钢筋混凝土结构抵抗氯盐或硫酸盐侵蚀的成套防治技术

　　摘要：为了提升钢筋混凝土结构在氯盐或硫酸盐环境中的服役寿命，本文提出了“隔、阻、缓”一整套耐久性提升技术：发明有机外防水技术与无机渗透强化技术，“隔”离海水的侵蚀；发明混凝土高效盐结晶抑制技术和侵蚀性离子传输抑制技术，大幅降低SO42- 对混凝土的腐蚀和Cl-的传输“阻”止有害离子的侵蚀；发明钢筋长效阻锈技术，延“缓”钢筋锈蚀。
　　Abstract： In order to enhance the service life of reinforced concrete structures in the environment of chloride salt or sulphate， this paper proposes a set of durability improvement technologies for "separation， resistance， and retardation"： the invention of organic external waterproof technology and inorganic osmotic strengthening technology to separate erosion from seawater； invention of concrete high-stable salt crystallization suppression technology and aggressive ion transmission suppression technology， which significantly reduce the corrosion of SO42- to concrete and Cl-transport， to resist harmful ion erosion； invention of steel long-term rust-proof technology， to retard rebar corrosion.
　　关键词：钢筋混凝土；氯盐环境；耐久性；“隔、阻、缓”
　　Key words： reinforced concrete；chlorine salt environment；durability；"separation， resistance， retardation"
　　中圖分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0121-04

0 引言

　　随着海洋及西部大开发战略正逐步实施，钢筋混凝土结构所面临的服役环境愈加严苛，主要体现在服役环境中的侵蚀离子（Cl-、SO42-）浓度愈来愈高，严重威胁着钢筋混凝土结构的服役寿命。这些严酷的环境主要集中在海洋地区以及西部盐湖地区。我国幅员辽阔，海洋面积达299.7万平方公里，占总面积的31%；另外我国大西北有4大盐湖区共上千个盐湖，其中，新疆盐湖区有102个，青海盐湖区有33个，内蒙古盐湖区有370多个，西藏盐湖区有220 多个；盐湖卤水的含盐量高达海水含盐量的5倍～10倍，具体如表1所示，而且主要是以硫酸盐、氯盐为主，对混凝土和钢筋混凝土结构的耐久性构成严重威胁，是造成结构工程过早失效的主要原因。例如：拆除中的青岛北海船厂修船码-服役寿命不到32年，青岛海港站挡浪坝工程位于小麦岛，服役寿命仅有23年；OPC在盐湖卤水干湿交替条件下，2～3年即发生严重腐蚀，破坏位置主要在地面上30cm区域。
　　绝大多数钢筋混凝土结构耐久性提升技术的目标都是为了延缓混凝土中钢筋锈蚀，延长结构中锈蚀孕育期，进而提高严苛环境中结构的安全服役寿命。针对西部盐湖中氯盐、硫酸盐单高与双高等特定，本文提出“隔、阻、缓”一整套关键技术用于保障钢筋混凝土的服役寿命。“隔、阻、缓”整套关键技术具体指，采用有机外防水技术与无机渗透强化技术，“隔”离海水的侵蚀；采用混凝土高效盐结晶抑制技术和侵蚀性离子传输抑制技术，大幅降低SO42- 对混凝土的腐蚀和Cl-的传输，“阻”止有害离子的侵蚀；采用钢筋长效阻锈技术，延“缓”钢筋锈蚀。

1 氯盐与硫酸盐的侵蚀机理概述

　　1.1 氯盐侵蚀
　　氯盐主要是通过引起钢筋的锈蚀引起混凝土膨胀开裂，进而影响钢筋混凝土结构的耐久性。混凝土基体中的氯离子主要以三种形式存在：化学结合氯、物理吸附氯与自由氯离子。外界环境中的氯离子主要通过扩散作用、毛细管作用、渗透作用进入到水泥基材料，发生化学结合以及物理结合，剩余的自由氯离子继续扩散，到达钢筋表面富集致临界浓度开始产生破坏。对于水泥基材料，氯离子固化能力越强，自由氯离子越少，侵蚀破坏程度就越轻[1]。
　　研究者[2]指出C3A含量越高，孔溶液中自由氯离子的含量就低，结合氯离子就越多，这里的C3A是指有效铝酸盐含量（硫酸盐、碳酸盐反应之后剩余的）。Tang L研究表明普通混凝土的氯离子结合能力与水胶比以及骨料的关系不大，与C-S-H含量有很大的联系。Zibara则比较了不同组分对氯离子的结合能力，C3A>C4AF>C3S>C2S。Arya C、罗睿指出硅灰的加入会降低氯离子的结合能力，而矿渣、粉煤灰却因为较高的铝相含量增加了氯离子结合能力；曹青[3]进一步研究指出，矿物掺合料对氯离子结合能力的提升幅度，由大到小的顺序为：偏高岭土、矿渣、钢渣、粉煤灰；此外莫利伟[4]指出粉煤灰和矿粉双掺的改善效果比单掺的好。岳青滢[5]在研究阳离子类型对于氯离子固化能力的影响，大小趋势如下：Ca2+>Mg2+>K+≈Na+。碳化通过影响水化产物以及pH来改变氯离子结合能力，Zibara、曹青指出总结两方面的影响，碳化会使氯离子固化能力下降；王绍东指出碳化能够使Cl-型AFm转化为CO32-型AFm，释放出氯离子，加速侵蚀过程。电场条件下比自然状态下氯离子的结合能力要低，影响大小主要依据于电场强度的大小。

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