比較嚴重.
3· 關于混凝土裂縫控制等級和鋼筋保護層厚度
關于混凝土表面裂縫及裂縫寬度對混凝土內鋼筋的腐蝕速率的影響存在2種觀點.第一種觀點認為,裂縫的產生增加了腐蝕性介質的滲入,加速了混凝土內鋼筋腐蝕速率;第二種觀點認為,裂縫對混凝土內鋼筋腐蝕速率并不產生重要影響,裂縫僅使腐蝕的時間提前,鋼筋腐蝕的速率只取決于陰、陽極之間的電阻率及陰極處的供氧量,腐蝕速率與裂縫寬度無直接關系.目前一致的觀點是:適當增加鋼筋保護層厚度,能顯著降低鋼筋腐蝕速率,提高混凝土的耐久性.因為增加保護層厚度可以降低陰極區的O2以及有害離子(如Cl-)在混凝土中的擴散系數.
4. 鋼筋阻銹劑
鋼筋阻銹劑已被美國混凝土學會(ACI318)確定為鋼筋保護的3大長期有效措施(鋼筋阻銹劑、環氧涂層鋼筋、陰極保護)之一.鋼筋阻銹劑之所以能保護鋼筋,主要是因為它能抑制、阻止并延緩鋼筋腐蝕的電化學過程.在混凝土中加入鋼筋阻銹劑主要起到2個方面作用:一方面推遲了鋼筋開始銹蝕的時間;另一方面減緩了鋼筋銹蝕發展的速度.
5.陰極保護技術
陰極保護的效果已被大量的工程實踐所證實,并得到美國混凝土協會(ACI)和美國腐蝕工程師協會的認可.國外不少國家已制訂了相關標準,為陰極保護的實施提供了技術依據.該方法適用的環境條件主要有土壤腐蝕環境、海水環境等.因為這些環境中的介質通常具有良好的導電性.
6. 地基處理
(1)污染土的處理,即換填法.就是把污染的土層清除,然后換填無污染的土或采用性能穩定且耐酸堿度的砂、礫作為回填材料.
(2)地下污染水的處理,即換水處理法.從工程實踐來看,該法主要通過抽水-注水的方式對受污染的地下水進行中和、稀釋.對于污染較嚴重的地下水,可采用注入堿水的方法進行中和處理,但堿水的pH值不宜過大(8~9即可),以免對地基土造成堿性污染.
(3)設置基礎隔離墻.基礎隔離墻作為保護基礎防腐的第一道防線,可有效提高基礎的耐久年限.
7. 幾點建議
綜上所述,要想提高鋼筋混凝土基礎結構的耐久性,除了要搞清楚其腐蝕機理、腐蝕因素以及有針對性地采取一系列有效措施外,還應在今后的防腐設計中注意以下幾點:
(1)要重視前期防護工作,以預防為主,著眼于長遠經濟效益.要充分吸取一些發達國家的經驗教訓,避免重蹈覆轍.
(2)在混凝土耐久性研究中,不應只注重單因素對混凝土的影響,應著重加強多因素耐久性研究,建立鋼筋混凝土的多因素耐久性模型.
(3)建立混凝土結構的耐久性監測和分析的數據庫和專家系統,為中國今后的混凝土耐久性設計和評估提供經驗和依據.而不應只參考國外數據,畢竟各國對混凝土耐久性設計的要求有所不同,這就要求中國今后應對不同地區的各種建(構)筑物的耐久性進行大量調查和統計.
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