文章詳情
提高混凝土耐久性的技術(shù)措施
日期：2025-05-03 17:10
瀏覽次數(shù)：2777
摘要：
提高混凝土耐久性的技術(shù)措施
國內(nèi)外相關(guān)科研成果和長期工程實(shí)踐調(diào)研顯示，當(dāng)前較為成熟的提高提高混凝土耐久性的技術(shù)措施的主要技術(shù)措施有：
（1）高性能海工混凝土
其技術(shù)途徑是采用上等混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑復(fù)合，配以與之相適應(yīng)的水泥和級配良好的粗細(xì)骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實(shí)、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土較高的抗氯離子滲透性為特征,其優(yōu)異的耐久性和性能價(jià)格比已受到*上研究和工程界的認(rèn)同。
（2）提高混凝土保護(hù)層厚度 這是提高海洋工程鋼筋混凝土使用壽命的*為直接、簡單而且經(jīng)濟(jì)有效的方法。但是保護(hù)層厚度并不能不受限制的任意增加。當(dāng)保護(hù)層厚度過厚時(shí)，由于混凝土材料本身的脆性和收縮會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層出現(xiàn)裂縫反而削弱其對鋼筋的保護(hù)作用。
（3）混凝土保護(hù)涂層 完好的混凝土保護(hù)涂層具有阻絕腐蝕性介質(zhì)與混凝土接觸的特點(diǎn)，從而延長混凝土和鋼筋混凝土的使用壽命。然而大部分涂層本身會在環(huán)境的作用下老化，逐漸喪失其功效，一般壽命在5～10年，只能作輔助措施。
（4）涂層鋼筋、耐腐蝕鋼筋
采用耐腐蝕鋼筋對混入型和滲入型氯離子的防護(hù)都是很有效的。因?yàn)榄h(huán)氧涂層鋼筋是在嚴(yán)格控制的鋼廠流水線上涂覆的，一般可以保證涂層高質(zhì)量，涂層可以將鋼筋與周圍的混凝土隔開，即使氯離子和氧氣等已經(jīng)大量侵入混凝土，它還是可以長期保護(hù)鋼筋，使鋼筋免遭腐蝕。
鋼筋表面采用致密材料涂覆，如環(huán)氧涂層環(huán)氧涂層鋼筋在歐美也有一定的應(yīng)用，其應(yīng)用效果評價(jià)不一。主要不利方面是，環(huán)氧涂層鋼筋與混凝土的握裹力降低35％，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能有所降低；施工過程中對環(huán)氧涂層鋼筋的保護(hù)要求極其嚴(yán)格，加大了施工難度；另外成本的明顯增加也是其推廣應(yīng)用受到制約。
（5）鋼筋阻銹劑
鋼筋阻銹劑通過影響鋼筋和電介質(zhì)之間的電化學(xué)反應(yīng)，通過提高氯離子促使鋼筋腐蝕的臨界濃度來穩(wěn)定鋼筋表面的氧化物保護(hù)膜，可以有效地阻止鋼筋腐蝕發(fā)生，從而延長鋼筋混凝土的使用壽命，因?yàn)樽桎P劑的作用可以自發(fā)地在鋼筋表面上形成，只要有致鈍環(huán)境，即使純化膜破壞也可以自行再生，自動維持，這不*優(yōu)于任何人為涂層，而且經(jīng)濟(jì)、簡便。但由于其有效用量較大，作為輔助措施較為適宜。*好的辦法是是將電解質(zhì)的pH值提高到12左右，使鋼筋表面有一層穩(wěn)定的鈍化膜使陽極反應(yīng)難以進(jìn)行，從而阻止鋼筋的腐蝕。阻銹劑能優(yōu)先參與并阻止鋼筋這兩種或任何一種界面反應(yīng)，并能長期保證其穩(wěn)定狀態(tài)，從而有效地阻止了鋼筋的銹蝕。
（6）陰極保護(hù)
陰極保護(hù)的電化學(xué)原理就是：即使鋼筋周圍的混凝土有的已經(jīng)碳化或含有大量氯離子，或者混凝土保護(hù)層薄而透水透氣，或鋼筋表面具有銹層，不讓鋼筋表面任何地方放出自由電子，使其電位等于或低于平衡電位，就可以使鋼筋不再進(jìn)行陽極反應(yīng)，即鋼筋銹蝕。
該方法是通過引入一個(gè)外加犧牲陽極或直流電源來抑制鋼筋電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程從而延長海工混凝土的使用壽命。但是，由于陰極保護(hù)系統(tǒng)的制造、安裝和維護(hù)費(fèi)用過于昂貴且穩(wěn)定性不高，目前在海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中很少應(yīng)用。
（7）海水耐蝕劑
海水耐蝕劑是用礦渣、硬石膏、天然火山灰、活性激發(fā)組分等無機(jī)材料磨粉而成。
物理作用：海水耐蝕劑的比表面積，其微粉填充效應(yīng)提高了水泥漿體與骨科之間的黏結(jié)強(qiáng)度，從而提高了混凝土的密實(shí)度。
化學(xué)作用：①海水耐蝕劑中的高活性微粉、活性二氧化硅不斷與水化出來的CaOH2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成更多的C-S-H凝膠，加快水泥水化速度，提高混凝土的強(qiáng)度②火同灰的抗硫酸鹽、抗海水侵蝕效果決定于火山灰中的二氧化硅的含量，二氧化硅含量高可以提高混凝土的耐久性，更重要的是在易被侵蝕的鋁酸鹽化合物上覆蓋了一層C-S-H凝膠的保護(hù)膜。
（8）混凝土表層處理
為了防止水、氯化物、二氧化碳等侵蝕介質(zhì)滲入混凝土中，以延緩綱筋銹蝕，對于修補(bǔ)過的或新并行筑的混凝土結(jié)構(gòu)，涂覆混凝土干作為*道防線，往往是一種比較簡便、經(jīng)濟(jì)和有效的輔助性能保護(hù)措施。鑲面板是另一種混凝土表層處理方式。
（9）定期檢測
對混凝土結(jié)構(gòu)也應(yīng)做定期檢查，盡早發(fā)現(xiàn)問題，制定合理維修方案，對延長工程壽命也有顯著效果。
（1）高性能海工混凝土
其技術(shù)途徑是采用上等混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑復(fù)合，配以與之相適應(yīng)的水泥和級配良好的粗細(xì)骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實(shí)、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土較高的抗氯離子滲透性為特征,其優(yōu)異的耐久性和性能價(jià)格比已受到*上研究和工程界的認(rèn)同。
（2）提高混凝土保護(hù)層厚度 這是提高海洋工程鋼筋混凝土使用壽命的*為直接、簡單而且經(jīng)濟(jì)有效的方法。但是保護(hù)層厚度并不能不受限制的任意增加。當(dāng)保護(hù)層厚度過厚時(shí)，由于混凝土材料本身的脆性和收縮會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層出現(xiàn)裂縫反而削弱其對鋼筋的保護(hù)作用。
（3）混凝土保護(hù)涂層 完好的混凝土保護(hù)涂層具有阻絕腐蝕性介質(zhì)與混凝土接觸的特點(diǎn)，從而延長混凝土和鋼筋混凝土的使用壽命。然而大部分涂層本身會在環(huán)境的作用下老化，逐漸喪失其功效，一般壽命在5～10年，只能作輔助措施。
（4）涂層鋼筋、耐腐蝕鋼筋
采用耐腐蝕鋼筋對混入型和滲入型氯離子的防護(hù)都是很有效的。因?yàn)榄h(huán)氧涂層鋼筋是在嚴(yán)格控制的鋼廠流水線上涂覆的，一般可以保證涂層高質(zhì)量，涂層可以將鋼筋與周圍的混凝土隔開，即使氯離子和氧氣等已經(jīng)大量侵入混凝土，它還是可以長期保護(hù)鋼筋，使鋼筋免遭腐蝕。
鋼筋表面采用致密材料涂覆，如環(huán)氧涂層環(huán)氧涂層鋼筋在歐美也有一定的應(yīng)用，其應(yīng)用效果評價(jià)不一。主要不利方面是，環(huán)氧涂層鋼筋與混凝土的握裹力降低35％，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能有所降低；施工過程中對環(huán)氧涂層鋼筋的保護(hù)要求極其嚴(yán)格，加大了施工難度；另外成本的明顯增加也是其推廣應(yīng)用受到制約。
（5）鋼筋阻銹劑
鋼筋阻銹劑通過影響鋼筋和電介質(zhì)之間的電化學(xué)反應(yīng)，通過提高氯離子促使鋼筋腐蝕的臨界濃度來穩(wěn)定鋼筋表面的氧化物保護(hù)膜，可以有效地阻止鋼筋腐蝕發(fā)生，從而延長鋼筋混凝土的使用壽命，因?yàn)樽桎P劑的作用可以自發(fā)地在鋼筋表面上形成，只要有致鈍環(huán)境，即使純化膜破壞也可以自行再生，自動維持，這不*優(yōu)于任何人為涂層，而且經(jīng)濟(jì)、簡便。但由于其有效用量較大，作為輔助措施較為適宜。*好的辦法是是將電解質(zhì)的pH值提高到12左右，使鋼筋表面有一層穩(wěn)定的鈍化膜使陽極反應(yīng)難以進(jìn)行，從而阻止鋼筋的腐蝕。阻銹劑能優(yōu)先參與并阻止鋼筋這兩種或任何一種界面反應(yīng)，并能長期保證其穩(wěn)定狀態(tài)，從而有效地阻止了鋼筋的銹蝕。
（6）陰極保護(hù)
陰極保護(hù)的電化學(xué)原理就是：即使鋼筋周圍的混凝土有的已經(jīng)碳化或含有大量氯離子，或者混凝土保護(hù)層薄而透水透氣，或鋼筋表面具有銹層，不讓鋼筋表面任何地方放出自由電子，使其電位等于或低于平衡電位，就可以使鋼筋不再進(jìn)行陽極反應(yīng)，即鋼筋銹蝕。
該方法是通過引入一個(gè)外加犧牲陽極或直流電源來抑制鋼筋電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程從而延長海工混凝土的使用壽命。但是，由于陰極保護(hù)系統(tǒng)的制造、安裝和維護(hù)費(fèi)用過于昂貴且穩(wěn)定性不高，目前在海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中很少應(yīng)用。
（7）海水耐蝕劑
海水耐蝕劑是用礦渣、硬石膏、天然火山灰、活性激發(fā)組分等無機(jī)材料磨粉而成。
物理作用：海水耐蝕劑的比表面積，其微粉填充效應(yīng)提高了水泥漿體與骨科之間的黏結(jié)強(qiáng)度，從而提高了混凝土的密實(shí)度。
化學(xué)作用：①海水耐蝕劑中的高活性微粉、活性二氧化硅不斷與水化出來的CaOH2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成更多的C-S-H凝膠，加快水泥水化速度，提高混凝土的強(qiáng)度②火同灰的抗硫酸鹽、抗海水侵蝕效果決定于火山灰中的二氧化硅的含量，二氧化硅含量高可以提高混凝土的耐久性，更重要的是在易被侵蝕的鋁酸鹽化合物上覆蓋了一層C-S-H凝膠的保護(hù)膜。
（8）混凝土表層處理
為了防止水、氯化物、二氧化碳等侵蝕介質(zhì)滲入混凝土中，以延緩綱筋銹蝕，對于修補(bǔ)過的或新并行筑的混凝土結(jié)構(gòu)，涂覆混凝土干作為*道防線，往往是一種比較簡便、經(jīng)濟(jì)和有效的輔助性能保護(hù)措施。鑲面板是另一種混凝土表層處理方式。
（9）定期檢測
對混凝土結(jié)構(gòu)也應(yīng)做定期檢查，盡早發(fā)現(xiàn)問題，制定合理維修方案，對延長工程壽命也有顯著效果。
提高混凝土耐久性的技術(shù)措施策略
提高混凝土耐久性的技術(shù)措施需采取根本措施和補(bǔ)充措施。根本措施是從材質(zhì)本身的性能出發(fā)，提高混凝土材料本身的耐久性能，即采用高性能混凝土；再找出破壞作用的主次先后,對主因和導(dǎo)因?qū)ΠY施治，并根據(jù)具體情況采取除高性能混凝土以外的補(bǔ)充措施。而二者的有機(jī)結(jié)合就是綜合防腐措施。大量研究實(shí)踐表明，采用高性能混凝土是在惡劣的海洋環(huán)境下提高結(jié)構(gòu)耐久性的基本措施，然后根據(jù)不同構(gòu)件和部位，經(jīng)可能提高鋼筋保護(hù)層厚度（一般不小于50mm），某些部位還可復(fù)**用保護(hù)涂層或阻銹劑等輔助措施，形成以高性能海工混凝土為基礎(chǔ)的綜合防護(hù)策略，有效提高大橋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。
因此，對海洋工程跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性方案的設(shè)計(jì)遵循的基本方案是：*先，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性基本措施是采用高性能混凝土。同時(shí)，依據(jù)混凝土構(gòu)件所處結(jié)構(gòu)部位及使用環(huán)境條件，采用必要的補(bǔ)充防腐措施，如內(nèi)摻鋼筋阻銹劑、混凝土外保護(hù)涂層等。在保證施工質(zhì)量和原材料品質(zhì)的前提下，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性將可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
對于具體工程而言，耐久性方案的設(shè)計(jì)必須考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況——如原材料的可及性、工藝設(shè)備的可行性等，以及經(jīng)濟(jì)上的合理性。也就是說應(yīng)該采取有針對性的，因地制宜的綜合防腐方案。
因此，對海洋工程跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性方案的設(shè)計(jì)遵循的基本方案是：*先，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性基本措施是采用高性能混凝土。同時(shí)，依據(jù)混凝土構(gòu)件所處結(jié)構(gòu)部位及使用環(huán)境條件，采用必要的補(bǔ)充防腐措施，如內(nèi)摻鋼筋阻銹劑、混凝土外保護(hù)涂層等。在保證施工質(zhì)量和原材料品質(zhì)的前提下，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性將可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
對于具體工程而言，耐久性方案的設(shè)計(jì)必須考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況——如原材料的可及性、工藝設(shè)備的可行性等，以及經(jīng)濟(jì)上的合理性。也就是說應(yīng)該采取有針對性的，因地制宜的綜合防腐方案。
試驗(yàn)方案和主要試驗(yàn)方法
從高性能海工混凝土的基本要求出發(fā)，在原材料的優(yōu)選試驗(yàn)中，以坍落度評價(jià)混凝土的工作性，以抗壓強(qiáng)度等評價(jià)混凝土的物理力學(xué)性能，以混凝土的電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)(自然擴(kuò)散法)試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)混凝土的抗氯離子滲透性能，并以耐久性能為*要要求。
試驗(yàn)中所采用的主要試驗(yàn)方法有：
(1)坍落度
混凝土的坍落度按《新拌混凝土性能試驗(yàn)方法》GBJ80-85測定。
(2)抗壓強(qiáng)度
混凝土的抗壓強(qiáng)度按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GBJ81-85測定。
(3) 混凝土的碳化、滲透和抗凍性能試驗(yàn)參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（GBJ82-85）進(jìn)行。
(4)混凝土的電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速試驗(yàn)
ASTM C 1202混凝土直流電量法滲透性能評價(jià)：參照*上通用的ASTM C1202直流電量法進(jìn)行混凝土滲透性能評價(jià)。試驗(yàn)儀器采用清華大學(xué)改進(jìn)的ASTM C1202電量法測試儀。通過量測混凝土試件在60V直流電壓下通電6h通過的電量，以評價(jià)混凝土的滲透性。
用濃度曲線法測試混凝土表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)方法，參照NT Build443方法，將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天的混凝土試件浸泡于質(zhì)量濃度為3.0％的NaCl溶液中*指定齡期（90d）后，用剖面切削機(jī)從混凝土表面以不大于2mm的厚度取樣，并用化學(xué)方法測試樣本氯離子濃度，做混凝土氯離子濃度-深度曲線并用Fick**定律進(jìn)行非線性回歸求得混凝土表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)。
試驗(yàn)中所采用的主要試驗(yàn)方法有：
(1)坍落度
混凝土的坍落度按《新拌混凝土性能試驗(yàn)方法》GBJ80-85測定。
(2)抗壓強(qiáng)度
混凝土的抗壓強(qiáng)度按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GBJ81-85測定。
(3) 混凝土的碳化、滲透和抗凍性能試驗(yàn)參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（GBJ82-85）進(jìn)行。
(4)混凝土的電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速試驗(yàn)
ASTM C 1202混凝土直流電量法滲透性能評價(jià)：參照*上通用的ASTM C1202直流電量法進(jìn)行混凝土滲透性能評價(jià)。試驗(yàn)儀器采用清華大學(xué)改進(jìn)的ASTM C1202電量法測試儀。通過量測混凝土試件在60V直流電壓下通電6h通過的電量，以評價(jià)混凝土的滲透性。
用濃度曲線法測試混凝土表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)方法，參照NT Build443方法，將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天的混凝土試件浸泡于質(zhì)量濃度為3.0％的NaCl溶液中*指定齡期（90d）后，用剖面切削機(jī)從混凝土表面以不大于2mm的厚度取樣，并用化學(xué)方法測試樣本氯離子濃度，做混凝土氯離子濃度-深度曲線并用Fick**定律進(jìn)行非線性回歸求得混凝土表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)。