1. 重视选材
1·1 水泥
水泥是混凝土的重要组成部分,其性质对混凝土结构耐久性有着重要影响.根据腐蚀环境的不同,合理选择水泥品种有利于提高混凝土的耐久性.水泥中的碱性物质能在钢筋表面形成钝化膜,这也是混凝土能够保护钢筋免遭锈蚀的基本条件.有资料表明[5]:当混凝土的pH值<9.88时,钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏;当pH值处于9.88~11.5之间时,钢筋表面的钝化膜不完整,不能完全保护钢筋免受腐蚀;当pH值>11.5时,钢筋才能完全处于钝化状态.然而随着水泥中碱含量的增加,发生碱骨料反应的概率也将增大,对混凝土的耐久性也不利.因此,无论选择低碱水泥还是高碱水泥,都应按实际情况考虑以上2种不利影响.如果有条件使用非碱活性骨料,那么水泥中的碱含量可不受限;若条件不允许,应严格控制进入混凝土中的K+、Na+,最大限度地保持混凝土的高碱环境;否则,要采用附加措施,如使用钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋等.对于硫酸盐腐蚀环境,可考虑选择抗硫酸盐硅酸盐水泥.但要根据实际的腐蚀环境,合理选择水泥品种.乔宏霞等通过研究表明[6]:抗硫酸盐水泥在抵抗硫酸盐侵蚀过程中有一定效果,但并不能在恶劣环境下坚持太长时间,尤其在干湿交替的恶劣环境下,抗硫酸盐水泥并不比普通水泥好.值得注意的是,抗硫酸盐水泥只是对一定质量浓度的硫酸根离子的纯硫酸盐有耐腐蚀性,并不能耐一切硫酸盐介质的腐蚀(如对硫酸铵、硫酸镁、硫酸等).一般来说,当SO2-4质量浓度低于2500mg/L时,可选择中抗硫酸盐水泥(C3A<5%, C3S<50% )或掺粉煤灰的普通水泥;当SO2-4质量浓度低于8000mg/L时,可选用高抗硫酸盐水泥(C3A<2%,C3S<35% )或掺粉煤灰的中抗硫酸盐水泥;当SO2-4质量浓度高于8000mg/L或处于干湿循环、冻融循环等严酷环境下,不能简单地选择抗硫酸盐水泥,应考虑其他措施.总的来说,在腐蚀环境下,水泥的选择应根据实际情况综合确定.但必须注意的是,在腐蚀环境下不应采用硅酸盐水泥,尤其不能用于永久性的地下基础结构.
1·2 外加剂
外加剂是一种掺量小,但对混凝土性能影响巨大的新材料,也是研制高性能混凝土必不可少的成分之一.其优点虽然很多,但也有弊端.所以,在今后使用外加剂时,应着重注意以下几
个方面: (1)深入研究外加剂的后期工作机理.由于外加剂的的发展历史并不长,人们对其后期工作机理研究得并不是很透彻,对它们进行全面、正确的认识还有待于长期的、大量的工程实践和研究;否则,难以保证其长期有效性. (2)综合考虑外加剂的所有不利影响.使用外加剂时,除了要看到它有利的一面,还要重视其不利的一面.(3)严格控制外加剂中的有害杂质含量. (4)积极推广技术成熟的外加剂产品,慎用技术不成熟的外加剂.
1·3 矿物掺合料
矿物掺合料是影响混凝土耐久性的重要组分.大量的试验研究与工程实践表明,使用矿物掺合料能显著改善混凝土的微观结构,增加混凝土的密实性和抗冻性.尤其在硫酸盐环境、冻融环境下,合理使用矿物掺合料能显著提高混凝土的耐久性.尽管如此,在今后使用掺合料时还应注意2点: (1)加强对各种矿物掺合料的综合性能研究.同种掺合料会对混凝土耐久性产生多种不同的影响.如硅灰的使用虽然能提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀,但它也会引起混凝土的早裂问题,对基础结构的影响较严重.此外,同种掺合料在不同环境下对提高混凝土的耐久性也有差别.
1·4 特种钢筋
特种钢筋在耐腐蚀性方面是普通钢筋难以相比的.在恶劣的海洋环境、干湿交替环境以及对结构物耐久性要求较高的环境下,建议选择特种钢筋.根据国外的研究表明[7],不锈钢筋在不需要维护的条件下,在极其恶劣的海洋腐蚀环境下可达到60a以上不损坏,这足以满足绝大多数建筑物的使用寿命要求.
2 .重视干湿交替环境下的混凝土耐久性设计
在干湿交替环境下,混凝土表面易遭到盐类结晶腐蚀,尤其是硫酸盐腐蚀.王琴等通过试验表明[8],在硫酸钠干湿循环作用下,混凝土相对动弹性模量在初期有轻微上升,但随着时间变化动弹性模量下降剧烈,循环结束后动弹性模量损失最大达到60.8%.这主要是因为干湿循环一方面使混凝土内的硫酸盐溶液在瞬间达到最大,加快了化学反应的速度,钙矾石膨胀加快;另一方面干燥环境下混凝土发生收缩,内部产生拉应力,有一些微裂缝产生,降低了混凝土的渗透性,使硫酸根离子更易渗透进入混凝土中.此外,干湿交替环境对混凝土内钢筋腐蚀也比较严重.
3· 关于混凝土裂缝控制等级和钢筋保护层厚度
关于混凝土表面裂缝及裂缝宽度对混凝土内钢筋的腐蚀速率的影响存在2种观点.第一种观点认为,裂缝的产生增加了腐蚀性介质的渗入,加速了混凝土内钢筋腐蚀速率;第二种观点认为,裂缝对混凝土内钢筋腐蚀速率并不产生重要影响,裂缝仅使腐蚀的时间提前,钢筋腐蚀的速率只取决于阴、阳极之间的电阻率及阴极处的供氧量,腐蚀速率与裂缝宽度无直接关系.目前一致的观点是:适当增加钢筋保护层厚度,能显著降低钢筋腐蚀速率,提高混凝土的耐久性.因为增加保护层厚度可以降低阴极区的O2以及有害离子(如Cl-)在混凝土中的扩散系数.
4. 钢筋阻锈剂
钢筋阻锈剂已被美国混凝土学会(ACI318)确定为钢筋保护的3大长期有效措施(钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋、阴极保护)之一.钢筋阻锈剂之所以能保护钢筋,主要是因为它能抑制、阻止并延缓钢筋腐蚀的电化学过程.在混凝土中加入钢筋阻锈剂主要起到2个方面作用:一方面推迟了钢筋开始锈蚀的时间;另一方面减缓了钢筋锈蚀发展的速度.
5.阴极保护技术
阴极保护的效果已被大量的工程实践所证实,并得到美国混凝土协会(ACI)和美国腐蚀工程师协会的认可.国外不少国家已制订了相关标准,为阴极保护的实施提供了技术依据.该方法适用的环境条件主要有土壤腐蚀环境、海水环境等.因为这些环境中的介质通常具有良好的导电性.
6. 地基处理
(1)污染土的处理,即换填法.就是把污染的土层清除,然后换填无污染的土或采用性能稳定且耐酸碱度的砂、砾作为回填材料.
(2)地下污染水的处理,即换水处理法.从工程实践来看,该法主要通过抽水-注水的方式对受污染的地下水进行中和、稀释.对于污染较严重的地下水,可采用注入碱水的方法进行中和处理,但碱水的pH值不宜过大(8~9即可),以免对地基土造成碱性污染.
(3)设置基础隔离墙.基础隔离墙作为保护基础防腐的第一道防线,可有效提高基础的耐久年限.
7. 几点建议
综上所述,要想提高钢筋混凝土基础结构的耐久性,除了要搞清楚其腐蚀机理、腐蚀因素以及有针对性地采取一系列有效措施外,还应在今后的防腐设计中注意以下几点:
(1)要重视前期防护工作,以预防为主,着眼于长远经济效益.要充分吸取一些发达国家的经验教训,避免重蹈覆辙.
(2)在混凝土耐久性研究中,不应只注重单因素对混凝土的影响,应着重加强多因素耐久性研究,建立钢筋混凝土的多因素耐久性模型.
(3)建立混凝土结构的耐久性监测和分析的数据库和专家系统,为中国今后的混凝土耐久性设计和评估提供经验和依据.而不应只参考国外数据,毕竟各国对混凝土耐久性设计的要求有所不同,这就要求中国今后应对不同地区的各种建(构)筑物的耐久性进行大量调查和统计.
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