浅析天津地铁钢筋混凝土的腐蚀及防护

 

摘　要:结合天津地铁2号线沙柳路站的具体施工情况,论述了硫酸盐、氯离子等对钢筋混凝土的腐蚀机理,并介绍了相应的防护措施,以提高地铁钢筋混凝土的耐久性。

关键词:混凝土,硫酸盐,氯离子,腐蚀

 

      钢筋混凝土结构的耐久性问题一直没有得到很好的解决,为此这方面的研究日益受到重视,外界恶劣环境的侵蚀,会使混凝土保护层受损、开裂和剥落,从而使混凝土内的钢筋产生锈蚀,降低构件的耐久性和结构的安全性,特别是沿海地区的地下混凝土结构中的钢筋锈蚀更为严重。文中结合天津地铁2号线的沙柳路站的具体施工情况对钢筋混凝土的防腐性进行分析。

1 工程概况和地质特点

      沙柳路站位于河东区卫国道与沙柳路交口处,主体采用现浇钢筋混凝土箱形结构形式;车站采用明挖顺作法施工。本工程岩土工程勘察报告显示,水质表层地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性,对钢结构具有中等腐蚀性;微承压水对混凝土结构具硫酸盐中等腐蚀性,对钢结构具有中等腐蚀性。

      依据GB50307-1999地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范的规定,进行了腐蚀性试验得:主要腐蚀由硫酸盐和氯离子引起的,其中SO4^2-最高浓度2291mg/L,Cl^-最高浓度4006mg/L。它们交互作用,对钢筋混凝土形成侵蚀,影响其耐久性能。

2 钢筋混凝土腐蚀机理的分析

2.1 硫酸盐对混凝土腐蚀作用机理

      Na₂SO₄,MgSO₄等硫酸盐与混凝土中水泥的水化产物Ca(OH)₂反应生成:

      1)钙矾石(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·31H₂O),一种针状结晶体,固相体积是原来的1.5倍,由于是在固化了的混凝土中发生反应。因此,在混凝土内形成膨胀应力而引起混凝土结构的破坏。

      2)Mg(OH)₂,一种白色松软的不定形物质,会使水泥浆体的结构遭到破坏。

      3)氯化钙和石膏,其溶于水后会造成混凝土的浸析增加。

      4)硅酸镁水化物,其与硅酸钙水化物的取代反应会使混凝土强度下降。

2.2 氯离子对钢筋的腐蚀作用机理

      混凝土在水化作用时,水泥中氯化钙生成氢氧化钙,使混凝土中含有大量的OH^-,使pH值一般可达到12~14,钢筋在这样的高碱环境中,表面容易生成一层致密的钝化膜。研究结果表明,这种钝化膜能阻止钢筋的锈蚀,只有这层膜遭到破坏后,钢筋才开始锈蚀。

2.2.1 破坏钝化膜

      钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。当pH值小于一定的数值时,就会难以生成钝化膜或已经生成的会逐渐受损。Cl^-进入混凝土中并到达钢筋表面,局部钝化膜开始破坏,发生钢筋腐蚀。

2.2.2 氯离子导电作用

      由于混凝土结构中氯离子的存在,降低了阴极、阳极间的电阻,强化了离子通路,提高了腐蚀电流的效率,从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程。

2.2.3 形成腐蚀电流

      Cl^-对钢筋表面钝化膜的破坏,使某些部位露出铁基本体,与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差。大面积的钝化膜区作为阴极发生还原反应,铁基体作为阳极而受到腐蚀。腐蚀由局部开始逐渐在钢筋表面扩展。

2.2.4 氯离子的阳极去极化作用

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