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钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施
钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施

一.钢筋混凝土结构防腐蚀的意义

钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点,造价较低,在土建工程中应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中,钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的,其PH值一般大于12.5,在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用,使钢筋表面产生一层钝化膜,能阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时和混凝土材料中的碱性物质中和,从而导致混凝土的PH值降低,就出现PH值小于9这种情况,钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏,钢筋就会发生锈蚀,并且随着锈蚀的加剧,会导致混凝土保护层开裂,钢筋与混凝土之间的黏结力破坏,钢筋受力截面减少,结构强度降低等,从而导致结构耐久性的降低。

据调查,我国20世纪90年代前兴建的海港工程,一般10~20年就会出现钢筋严重腐蚀破坏,结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求。我国50年代至70年代建的海港工程,高桩码头不到20年,甚至7~8年就出现严重钢筋锈蚀破坏,海工混凝土结构破坏已成为我国港口建设中不得不重视并迫切需要解决的问题。

国外学者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性,即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元;在发现钢筋锈蚀时采取措施需要追加维修费5美元;混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元;严重破坏时将追加维修费125美元。我国海洋工程中广泛使用的钢筋混凝土结构因腐蚀引起破坏的情况同样严重。除海洋环境本身属于强腐蚀环境因素外,环境的日益恶化、相关的混凝土结构耐久性规定标准偏低、施工质量不能保证等因素,致使我国混凝土结构大部分在使用10年左右即出现较严重的腐蚀破坏,给国家建设和经济发展造成了巨大的损失。因此,如何采取有效的防腐蚀技术措施,防止钢筋混凝土结构过早出现钢筋锈蚀破坏,确保建筑物达到预期的使用寿命是国内外学术界、工程界极为关切的热点。

二.钢筋的锈蚀原理及分类

1.钢筋的锈蚀条件:

钢筋混凝土构件内钢筋的锈蚀需要三个条件:

(1)钢筋表面碱性钝化膜破坏。正常情况下钢筋是包裹在砼之内的,砼则由于水泥的水化反应造成其初始碱性(含有一定Ca(OH)2)较强,正常情况下钢筋在这种碱性环境下不会发生氧化腐蚀。当PH值大于1O时,钢筋腐蚀的速度很慢,当PH值小于5时,其锈蚀的速度就快。由此可见,只有当钢筋混凝土构件内的钢筋周围碱性钝化膜因砼碳化或其它原因导致破坏后,才可能出现腐蚀。

(2)必须产生电位差,使钢筋产生微电池腐蚀式大电池腐蚀。钢筋腐蚀,是由于钢筋表面不同部分之间产生电位差引起的,其作用和电池一样,在钢筋表面有微弱的电流流动。当在钢筋表面构成了许多微小电池,其电化学反应,按下式进行:

阳极反应(活化区):FeFe2++2e

阴极反应区:2H20+O2+4e4(OH)-

综合反应式就是:Fe2+2(OH)一Fe(OH)2

这就是铁变成铁锈的过程。当构筑物(或构件)处在离子条件差别很大的两种环境中,或遭受杂散直流电影响时,一部分钢筋(或一部分构筑物)作为阳极,而另一部分作为阴极,这样便构成大电池腐蚀。

(3)必须具备水和氧。水和氧是钢筋腐蚀的必要条件(尤其是水),它们均参加钢筋电化腐蚀的阳极反应过程。水分子能穿透任何肉眼可辩的裂缝。水还能起着电解质的作用,并溶饵氧和其它如氯等的有害离子,从而加速了腐蚀速度。另外在一定条件下氧还可以造成浓度电池腐蚀。最常见的实例就是水线腐蚀。【钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施】钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施。如浸在海水中的钢筋混凝土结构,在水线附近钢筋腐蚀最为严重,这是由于水线以上空气中的含氧量较高,而水线以下(水中)含氧量突然降低,造成浓度电池腐蚀,使水线以下的部位钢筋成为阳极而腐蚀。

2.钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀的几种情况。

(1)由于混凝土不密实或有裂缝存在造成钢筋的腐蚀。混凝土密实度不良和构件上产生的裂缝,往往是造成钢筋腐蚀的很重要原因。混凝土浇筑中产生露筋、蜂窝、麻面等情况,都会加速钢筋的锈蚀。因为孔隙和裂缝(一般在0.2ram以上时)给水(汽)、氧和其他侵蚀性介质的渗透创造了有利条件。因此,钢筋的电化学腐蚀和混凝土密实度、裂缝的宽度、保护层的厚度、空气的湿度以及空气中侵蚀性介质的含量,都有直接的关系。当混凝士密实度差和钢筋保护层不足时,各种介质就容易到达钢筋表面造成腐蚀。

(2)由于混凝土碳化和侵蚀性气体、介质的侵入,造成钢筋的腐蚀。空气中的二氧化碳气体,在混凝土表层中逐渐为氢氧化钙的碱性溶液所吸收,相互反应生成碳酸钙,这种现象称为混凝土的碳化,亦称“中性化”。砼碳化生成的碳酸钙很难溶解,其饱和溶液的PH 值为9,因此混凝土碳化的结果,就使PH值不断下降,并不断向内部深化。混凝土碳化对混凝土强度一般无直接影响。其危害主要在于为钢筋腐蚀提供条件,而钢筋锈蚀体积将发生膨胀(体积比原来提高2.2倍),混凝土保护层将因此遭到剥落和损坏,从而降低钢筋和混凝土的工作性能;尤其对于薄壳钢筋混凝土结构和预应力高强度钢丝构件等,会造成严重的结构损坏而且这种破坏往往是脆性的,具有隐藏、突然性等特点,必须引起高度重视。

(3)由于混凝土内掺入氯盐造成钢筋的腐蚀。为提高混凝土早期强度或抗冻性能,过去人们往往在混凝土内掺入一定量的氯盐,如氯化钙、氯化钠等。氯化钙与水泥中的氢氧化钙、硅酸三钙、铝酸三钙结合,生成高水分子复合化合物,如氯硅酸盐等,并提高了氢氧化钙的溶解度。混凝土中,氯盐对钢筋的腐蚀多呈溃疡状,容易造成钢筋的应力集中:因此它的危害性是比较大的。混凝土中氯离子主要来源于原材料、外加剂加海砂、海水或氯盐高的水,以及掺加的用氯化钙作为促凝剂,用氯化钠作为防冻剂等,国内外已出现多起加氯盐过量而引起的严重腐蚀事件。

(4)由于高强钢筋中的应力腐蚀随着预应力钢筋混凝土结构的采用,出现了高强钢筋中的一种特殊腐蚀形式,即“应力腐蚀”。一般在表面只有轻微损害或根本看不见损害,这种腐蚀尤为危险,因为它没有任何预兆而可以发生突然破坏。一般认为:高强钢筋在应力(拉应力)的作用下,导致钝化膜的破坏,裂缝比较活化,并作为阳极而腐蚀。在电化学腐蚀过程中继续扩大,同时由于钢筋中具有很高的拉应力,和高强钢筋的低变形性能。因此,腐蚀和应力共同作用,使裂缝迅速向深度发展,以致钢筋在看不到明显的腐蚀现象的情况下会突然断裂

(5)电流腐蚀工业用电中的直流电,当它泄漏到地下钢筋混凝土结构中时,会造成钢筋的腐蚀。在这种情况下,电流流入处相当于阴极区,电流流出处相当于阳极区。目前我国一些直流电解工厂、电气化铁路、直流电的载流设备等的电流泄漏现象比较多,有时比较严重。这些杂散电流对钢筋混凝土结构(如基础、梁、柱等)钢筋的腐蚀破坏时有所见。

三.钢筋混凝土结构防护措施

混凝土结构防腐蚀是系统工程,必须在勘察、规划、设计、施工、使用等各个阶段对所涉及的防腐问题进行细致的了解、分析和处理,各个阶段都应充分重视和充分合作,共同完成。混凝土结构防护措施可分为基本防护措施、混凝土表面涂覆防护措施和钢筋防护措施。

3.1混凝土的基本防护措施

混凝土的基本防护措施即是从设计、施工、制作等方面提高混凝土自身的防护性能。由于混凝土本身具有高碱性,正确设计、施工的优质混凝土保护层本身具有长期防止环境介质渗透的功能,因此,尽可能提高混凝土本身对钢筋的防护功能是预防钢筋腐蚀的许多措施中最经济合理、最有效的基本措施。这一类措施主要有以下几方面:

(1)合理的结构设计

混凝土结构形式及细部构造应有利于防腐、检测。如构件截面几何形状应简单、平顺,减少棱角、突变和应力集中;混凝土表面应有利于排水,不宜在接缝或止水处排水;特别注意构件应易于施工,尽可能在工场预制;结构形式应便于对关键部位进行检测和设置检测、维护和采取补充保护措施的通道;对处于腐蚀较严重部位和构件,应考虑其易于更换的可能性。

由于混凝土保护层厚度与发生腐蚀的时间成平方关系,适当增加混凝土保护层厚度,以延长侵蚀性介质渗透到钢筋周围达到破坏钝化膜临界值的时间。但保护层厚度不宜大于80mm,否则混凝土表面易出现由于混凝土收缩、温度应力等所引起的混凝土表面裂缝。控制主筋的直径不宜过大,一般混凝土保护层厚度宜大于215倍主径直径,原因是较粗的钢筋提供较小的电阻,也就是提供了较大的腐蚀电流。更重要的是较粗的钢筋会生成较多的腐蚀产物,膨胀的体积增大比较多,从而造成较高的拉应力。所以,当混凝土保护层厚度相同时,钢筋越粗,钢筋直径对保护层厚度的比值越大,钢筋开始腐蚀到开始使混凝土胀裂的时间也就越短。

(2)选择优质原材料和优化混凝土配合比设计

选择优质原材料和优化混凝土的配合比,以提高混凝土的抗蚀能力。如尽量减小水灰比提高混凝土的密实度,混凝土密实度高,孔隙率小,有利于提高混凝土的抗渗性,增强对侵蚀性介质的抗蚀能力;限制粗骨料的最大粒径,减少粗骨料与水泥砂浆界面的不利影响;规定混凝土拌合物最低水泥用量(或最低胶凝材料用量),确保混凝土具有较高的碱度;有抗冻要求时,加入合适量的引气剂以提高混凝土的抗冻性;不得采用可能发生碱-集料反应的活性骨料;严格限制砂、石、外加剂、拌和水等原材料中的氯离子含量,使混凝土拌合物中氯离子含量符合规定要求。

(3)采用高性能混凝土

高性能混凝土是指用常规材料、常规工艺,以较低水胶比、适当掺量的优质掺合料和较严格的质量控制制作的高耐久性,良好工作性及较高强度的混凝土。中交集团广州四航工程技术研究院等单位开发的海工抗盐污染高性能混凝土,其抗氯离子渗透性比普通混凝土提高数倍,可显著提高混凝土本身的护筋性能,从根本上提高混凝土的耐久性,从而延长结构物的安全使用寿命。目前,该项技术已成功应用于盐田港、湛江港、洋山港、东海大桥、杭州湾大桥等多项使用年限要求50年甚至100年的大型海港工程和跨海大桥工程中。

3.2混凝土表面涂覆防护措施

除了采取措施提高混凝土本身的耐久性外,采用混凝土表面涂覆防护措施有效地将混凝土与周围侵蚀性介质隔离开来或阻止有害介质的侵入,也是一种有效的防护措施。

3.2.1混凝土表面涂层

该措施是在混凝土表面涂覆一层涂料,形成一层隔离层制止氯离子、氧、水等介质渗入混凝土,以延缓钢筋腐蚀。从90年代开始,在我国一些海港工程,跨海大桥工程中得到应用,实践证明,混凝土表面实施涂层防腐蚀保护的技术成熟、保护效果显著,是海洋环境混凝土防腐最经济有效的保护措施。我国《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》已将该技术列为海港工程混凝土结构最重要的防腐蚀措施之一。对涂料的要求是能耐碱、耐老化和与

混凝土表面应有良好的附着性。对海港工程潮差、浪溅区涂层,要求涂料应具有良好湿表面固化功能。

3.2.2表面涂覆浸入型涂料

浸入型涂料是一种粘度很低的有机硅化合物液体,将它涂(或喷)于风干的混凝土表面上,靠毛细孔的表面张力作用吸入(深约数毫米的混凝土表层中,它与孔壁的氢氧化钙反应,以非极性基使毛细孔憎水化或者填充部分细孔,使孔细化。浸入型涂料不能在混凝土表面上成膜,不会形成隔离层,也不能充满混凝土毛细孔隙,所以不会影响混凝土透气性,透水蒸汽性,但是,它却能显著降低混凝土的吸水性,使水和只能溶解于水中才能被毛细管吸收作用吸进去的氯化物都难以吸进混凝土中,而混凝土中的水份却可以化为水蒸汽自由蒸发出去,使混凝土保持干燥,从而显著地提高混凝土的护筋性。目前使用的侵入型憎水涂料中,以异丁基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷作为浸渍材料效果最好,有液状和膏体状。国内外已有不少海港工程、跨海大桥使用,但材料费用较高,国内能批量生产的较少。

3.3钢筋防护措施

3.3.1镀层钢筋和涂层钢筋

镀层钢筋主要是镀锌钢筋,利用锌的电位比铁低,对钢筋施加阴极保护。涂层钢筋是指在钢筋表面制作涂层,隔离钢筋与腐蚀介质的接触。这种钢筋是在严格控制的工厂流水线上,采用静电喷涂工艺将涂层(目前使用较普遍的是环氧涂层)喷涂于表面处理过的预热的钢筋上,形成具有一层坚韧、不渗透、连续的绝缘层的钢筋。所以,只要这种钢筋在运输、存放、加工、安装和混凝土浇捣过程中能按规范严格保护,它是可以将钢筋与周围混凝土隔开,即使氯离子、氧气等已大量侵入混凝土,它也能长期保护钢筋使它免遭腐蚀。

3.3.2钢筋阻锈剂

混凝土拌合物中掺入适量阻锈剂,可阻止或延缓金属和电解质界面的电化学反应,从而阻止金属腐蚀是预防恶劣环境中钢筋腐蚀的一种有效的补充措施。但是它不能代替优质混凝土,也就是说掺加阻锈剂不能降低对混凝土保护层的基本要求。按照作用机理,钢筋阻锈剂可分为阳极型、阴极型和混合型三种。加入钢筋阻锈剂既推迟了钢筋开始生锈的时间,又减缓了钢筋腐蚀发展的速度。

3.3.3阴极保护

阴极保护技术是应用电化学原理,通过给被保护钢筋加一负向电流,使它的电极电位负移,即使钢筋表面氯离子已达到或超过使钢筋脱钝的临界值,由于电化学腐蚀过程得到有效的抑制而使钢筋不会发生锈蚀。阴极保护的方式有牺牲阳极和外加电流两种:

(1)牺牲阳极方式

采用电化学上比钢更活泼,即电位更负的金属(如铝合金、锌合金等)作为阳极,与被保护的钢电联接,以本身的腐蚀(牺牲)提供自由电子,对被保护的钢实施阴极保护。它施工简便,不需要外部直流电源,不必经常维护管理,但由于提供的保护电流有限,一般不适用于暴露于大气中的钢筋混凝土结构。

(2)外加电流阴极保护

以直流电源的正极接通难溶性阳极,发射保护电流;以其负极接通被保护的钢,而阳极与被保护的钢均处于连续的电介质中,使被保护的钢接触电解质的全部表面都充分而且均匀地接受自由电子,从而受到阴极保护。外加电流阴极防护技术在欧、美等国家已经用于环境恶劣的重要工程上。我国目前尚处于技术开发和引进阶段,中港-圣维可(广州)防腐工程有限公司已将该项技术成功应用于天津港、杭州湾大桥等工程,为该项新技术在国内的推广应用发挥了重要的示范作用。随着技术进步和认识的提高,作为一种长期有效的保护措施,该项技术将会有广阔的应用前景。

四.结语

随着我国经济建设的快速发展,对混凝土结构的质量和使用寿命要求也将越来越高。混凝土的腐蚀是客观存在的,但是只要对混凝土腐蚀问题进行深入的了解,可根据混凝土结构的特定使用环境,针对可能出现的腐蚀情况,在混凝土结构的设计、施工、质量控制等各阶段合理地应用各种防腐蚀保护措施,是可以确保混凝土

结构达到预期寿命的。值得引起重视的是应在设计初期,就根据设计寿命要求,提高预先设防的意识,高度重视预先采取混凝土防护措施,这虽然会增大初期投入,但可以大大减少工程使用期的维修费用,从而降低整个寿命期的总体花费。

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施 一.钢筋混凝土结构防腐蚀的意义 钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点,造价较低,在土建工程中应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中,钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的,其PH值一般大于12.5,在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用,使钢筋表面产生一层钝化膜,能阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时和混凝土材料中的碱性物质中和,从而导致混凝土的PH值降低,就出现PH值小于9这种情况,钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏,钢筋就会发生锈蚀,并且随着锈蚀的加剧,会导致混凝土保护层开裂,钢筋与混凝土之间的黏结力破坏,钢筋受力截面减少,结构强度降低等,从而导致结构耐久性的降低。 据调查,我国20世纪90年代前兴建的海港工程,一般10~20年就会出现钢筋严重腐蚀破坏,结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求。我国50年代至70年代建的海港工程,高桩码头不到20年,甚至7~8年就出现严重钢筋锈蚀破坏,海工混凝土结构破坏已成为我国港口建设中不得不重视并迫切需要解决的问题。 国外学者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性,即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元;在发现钢筋锈蚀时采取措施需要追加维修费5美元;混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元;严重破坏时将追加维修费125美元。我国海洋工程中广泛使用的钢筋混凝土结构因腐蚀引起破坏的情况同样严重。除海洋环境本身属于强腐蚀环境因素外,环境的日益恶化、相关的混凝土结构耐久性规定标准偏低、施工质量不能保证等因素,致使我国混凝土结构大部分在使用10年左右即出现较严重的腐蚀破坏,给国家建设和经济发展造成了巨大的损失。因此,如何采取有效的防腐蚀技术措施,防止钢筋混凝土结构过早出现钢筋锈蚀破坏,确保建筑物达到预期的使用寿命是国内外学术界、工程界极为关切的热点。 二.钢筋的锈蚀原理及分类 1.钢筋的锈蚀条件: 钢筋混凝土构件内钢筋的锈蚀需要三个条件: (1)钢筋表面碱性钝化膜破坏。正常情况下钢筋是包裹在砼之内的,砼则由于水泥的水化反应造成其初始碱性(含有一定Ca(OH)2)较强,正常情况下钢筋在这种碱性环境下不会发生氧化腐蚀。当PH值大于1O时,钢筋腐蚀的速度很慢,当PH值小于5时,其锈蚀的速度就快。由此可见,只有当钢筋混凝土构件内的钢筋周围碱性钝化膜因砼碳化或其它原因导致破坏后,才可能出现腐蚀。

常见的混凝土的质量问题及处理

目前,钢筋混凝土已成为我国主要的结构材料,所以在施工中,钢筋混凝土的质量已成为影响结构安全和耐久性的重要问题。 造成结构质量问题的原因有多方面,归纳起来有以下几个方面即: (1)材料原因,如选用的水、水泥、砂、石、外加剂、钢筋、焊条等不当,或质量不符合要求等。 (2)、设计原因,如设计安全度不足,荷载选用不当,结构布局与构造不合理,计算有误等。 (3)、施工中的原因,如配料不准,搅拌不匀,运送时间过久,浇筑不符合规范,振捣不实,模板变形,跑浆,过早拆模等。 (4)、环境的原因,如冻害、高温、高热、腐蚀介质作用,自然风化等。 通过多年施工中积累总结的经验,笔者认为,其中因施工中的原因造成的工程质量问题较为突出,比较典型,为此,恳与广大同仁共同探讨其控制,检测与修补加固的方法。 一、易发生的质量问题 下面分述钢筋混凝土工程质量问题的现象产生的原因及其控制途径 (1)、结构表面损伤,缺楞掉角。产生的原因是:①模板表面未涂隔离剂,模板表面未清理干净,粘有混凝土。②模板表面不平,翘曲变形;③振捣不良,边角处未振实;④拆模时间过早,混凝土强度不够;⑤拆模不规范。撞击敲打,强撬硬别,损坏楞角;⑥拆模后结构被碰撞等。 (2)、麻面、蜂窝、露筋、孔洞,内部不密实。产生的原因是:①模板拼缝不严,板缝处跑浆;②模板未涂隔离剂;③模板表面未清理干净;④振捣不密实、漏振;⑤混凝土配合比设计不当或现场计量有误;⑥混凝土搅拌不匀,和易性不好。⑦一次投料过多,没有分层捣实。 ⑧底模未放垫块,或垫块脱落,导致钢筋紧贴模板;⑨拆模时撬坏混凝土保护层;⑩钢筋混凝土节点处,由于钢筋密集,混凝土的石子粒径过大,浇筑困难,振捣不仔细;11预留孔洞的下方因有模板阻隔,振捣不好等。 (3)、在梁、板、墙、柱等结构的接缝处和施工缝处产生烂根、烂脖、烂肚。产生的原因是: ①施工缝的位置留得不当,不好振捣;②模板安装完毕后,接岔处清理不干净;③对施工缝的老混凝土表面未作处理,或处理不当,形成冷缝;④接缝处模板拼缝不严,跑浆等。(4)、结构发生裂缝,产生的原因是:①模板及其支撑不牢,产生变形或局部沉降;②拆模不当,引起开裂;③养护不好引起裂缝;④混凝土和易性不好,浇筑后产生分层,产生裂缝; ⑤大面积现浇混凝土由于收缩温度产生裂缝。 (5)、混凝土冻害;产生的原因是:①混凝土凝结后,尚未取得足够的强度时受冻,产生胀裂;②混凝土密实性差,孔隙多而大,吸水后气温下降达到负温时,水变成冰,体积膨胀,使混凝土破坏;③混凝土抗冻性能未达到设计要求,产生破坏等。 二、质量检测方法 钢筋混凝土质量检测可以分成三个部分。①外观检查。对于混凝土外表产生的质量问题,可以用这种方法检查,如尺寸的偏差、蜂窝麻面,表面损伤、缺楞掉角、裂缝、冻害等。②预留试快检测。这种方法有一定的误差,如预留试快的取样不当,试块与结构没有同条件养护,试块的振捣方法与结构的施工方法相差甚大,则试块就没有代表性。③在结构本体上进行检测。这种检测内容有:混凝土的强度和缺陷、钢筋的配置情况和锈蚀情况和结构的承载能力等。前者称为非破损或局部破损检测,是处理钢筋混凝土结构质量问题的常用手段,其测试结果可作为判断结构安全问题的重要依据。后者称为破损检验,是在非破损检测尚无法确定其承载能力时使用,或对新结构需要分解其受力性能时使用。几种常用比较成熟的非破损检测方法和适用范围。 1、回弹法(表面硬度法) 是一种测量混凝土表面硬度的方法,混凝土强度与硬度有密切关系。回弹仪是用冲击动能测

钢筋混凝土结构耐久性问题综合分析

广东建材2005年第9期 “耐久性”是混凝土结构应具有的一项基本功能。混凝土结构因耐久性不足而未能达到设计使用年限就提前损坏,势必会造成重大经济损失和严重社会影响。经调查,我国已经使用30~40年的大量工业建筑,尤其露天工业建筑,几乎都进行了加固大修,甚至拆除重建;港口码头建筑一般只能使用不足20年就因钢筋锈蚀严重而加固大修。在海边盐渍地上建设的房屋、厂房、地下建筑,甚至包括混凝土电线杆,使用不足10年就严重破损或断裂。 大量研究结果表明,钢筋混凝土结构破坏(失效)除自然灾害或意外事故外,其耐久性降低主要源于以下几个方面或其复合作用:钢筋腐蚀、混凝土碳化、冻融循环、碱-骨料反应、机械磨损、温湿度变化、腐蚀性化学品(硫化物、氯化物)等。笔者认为,钢筋混凝土结构耐久性降低的实质是其组成材料在使用过程中经受(抵抗)各种破坏因素的作用(破坏力)而未能保持其功能。结构耐久性性能降低都必然会体现在结构的基本材料即钢筋和混凝土上。本文试着从材料自身的角度出 发,分析影响钢筋混凝土结构耐久性的因素。 1钢筋 ⑴钢筋锈蚀。一般情况下,混凝土中的高碱性溶液(PH值一般在12.5~13.5之间)可以使钢筋表面形成一层惰性的水化氧化铁薄膜,该惰性薄膜可以阻止钢筋的锈蚀。当该保护层完整时,腐蚀就不会发生。通常,钢筋表面氧化铁薄膜的破坏主要有两个原因:一是因混凝土碳化,使钢筋混凝土结构保护层的PH值降低,进而破坏氧化铁薄膜;二是氯离子与氧离子的作用而破坏氧化铁薄膜。氧化铁薄膜破坏后,铁原子与水和氧气发生化学反应生成铁锈,包括Fe(OH) 3 、Fe(OH) 2 、Fe 3 O 4 ?H 2 O、Fe 2 O 3等,造成钢筋的锈蚀。 ⑵预应力钢筋的应力腐蚀。应力腐蚀是指金属和合金在腐蚀介质和拉应力的同时作用下引起的金属破裂。这种裂缝不仅可以沿着晶界发展,而且也可穿过晶粒。由于裂缝向金属内部发展,使金属结构的机械强度大大降低,严重时能使金属设备突然损坏。出现应力腐蚀的条件如下:存在一定的拉应力;金属本身对应力腐蚀具 钢筋混凝土结构耐久性问题综合分析 车龙兰罗嗣海(核工部东华理工学院344000) 孟少平(南京东南大学330029) 摘要:材料的耐久性是指材料与环境相互作用过程中的行为特征及其在时间上的反映,其耐久 性必定会体现在结构的耐久性能上。本文从材料自身角度出发综合分析了钢筋混凝土结构耐久性降 低的原因,并介绍了相应的防护措施。 关键词:材料钢筋混凝土耐久性 应该指出,当前有关耐久性的研究中,混凝土材料学和工程结构学常常是脱离的,对同一个问题的习惯思路往往有很大区别,甚至有时连定义都不相同。材料专家对材料劣化在结构上造成的后果常常难以分析,而工程结构专家不熟悉如何在材料上下工夫改善结构的耐久性。 混凝土施工是运用混凝土材料实现设计意图的中间环节,同时也是混凝土材料生产过程的最终环节。因此,施工既是结构设计得到充分体现的必要保证,也是混凝土材料使用性能得以正常发挥的重要保证。由此看来,从事施工管理的工程师不仅要熟悉结构设计,也要十分熟悉混凝土材料,才能做好管理工作。 目前,许多学者呼吁,混凝土技术的发展,需要既懂结构又懂材料的新型高级技术人才。混凝土科研人员必然要从事密切结合重大工程项目的研究,这些项目的完成又必须与设计和施工人员合作。值得指出的是,我国“九五”期间,重大科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”所取得的科技成果及经济效益,就是我国水泥混凝土材料方面的科研人员,通过跨行业的联合攻关而作出的贡献。材料学与工程学共同倡导的“混凝土安全性专家系统的研究”已在全国兴起。21世纪的混凝土工程不仅要符合可持续性发展,而且需要安全性和耐久性。● !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 水泥与混凝土 19 --

第三学期-建筑结构复习题

建筑结构复习题 一、填空题 1、混凝土一个方向受拉、另一个方向受压时,强度会 。 2、混凝土在长期不变荷载作用下将产生 变形。 3、钢筋混凝土结构设计中使用的极限状态有 。 4、钢筋混凝土轴心受压构件承载力计算公式为 。 5、通过对适筋梁受弯性能的试验研究可以得出,受弯构件的正截面抗裂验算是以 阶段为依据;裂缝宽度和变形验算是以 阶段为依据;承载力计算是以 阶段为依据。 6、钢筋混凝土受扭构件根据所配箍筋和纵筋数量的多少,构件的破坏类型有 。 7、 钢筋混凝土板内分布钢筋不仅可使主筋定位和分布局部荷载,还可 。 8、钢筋混凝土偏压柱所采用的钢筋等级不宜 ,混凝土等级不宜 。 9、为提高钢筋混凝土构件抗扭承载力,应该配置的钢筋为 。 10、通过对适筋梁受弯性能的试验研究可以得出,受弯构件的正截面抗裂验算是以 阶段为依据;裂缝宽度和变形验算是以 阶段为依据;承载力计算是以 阶段为依据。 11、钢筋混凝土结构设计中最简单的实用设计表达式为 。 12、受弯构件强度计算中采用等效矩形应力图形的原则是 和 。 13、梁的斜截面破坏主要有斜压、剪压和拉压破坏三种,却选用剪压破坏作为设计依据的原因是该形式的 好, 都能得到利用。 14、先张法预应力构件是靠 来传递预应力的,后张法是靠 来保持预应力的。 15、在钢筋混凝土受弯构件计算中,要求0h x b ξ≤是为了防止发生 。 二、单项选择题 1、同一强度等级的混凝土,其各项力学指标有如下关系( )。 A 、f cu <f c <f t B 、f cu >f c >f t C 、f c >f t >f cu D 、f cu >f t >f c 2、若用S 表示结构或构件截面上的荷载效应,用R 表示结构或构件截面的抗力,结构或构件截面处于极限状态时,对应于( )式。 A 、R>S B 、R=S C 、 R

地下水防护措施

地下水防护措施 为防止物料、废物等跑、冒、滴、漏以及产生渗漏水污染地下水,特要求采取以下地下水防护措施:工程分三个防渗区域,分别为重点、一般、非防渗区,具体如下:①重点防渗区重点防渗区包括镀锌车间、发蓝车间、危险废物暂存间、废水处理间及事故水池等区域。重点防渗区铺砌地坪地基必须采用粘土材料,且厚度不得低于100cm。粘土材料的渗透系数≤10-7厘米/秒,在无法满足100cm厚粘土基础垫层的情况下,可采用30cm厚普通粘土垫层,并加铺2毫米厚高密度聚乙烯,或至少2毫米厚的其它人工防渗材料,渗透系数≤10-10厘米/秒。重点防渗区除对地坪地基采取上述防渗措施外,进一步采取如下的措施:■危险废物暂存间及事故收集池采用防渗混凝土+HDPE膜(1.5mm厚、渗透系数不高于1.0×10-11cm/s的HDPE膜作为防渗层); ②一般防渗区一般防渗区包括除重点防渗区外的其余部分地面,包括原料库、成品库,采用抗渗等级不低于P1级的抗渗混凝土(渗透系数约0.4×10-7cm/s,厚度不低于20cm)硬化地面。 ③非防渗区非防渗区包括厂区绿化区域、办公楼、食堂等,不采取防渗措施。 除此之外,工程仍需要采取如下防治措施: 1)实施清洁生产及各类废物循环利用的具体方案,减少污染物的排放量;防止污染物的跑冒漏滴,将污染物的泄露环境风险事故降到最低限度; 2)对厂内排水系统和污水处理站池体及排放管道均做防渗处理; 3)定期进行检漏监测及检修。 4)建立地下水风险事故应急响应预案,明确风险事故状态下应采取的封闭、截留等措施; 5)厂区内设置地下水监测井,实时监测该区域地下水受污染情况。一旦发3-22 现地下水受到污 染,应及时采取必 要阻隔措施。 本项目分区防渗况 具体见下表:表 3.5-4 项目地下水 防渗分区表序号 车间名称分区类别防渗要求 1 镀锌车间、发蓝车 间、危险废物暂存 间、废水处理间及事 故水池重点防渗区混凝土浇注+铺设HDPE防渗 膜。按《危险废物贮存污染控 制标准》要求,基础必须防渗, 防渗层为至少2mm厚高密度聚 乙烯,渗透系数≤10-10cm/s。 2 除重点防渗区外的 其余部分地面,包括 原料库、成品库区域一般防渗区抗渗混凝土浇注硬化;按《一 般工业固体废物贮存、处置场 污染控制标准》相关要求,防 渗层采用抗渗混凝土,防渗性 能应相当于渗透系数 1.0×10-7cm/s和厚度1.5m的粘 土层的防渗性能。

混凝土结构耐久性研究

混凝土结构耐久性 1.1 混凝土结构耐久性问题的重要性 钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点,造价较低,且一直被认为是一种非常耐久性的结构形式,其应用范围非常广泛。 然而,从混凝土应用于建筑工程至今的150年间,大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效,达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的,有的是由于使用荷载的不利变化造成的,但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构,由于海洋环境对混凝土的腐蚀,尤其是钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏,丧失了结构的耐久性能,已成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强,甚至造成停工停产的巨大经济损失。耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因。 国内外统计资料表明,由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的,并且耐久性问题越来越严重。结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性,即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元,那么就意味着:发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元;混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元;严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。 因此,钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要加以解决的问题,通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究,一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测,以选择对其正确的处理方法;另一方面可对新建项目进行耐久性设计,揭示影响结构寿命的内部与外部因素,从而提高工程的设计水平和施工质量。因此,它既有服务于服役结构的现实意义,又有指导待建结构进行耐久性设计的理论意义,同时,对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠度理论也具有一定的理论价值。 正因为混凝土结构耐久性的问题如此重要,近年来世界各国均越来越重视混凝土结构的耐久性问题,众多的研究者对混凝土结构耐久性展开了研究,取得了系列研究成果,而材料层面的成果尤为显著。迄今为止,已经形成了混凝土结构耐久性研究框架,如图1-1所示。本章将着重介绍混凝土结构耐久性研究中成熟的相关研究成果。 图1-1 混凝土结构耐久性研究框架 ?????????????????????????????????????????????????耐久性评估耐久性设计结构层次构件承载力的变化粘结性能衰退模型混凝土锈胀开裂模型构件层次钢筋锈蚀碱-集料反应冻融破坏氯盐腐蚀混凝土碳化材料层次工业环境土壤环境海洋环境大气环境环境层次混凝土结构耐久性

混凝土结构的腐蚀及防腐措施

混凝土结构一直被认为是一种节能、经济、用途极为广泛的人工耐久性材料,是目前应用较为广泛的结构形式之一.但随着结构物的老化和环境污染的加剧,其耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注.由于勘察、设计、施工及使用过程中多因素影响,很多混凝土结构都先后出现病害和劣化,使结构出现了各种不同程度的隐患、缺陷或损伤,导致结构的安全性、适用性、耐久性降低,最终引起结构失效,造成资金的巨大浪费.从国外情况来看[1],美国与钢筋腐蚀有关的损失占总腐蚀的40%;前苏联工业建筑的腐蚀损失占工业固定资产的16%,仅混凝土和钢筋的腐蚀损失占GDP的1·25%; 1999年,澳大利亚公布的腐蚀损失为GDP 的4.2%.除此之外,北欧、英国、加拿大、印度、日本、韩国及海湾地区等不少国家都存在以基础结构设施为主的腐蚀.中国面临的问题同样很严峻.根据中国工程院2001~2003年《中国工业和自然环境腐蚀调查与对策》中的统计, 1998年中国建筑部门(包括公路、桥梁建筑)的腐蚀损失为1000亿人民币[2].近年来,中国建筑行业的发展速度突飞猛进,一批批建筑物拔地而起,但钢筋混凝土基础的耐久性问题也逐渐暴露出来.所以,重视和加强钢筋混凝土基础结构的腐蚀性与防腐措施的研究已迫在眉睫. 1 腐蚀机理分析 1·1 混凝土的腐蚀机理 混凝土的腐蚀是一个很复杂的物理的、物理化学的过程.由于混凝土腐蚀机理的复杂性,对混凝土腐蚀的分类还没达成一个共同的认识,但一般都倾向于采用前苏联学者B·M.莫斯克文为代表所提出的分类方法[3].将混凝土的腐蚀分为3类:溶蚀性腐蚀、某些盐酸溶液和镁盐的腐蚀、结晶膨胀型腐蚀. 所以,混凝土的腐蚀机理可从以下3类入手:物理作用、化学腐蚀、微生物腐蚀. 1·1·1 物理作用 物理作用是指在没有化学反应发生时,混凝土内的某些成分在各种环境因素的影响下,发生溶解或膨胀,引起混凝土强度降低,导致结构受到破坏.物理作用主要包括2类:侵蚀作用和结晶作用. (1)侵蚀作用:当环境中的侵蚀性介质(如地下软水,河流、湖泊中的流水)长期与混凝土接触时,将会使混凝土中的可溶性成分(如Ca(OH)2)溶解.在无压力水的环境下,基础周围的水容易被溶出的Ca(OH)2饱和,使溶解作用终止.侵蚀作用仅仅发生在混凝土表面,影响不大.但在

管道的腐蚀与防护方法

管道的腐蚀与防护方法集团企业公司编码:(LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

管道的腐蚀与防护方法一、碱线腐蚀与防护 1.概况 大庆石化总厂炼油厂输转车间81单元碱管道用于向生产装置提供浓度30%~40%的碱液,管道材质为碳钢,连接采用焊接方式,工作压力为0.6~0.7Mpa,工作方式为间歇式。冬季操作时需用0.3Mpa压力的蒸气伴热,由于碱液温度高,造成管道焊口开裂,碱液经常泄漏,生产很被动。同时泄漏出的碱液腐蚀其它管道,每年维修费用很大,这种现象94年前一直没有得到解决。 2.腐蚀原因分析 普通碳钢在碱液中会形成一层以Fe3O4或Fe2O3为主要成分的表面膜,同时由于晶界上有碳化物和氮化物析出,使晶界上的表面膜不稳定,易溶解。在外应力的作用下产生了晶界裂纹,使新暴露出来的铁产生FeO2-的选择性溶解,形成应力腐蚀。 碳钢在NaOH溶液浓度5%以上的全部浓度范围都可能产生碱脆,而以30%左右的浓度最危险,发生碱脆的最低温度为50℃,在沸点附近的高温区最易发生。见图一。

管道使用过程中,夏季或管道不加热时,浓度在30~40%的碱液不发生碱脆;而在冬季,管道加热时,温度超过50℃,碱浓度仍为30~40%时则发生碱脆,因为实际碱管道在加热的情况下往往都高于50℃。 另外,碱性溶液只有在非常富集的情况下,才会通过如下反应溶解铁: 3Fe+7NaOH→Na3FeO3·2Na2FeO2+7H Na3FeO3·2Na2·2Na2FeO2+4H2O→7NaOH+Fe3O4+H 7H+H→4H2 3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2 该管道每10日左右送一次碱,容易在焊口处沉积碱液。管道一般为单面焊,内壁常有未焊透处,存有间隙。随时间延长,碱液浓缩,造成碱液在焊口处富集,使焊口处首先腐蚀,而且使焊道不存在金属钝化膜,常露出新鲜的金属表面。根据电化学腐蚀原理,该处的金属表面常处于阳极处,处于腐蚀状态。 原管道的接头为焊接,焊口附近的金相组织比基体的金相组织晶粒大,加之焊接组织不均匀性及焊接后存在较多的缺陷,这样焊道与基体金属的表面机械性能及化学成分存在较大的差异。 该管道在50℃以上的情况下使用和停用交替进行时,由于碱液的富集及较高温度的双重作用,很快发生应力腐蚀开裂,使管道泄漏在冬季频繁发生。 3.材料选择依据

西南交通大学研究生混凝土耐久性考试答案2

1试述耐久性极限状态标志及耐久性极限状态的可靠指标取值 答: 混凝土结构发生耐久性破坏可近似认为是当混凝土发开裂到一定程度时混凝土与钢筋之间的粘结力发生破坏从而不能满足受力要求,我国《混凝土结构耐久性设计规》中将混凝土结构构件的耐久性极限状态分为三种:钢筋开始发生锈蚀的极限状态,钢筋发生适量锈蚀的极限状态和混凝土表面发生轻微损伤的极限状态,然而这个破坏程度很难定量描述,同时可知,氯离子浓度是影响钢筋锈蚀的主要因素,所以可以通过对氯离子浓度的定量描述来反映混凝土结构的耐久性能。 在对氯离子侵蚀环境下的混凝土结构进行寿命预测时,保护层内部钢筋表面 的氯离子浓度达到使钢筋开始锈蚀的临界浓度时,即认为结构开始进入失效状态,所以可近似将钢筋表面氯离子浓度达到临界值作为耐久性极限状态的标志。 2.论述混凝土产生裂缝原因及防止方法 混凝土产生裂缝的主要原因可以分为内部材料原因和外部环境作用原因。 1)内部材料原因: 材料原因引起的裂缝各类包括有: 干缩裂缝、中性化伴随钢筋腐蚀产生裂缝、氧化物使钢筋腐蚀产生裂缝、碱集料反应产生裂缝、水泥水化热产生裂缝。 2)外部环境作用原因: 外部环境作用原因引起的裂缝各类包括有:冻融循环作用、干湿交替、盐结晶、施工原因引起的混凝土裂缝、养护条件不当引起的裂缝,结构设计不当引起的裂缝以及建筑物沉降不均引起的裂缝等。 防止措施: 1)合理选择混凝土原材料和配合比,例如骨料品种、水泥品种等。 2)在混凝土中掺加外加剂,提高混凝土的密实度,或配置成高性能混凝土。 3)控制混凝土的搅拌质量和加强混凝土的早期养护条件以及合理的混凝土保护层厚度。4)优化结构设计,加强施工质量。 3.为什么在有盐环境及有干湿交替时耐久性环境等级较差? 答:混凝土是一种多孔材料,内部结构比较复杂,孔洞、微裂缝的分布和形态等对微观特征对混凝土的硫酸盐侵蚀有很大影响,干湿循环对混凝土产生疲劳破坏,干燥状态下水份蒸发,混凝土毛细孔内的硫酸钠溶液浓度上升,溶液过饱和产生析晶,体积膨胀使毛细孔内壁产生微裂缝,降低混凝土试件的抗渗透性;另一方面毛细孔内盐溶液的浓度增大促进了化学反应的速度,侵蚀产物生长速度加快,侵蚀产物富集体积膨胀微裂缝开展,也进一步降低混凝土的抗渗透性。 1)在干湿交替的条件下,潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶,还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏。 2)盐在混凝土内部孔隙中形成的盐溶液浓度不同,导致渗透压不同,从而在混凝土内部

钢筋混凝土结构的腐蚀与维护

钢筋混凝土结构的腐蚀与维护 摘要:钢筋混凝土是重要的建筑材料之一,其腐蚀是影响工程结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。在建筑工程中,由于多种因素的影响,腐蚀无处不在。为深入了解钢筋混凝土结构的腐蚀,本文从影响钢筋混凝土结构的腐蚀性介质,腐蚀原因进行分析,进一步指出钢筋混凝土结构的防腐维护措施。 关键词:钢筋混凝土;结构;腐蚀;原因;维护措施 一、钢筋混凝土结构的腐蚀的类型 1、溶蚀性腐蚀 水泥水化物生成物中的Ca(OH)2最容易被渗入的水溶解,又促使水化硅酸钙、水化铝酸盐等碱性化合物发生水解,最终完全破坏水泥石结构。某些酸盐溶液渗入混凝土,生成无凝胶型的松软物质,易被水溶蚀。水泥石的溶蚀程度随渗流速度增大而增大,溶蚀后,胶结能力减弱,混凝土材料的整体性被破坏。 2、结晶膨胀性腐蚀 含有硫酸盐的水渗入混凝土中,与水泥水化产物Ca(OH)2起置换反应生成硫酸钙(CaSO42H2O)以溶液形式存在。硫酸钙再与水化物铝硫酸盐起作用生成含有多个结晶水的水化铝硫酸钙,体积膨胀1.5倍以上,在混凝土结构中产生内应力,造成极大的膨胀性破坏作用。 3、电化学腐蚀 钢筋与潮湿介质、水、土壤接触时,表面覆盖一层水膜,水中溶有来自空气中的各种离子,这样便形成了电解质。首先钢筋中的铁素体失去电子即Fe→Fe2++2e成为阳极,渗碳体成为阴极。在酸性介质中H+得到电子变成H2跑掉;在中性介质中,由于氧的还原作用使水中含有的OH-随之生产不溶于水的Fe(OH)2;进一步氧化成Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3,即红褐色铁锈的主要成分。 二、钢筋混凝土结构腐蚀的原因 1、混凝土结构腐蚀 1.1环境介质的侵蚀 环境介质对混凝土的侵蚀主要是对水泥石的侵蚀。当混凝土结构处在有侵蚀介质作用的环境时,会引起水泥石发生一系列化学、物理与物理化学变化,而逐步受到侵蚀,严重的使水泥石强度降低,以致破坏。常见的侵蚀介质可分为淡水腐蚀、一般酸性水腐蚀、碳酸腐蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷,

混凝土结构耐久性研究现状

混凝土结构耐久性研究现状 由于钢筋混凝土结构结合了钢筋抗拉与混凝土抗压的优点,表现出良好的受力性能,成为应用最普遍最广泛的结构形式,近年对水工结构、港工结构、桥梁结构、建筑结构的大量工程调查显示,钢筋混凝土结构表现出了严重的耐久性问题,许多既有钢筋混凝土结构工程往往达不到设计使用年限就需要进行加固修复,其中耐久性的降低是一大影响因素。钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出,引起了世界各国对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视。 耐久性是指在确定的环境和维修、使用条件下,构件在设计使用年限内保持适用性、安全性的能力。钢筋混凝土结构在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤,降低了构件的耐久性和结构的可靠度,导致工程的实际使用寿命往往短于设计使用年限。 影响耐久性的因素,混凝土的碳化,钢筋锈蚀,混凝土的冻融,碱-骨料反应等。 我国在钢筋混凝土耐久性问题上尚缺少全国性的系统资料,但从一些调查资料和发表的有关文献来看,钢筋混凝土耐久性问题也是极其严重的。中国建筑科学研究院的调查表明,我国现役工业建筑物损坏严重,其结构的使用寿命一般不能保证50年,多数在25-30年左右就必须进行大修或加固。1994年铁路部门的统计表明,我国铁路存在有病害的钢筋混凝土桥2675座,其中的722座发生裂损;仅使用20年的北京西直门立交桥,由于长期在冬季使用化冰盐,部分梁柱锈蚀严重,现己拆除重建。从发达国家所取得的经验来看,钢筋混凝土耐久性问题造成的损失己是惊人的。美国标准局(NBS)1975年的调查表明,美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元,蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构,每年耗资将近200亿英镑,而日本引以为自豪的新干线,在运行10年后也出现大面积的混凝土开裂、剥蚀现象,日本运输省曾检查了其103座混凝土港口码头,发现使用20年以上的都有大量的顺筋裂缝,目前日本每年用于房屋结构维修的费用就达400亿日元。 混凝土结构耐久性降低首先起源于材料性能劣化,继而引起混凝土构件强度、刚度衰减,最后影响整个结构安全。由于客观条件,很多研究基于一般假设,如先钢筋锈蚀后加载试验,忽略荷载对混凝土力学性能劣化影响。在实际工程中绝大多数混凝土结构经受荷载和环境因素同时作用,混凝土在承受荷载时,混凝土本身力学性能退化;同时对钢筋保护作用降低,加速钢筋锈蚀,有效钢筋截面面积减小致使构件承载力降低,钢筋与混凝土黏结性能退化使得钢筋塑性不能充分发挥,降低结构延性。混凝土结构经受荷载和环境因素共同作用,荷载与环境等各因素产生的交互作用使得实际服役混凝土结构破坏过程复杂。研究荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性问题对实际工程更具有意义。 混凝土结构在荷载与一般大气环境综合作用下,荷载对混凝土碳化影响不容忽视,混凝土碳化与荷载大小(应力水平)和荷载形式(拉、压应力)等有关。当荷载应力抑制混凝土内部微裂缝发展时,混凝土碳化减缓; 而当荷载应力扩展混凝土内部微裂缝时,混凝土碳化加速。 荷载与特定大气环境( 如人工气候环境、盐雾大气环境、海洋大气环境等) 综合作用下构件耐久性研究成果甚少。张俊芝等试验研究了人工气候环境下承受荷载作用混凝土梁受压

钢筋混凝土结构中的钢筋有哪几种

钢筋的分类和用途 钢筋种类很多,通常按化学成分、生产工艺、轧制外形、供应形式、直径大小,以及在结构中的用途进行分类: 1.按化学成分分 碳素钢钢筋和普通低合金钢筋。碳素钢钢筋按碳量多少,又分为低碳钢钢筋(含碳量低于0.25%,如I级钢筋),中碳钢钢筋(含碳量0.25%~0.7%,如IV级钢筋),高碳钢钢筋(含碳量0.70%~1.4%,如碳素钢丝),碳素钢中除含有铁和碳元素外,还有少量在冶炼过程中带有的硅、锰、磷、硫等杂质。普通低合金钢钢筋是在低碳钢和中碳钢中加入少量合金元素,获得强度高和综合性能好的钢种,在钢筋中常用的合金元素有硅、锰、钒、钛等,普通低合金钢钢筋主要品种有:20MnSi、40Si2MnV、45SiMnTi等。 各种化学成分含量的多少,对钢筋机械性能和可焊性的影响极大。一般建筑用钢筋在正常情况下不作化学成分的检验,但在选用钢筋时,仍需注意钢筋的化学成分。下面介绍钢筋中主要的五种元素对其性能的影响。 碳(C):碳与铁形成化合物渗碳体(Fe3C),材性硬且脆,钢中含碳量增加渗碳体量就大,钢的硬度和强度也提高,而塑性和韧性则下降,材性变脆,其焊接性也随之变差。 锰(Mn):它是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的,可使钢的塑性及韧性下降,因此含量要合适,一般含量在1.5%以下。

硅(Si):它也是作为脱氧剂加入钢中的,可使钢的强度和硬度增加。有时特意加入一些使其含量大于0.4%,但不能超过0.6%,因为它含量大时与碳(C)含量大时的作用一样。硫(S):它是一种导致钢热脆性、使钢在焊接时出现热裂纹的有害杂质。它在钢中的存在使钢的塑性和韧性下降。一般要求其含量不得超过0.045%。 磷(P):它也是一种有害物质。磷使钢容易发生冷脆并恶化钢的焊接性能,尤其在200℃时,它可使钢材或焊缝出现冷裂纹。一般要求其含量低于0.045%,即使有些低合金钢也必须控制在0.050%~0.120%之间。 2.按轧制外形分 (1)光面钢筋:I级钢筋(Q235钢钢筋)均轧制为光面圆形截面,供应形式有盘圆,直径不大于10mm,长度为6m~12m。 (2)变形钢筋/带肋钢筋:有螺旋形、人字形和月牙形三种,一般Ⅱ、Ⅲ级钢筋轧制成人字形,Ⅳ级钢筋轧制成螺旋形及月牙形。 3.按直径大小分 钢丝(直径3~5mm)、细钢筋(直径6~10mm)、粗钢筋(直径大于22mm)。 4.按力学性能分 Ⅰ级钢筋(235/370级);Ⅱ级钢筋(335/510级);Ⅲ级钢筋

工程建筑中地下水危害及防治

工程建筑中地下水危害及防治 摘要:地下水是很重要的水资源,对人类的水源提供具有很重要的意义,然而在工程建设中,由于地下水的特殊性和其化学成分,对钢筋混泥土具有很大的侵蚀性,对工程建筑有极大的作用和影响。本文有针对性地提出了勘测、设计,施工等各阶段防治地下水的相关措施,以便有效地防范由地下水引发的工程事故。 关键词:地下水;化学分析;侵蚀性;工程建筑;防治 一,地下水性质及对工程建筑的危害 1地下水的物理性质 由于地下水在运动过程中与各种岩土体相互作用,而岩土中的可溶性物质(很多是矿物)随水迁移、聚集,使地下水成为一种复杂的溶液,这种复杂的地下水溶液通常具有温度、颜色、透明度、气味、味道和导电性等等的物理性质。 2地下水的化学成分 第一,地下水中常见的气体有:O2、N2、H2S、CO2等,地下水中气体分子能够很好地反映地球化学环境。 第二,地下水中含有的离子有:地下水中含量最多、分布最广的离子有七种,即:Cl-、SO2-4、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。 第三,地下水中的化合物有:Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等。 3地下水的主要化学性质 由于地下水具有如上的物理性质和化学成分,因此在地下水中通常具有如下的化学性质: 第一,地下水的矿化度。 水中所含离子、分子及化合物的总量称为水的总矿化度,低矿化度的水中常以含有HCO3-为主,中等矿化度水常以含有SO2-4为主;高矿化度的水常以含有Cl-为主。高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度,腐蚀钢筋等等。 第二,地下水的酸碱度。 地下水的酸碱度用水的PH值来表示,常温常压下当PH值小于5时,水为强酸性水;PH值在5—7之间为弱酸性水,PH值为7时,为中性的水;PH值在7—9之间时为弱碱性水;PH值大于9时为强碱性水。 第三,地下水的硬度。 通常情况下水的硬度按水中的Ca2+、Mg2+离子的含量的多少可以分为以下三种情况: (1)总硬度,它是指水在未被煮沸时Ca2+、Mg2+离子的总含量。 (2)暂时硬度,它是指水在被煮沸时水中的Ca2+、Mg2+离子因失去CO2生成沉淀碳酸盐而失去的Ca2+、Mg2+离子的数量。 (3)永久硬度是指水经过煮沸后,仍然留在水中的Ca2+、Mg2+离子的含量,

钢筋混凝土结构中常见质量通病

钢筋混凝土结构中常见质量通病、成因及防治措施摘要:本文从设计、材料,特别是施工角度阐述钢筋混凝土结构中常见的质量通病产生的原因、防治措施以及治理方法。 关键词:混凝土施工;质量通病;裂缝;防治 引言: 随着我国社会经济的快速发展,近年来公用建筑及住宅建设的步伐也在加快,不计其数的办公楼和住宅小区相继建成,人们陆续搬进新居,他们对办公环境和住房的质量要求越来越高,与此同时,人们对建筑结构的安全的关注程度也越来越高。钢筋混凝土工程是建筑物的主体工程,其质量的优劣直接影响到建筑物的安全、使用寿命、抗震性能等。尤其在住宅工程中人们对一些现浇楼板出现的裂缝情况非常关注,担心这些裂缝最终会引发安全事故,因而向建筑质量监督部门投诉的事情也时有发生,这也一直是施工单位和开发商经常面对的质量难题。 1 钢筋混凝土结构中的一般质量通病 1.1 混凝土麻面 1.1.1 现象: 混凝土表面局部缺浆粗糙,或有许多小凹坑,但无钢筋和石子外露。 1.1.2 原因分析:

1、模板表面粗糙或清理不干净,粘有干硬水泥砂浆等杂物,拆模时混凝土表面被粘损。 2、钢模板脱模剂涂刷不均匀,拆模时混凝土表面粘结模板。 3、模板接缝拼装不严密,浇筑混凝土时缝隙漏浆。 4、混凝土振捣不密实,混凝土中的气泡未排出,一部分气泡停留在模板表面。 1.1.3 治理方法: 处理方法:麻面主要影响混凝土外观,对于面积较大的部位修补。即将麻面部位用清水刷洗,充分湿润后用水泥砂浆或1∶2 水泥砂浆抹刷。 1.2 蜂窝 1.2.1 原因分析: 1、混凝土配合比不合理,石、水泥材料计量错误,或加水量不准,造成砂浆少石子多。 2、混凝土搅拌时间短,没有拌合均匀,混凝土和易性差,振捣不密实。 3、未按操作规程浇筑混凝土,下料不当,使石子集中,振不出水泥浆,造成混凝土离析。 4、混凝土一次下料过多,没有分段、分层浇筑,振捣不实或下料与振捣配合不好,未振捣又下料。

钢筋混凝土结构学

钢筋混凝土结构学复习要点 绪论 1.钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成的共同受力的结构。 2.一般来说,在钢筋混凝土结构中,混凝土主要承担压力,钢筋主要承担拉力,必要时也可承担压力。钢筋和混凝土这两种性能不同的材料能结合在一起共同工作,主要是它们之间有良好的粘结力和较为接近的温度膨胀系数。 3.按其在在结构中所起作用的不同和化学成分的不同划分钢筋的品种。 4.为什么以屈服强度为标准:屈服强度(流限)是软钢的主要强度指标。钢筋混凝土结构构件中的钢筋,当应力达到屈服强度后,载荷不增加,应变会继续增大,使得混凝土裂缝开展过宽,构件变形过大,结构构件不能正常使用,所以软钢钢筋的受拉强度限值以屈服强度为准。硬钢没有明确的屈服台阶(流幅),所以设计中硬钢一般以协定流限作为强度标准。 5.为什么不采用高强度钢筋:采用高强度钢筋可以节约钢材,取得较好的经济效果,但混凝土结构中钢筋的强度并非越高越好。由于钢筋的弹性模量并不因其强度提高而增大,高强钢筋若充分发挥其强度,则与高应力相应的大伸长变形势必会引起混凝土结构过大的变形和裂缝宽度。(问答) 6.A双向受压时,混凝土的抗压强度比单向受压的强度为高。B双向受拉时,混凝土一向抗拉强度基本上与另一方向拉应力大小无关。C一向受拉一向受压时,混凝土抗压强度随另一向的拉应力的增加而降低。D三向受压时,混凝土一向抗压强度随另二向压应力的增加而增加,并且极限压应变也可以大大提高。 7.混凝土在荷载长期持续作用下,应力不变,变形也会随时间的增长而增长,这种现象称为混凝土的徐变。 8.徐变和塑性变形不同,塑性变形主要是混凝土中结合面裂缝的扩展延伸引起的,只有当应力超过了材料的弹性极限后才发生,而且是不可恢复的。徐变不仅部分可恢复,而且在较小的应力时就能发生。(问答) 9.实验表明,光圆钢筋的粘结力由三部分组成:①水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶结力; ②混凝土收缩,将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力;③钢筋表面不平整与混凝土之间产生的机械咬合力。 10.未了保证钢筋在混凝土中锚固可靠,设计时应该使受拉钢筋在混凝土中有足够的锚固长度0l。 11.接长钢筋有三种办法:绑扎搭接、焊接、机械连接。 12.机械连接接头可分为挤压套筒接头和螺纹套筒接头两大类。 第二章 1.工程结构的功能要求主要包括三个方面:安全性、适用性、耐久性。被统称为结构的可靠性。 2.工程结构设计的基本目的是使结构在预定的使用期限内能满足设计所预定的各项功能要求,做到安全可靠和经济合理。 3.随时间的变异分类:永久荷载、可变荷载、偶然荷载。 4.出现Z<0的概率,也就是出现R

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施(标准版)

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护 措施(标准版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位:______________________ 姓名:______________________ 日期:______________________ 编号:AQ-SN-0623

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施(标准 版) 一.钢筋混凝土结构防腐蚀的意义 钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点,造价较低,在土建工程中应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中,钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的,其PH值一般大于12.5,在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用,使钢筋表面产生一层钝化膜,能阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时和混凝土材料中的碱性物质中和,从而导致混凝土的PH值降低,就出现PH值小于9这种情况,钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏,钢筋就会发生锈蚀,并且随着锈蚀的加剧,会导致混凝土保护层开裂,钢筋与混凝土之间的黏结力破坏,钢筋受力截面减少,

结构强度降低等,从而导致结构耐久性的降低。 据调查,我国20世纪90年代前兴建的海港工程,一般10~20年就会出现钢筋严重腐蚀破坏,结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求。我国50年代至70年代建的海港工程,高桩码头不到20年,甚至7~8年就出现严重钢筋锈蚀破坏,海工混凝土结构破坏已成为我国港口建设中不得不重视并迫切需要解决的问题。 国外学者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性,即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元;在发现钢筋锈蚀时采取措施需要追加维修费5美元;混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元;严重破坏时将追加维修费125美元。我国海洋工程中广泛使用的钢筋混凝土结构因腐蚀引起破坏的情况同样严重。除海洋环境本身属于强腐蚀环境因素外,环境的日益恶化、相关的混凝土结构耐久性规定标准偏低、施工质量不能保证等因素,致使我国混凝土结构大部分在使用10年左右即出现较严重的腐蚀破坏,给国家建设和经济发展造成了巨大的损失。因此,如何采取有效的防腐蚀技术措施,防止钢筋混凝土结构过早出现钢筋锈蚀破坏,确保建

钢筋混凝土结构质量问题分析

钢筋混凝土结构质量问题分析 发表时间:2019-07-17T11:49:33.900Z 来源:《基层建设》2019年第12期作者:孙晓磊 [导读] 摘要:钢筋混凝土结构是我国建筑结构中应用最广泛的结构形式,因此,钢筋和混凝土也是使用最多的建筑材料。 杭州信诚建筑劳务有限公司 摘要:钢筋混凝土结构是我国建筑结构中应用最广泛的结构形式,因此,钢筋和混凝土也是使用最多的建筑材料。故在施工中,钢筋混凝土的质量已成为影响结构安全和耐久性的重要问题。本文总结了钢筋混凝土结构质量问题的原因、检测方法和修复方式,供参考。 关键字:钢筋;混凝土;质量;检测;修补 1影响钢筋混凝土质量问题的原因 造成钢筋混凝土质量问题的原因有多方面,归纳起来有以下几个方面: 1)材料原因。如选用的水、水泥、砂、石、外加剂、钢筋、焊条等不当,或质量不符合要求等。 2)设计原因。如设计安全度不足,荷载选用不当,结构布局与构造不合理,计算有误等。 3)施工中的原因,如配料不准,搅拌不匀,运送时间过久,浇筑不符合规范,振捣不实,模板变形,跑浆,过早拆模等。 4)环境的原因。如冻害、高温、高热、腐蚀介质作用,自然风化等。 2易发生的质量问题 下面分述钢筋混凝土工程质量问题的现象产生的原因及其控制途径 1)结构表面损伤,缺楞掉角。产生的原因是:①模板表面未涂隔离剂,模板表面未清理干净,粘有混凝土。②模板表面不平,翘曲变形;③振捣不良,边角处未振实;④拆模时间过早,混凝土强度不够等。 2)麻面、蜂窝、露筋、孔洞,内部不密实。产生的原因是:①模板拼缝不严,板缝处跑浆;②模板未涂隔离剂;③模板表面未清理干净;④振捣不密实、漏振;⑤混凝土配合比设计不当或现场计量有误;⑥混凝土搅拌不匀,和易性不好。⑦一次投料过多,没有分层捣实。⑧底模未放垫块,或垫块脱落,导致钢筋紧贴模板;⑨拆模时撬坏混凝土保护层;⑩钢筋混凝土节点处,由于钢筋密集,混凝土的石子粒径过大,浇筑困难,振捣不仔细; 3)在梁、板、墙、柱等结构的接缝处和施工缝处产生烂根、烂脖、烂肚。产生的原因是:①施工缝的位置留得不当,不好振捣;②模板安装完毕后,接岔处清理不干净;③对施工缝的老混凝土表面未作处理,或处理不当,形成冷缝;④接缝处模板拼缝不严,跑浆等。 4)结构发生裂缝,产生的原因是:①模板及其支撑不牢,产生变形或局部沉降;②拆模不当,引起开裂;③养护不好引起裂缝;④混凝土和易性不好,浇筑后产生分层,产生裂缝;⑤大面积现浇混凝土由于收缩温度产生裂缝。 5)混凝土冻害;产生的原因是:①混凝土凝结后,尚未取得足够的强度时受冻,产生胀裂;②混凝土密实性差,孔隙多而大,吸水后气温下降达到负温时,水变成冰,体积膨胀,使混凝土破坏;③混凝土抗冻性能未达到设计要求,产生破坏等。 3质量检测方法 3.1常用方法 钢筋混凝土质量检测可以分成三个部分。①外观检查。对于混凝土外表产生的质量问题,可以用这种方法检查,如尺寸的偏差、蜂窝麻面,表面损伤、缺楞掉角、裂缝、冻害等。②预留试快检测。这种方法有一定的误差,如预留试快的取样不当,试块与结构没有同条件养护,试块的振捣方法与结构的施工方法相差甚大,则试块就没有代表性。③在结构本体上进行检测。这种检测内容有:混凝土的强度和缺陷、钢筋的配置情况和锈蚀情况和结构的承载能力等。 3.2回弹法(表面硬度法) 是一种测量混凝土表面硬度的方法,混凝土强度与硬度有密切关系。回弹仪是用冲击动能测量回弹锤撞击混凝土表面后的回弹量,确定混凝土表面硬度,用试验方法建立表面硬度与混凝土强度的关系曲线,从而推断混凝土的强度值,这种方法受混凝土的表面状况影响较大,例如混凝土的碳化情况、干湿状况,甚至粗骨料对表面的影响都很大,所以测出的强度需要进行校准。我国已制定了回弹仪测试混凝土强度的技术标准,使用比较普遍。 3.3拔出法(半破损法) 是使用拔出仪拉拔埋在混凝土表面层内的锚杆,根据混凝土的拉拔强度,推算混凝土抗压强度。这种方法是直接测定混凝土的力学特性,所以测出的数据比较可靠,我国也已制定标准。埋在混凝土表层内的锚杆,可以是预埋的,也可以是后埋的,后埋法使用方便、灵活,但在钻孔、埋入锚杆等作业时,会损伤混凝土,或埋设不当,会影响测值。 3.4超声波法(声波法) 是用超声发射仪,从一侧发射一列超声脉冲进入混凝土中,在另一侧接收经过混凝土介质传送的超声脉冲波,同时测定其声速、振幅、频率等参数,判断混凝土的质量,超声波法可以测定混凝土的强度,混凝土的强度与声速的相关性受混凝土的组成材料的品种、骨料粒径、湿度等影响,需要用该种混凝土的试件或取芯法的芯样来率定强度与声波的关系。超声波法还可以探测混凝土内部的缺陷、裂缝、灌浆效果、结合面质量等,是目前测缺陷使用最普遍的方法。我国已制定出技术规程。超声法也可以测量板的厚度、表面裂缝的深度等。 4修补与加固处理方法 4.1修补和加固要求 钢筋混凝土结构的修补加固工作是一项十分仔细而困难的工作。首先必须查明原因,测定被损伤的位置、大小、程度,判定结构的安全性,才能针对性地采取措施,取得效果。其次,修补加固方案必须简单,易于施工,最终还是要依靠施工质量,保证新老结构的共同工作,才能达到修补加固的目的。 4.2对混凝土结构裂缝的修补 1)表面密封法。此法适用于修补不再发展的裂缝,其宽度不大于0.2㎜。其做法为:在裂缝处用钢丝刷将混凝土表面打毛,并用清水洗净,然后喷涂或涂刷一层涂敷材料,涂敷材料可根据结构的要求选用环氧树脂,丙稀酸橡胶、聚酯树脂,或在裂缝上先铺放玻璃布,再用修铺材料涂刷。当裂缝渗水时,则宜用快硬水泥或其它水硬性粘结剂堵漏修补。 2)灌浆修补。此法适用于修补较深的裂缝和混凝土内部有孔洞、疏松等情况,压浆设备可采用电动泵,也可用手压泵,灌浆前,应沿

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