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    渗透型混凝土抗氯盐防腐蚀材料在工程中的应用


渗透型混凝土抗氯盐防腐蚀材料在工程中的应用

[摘  要]结合混凝土自身的特性及氯盐对混凝土侵蚀的特点,根据工程实例,比较了涂膜型与渗透型两类抗氯盐防腐材料对混凝土的保护作用及功能机理,实践发现:渗透型比表面涂层更具保护效果,它从根本上解决了影晌混凝土耐久性的原因,应用实践效果比较出色,在相类似的工程中值得推荐应用。

[关键词]混凝土  有机硅  渗透型  氯盐   锈蚀

  1. 前言

    国际著名专家p.k.梅塔教授(p.k. mehta)曾提出钢筋锈蚀是危害混凝土耐的主要原因之一;而钢筋因素中又以氯盐腐蚀最为严重和迅速。我国存在广泛的氯盐环境,因此氯盐引的钢筋已构成威胁混凝土耐久性的重大问,迫切需要解决。

    提高混凝土耐久性是一个综合的课题,大量研究表明,科学地选材、合理的配比,再通过良好地生产、施工、养护控制,能将氯离子在混凝土中的渗透速率降到较低水平,从而大幅度提高混凝土自身的护筋性能20世纪80年代早期形成了以高工作性、高强和高耐久性为特征的高性能混凝土(hpc)概念。研究又发现,高性能混凝土虽然在高水头作用下,渗水很小,但由于混凝土自身碱性的潜在活性特征、毛细结构及侵蚀性离子扩散能力等无法从根本上解决氯离子在混凝土内部渗透的问题,钢筋锈蚀的隐患依然存在。

    依据全寿命经济分析法(lcca)2000年国务院发布《建设工程质量管理条理》第279号令,对建筑结构的设计寿命提出明确要求,因此为了保证建筑结构的使用寿命达到设计要求,对于处在腐蚀环境中的混凝土面层采取防腐蚀附加措施就显得十分必要,中国土木工程学会编纂的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》cces 01-2004中就此内容进行了详细说明。

    本文结合工程使用情况,比较了涂膜型和渗透型两类防腐蚀涂层对混凝土抗氯盐的保护效果,就其机理及实际应用效果进行了研究,发现渗透型防腐涂层更具耐久性和保护效果,能从根本上解决影响混凝土耐久性的问题,在混凝土耐久性保护领域值得推广借鉴。

  2. 混凝土自身缺陷及氯盐腐蚀的特点

    即使高性能混凝土,从微观角度看仍是一个多孔的结构体,外界环境的腐蚀源大部分又以酸性条件为主,在以水为媒介的作用下,腐蚀源通过毛细结构进入到混凝土内部,与混凝土中的碱性材质发生反应,改变混凝土的ph值,或生成易溶于水的侵蚀产物,造成溶蚀性破坏。因此混凝土自身不能改变的缺陷如:

    • 碱性的潜在活性特征

    • 微观毛细结构

    • 水易于进入的媒介作用

      决定了混凝土易于被侵蚀性介质攻击的条件,氯盐对混凝土的侵蚀破坏其实就是从这几个方面入手的:

      1降低ph值,破坏钝化膜

      混凝土“中性化”是引钢筋锈蚀的原因之一水泥水化产物的ph值可达到12.6以上高碱环境使其内钢筋表面产生一层致密的钝化膜。然而,此钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。当ph<11.5时,钝化膜开始破坏;当ph<9.88时,钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。进入混凝土中的氯离子吸附于局部钝化膜处时,可使该处的ph迅速降低。试验表明,cl-的局部酸化作用,可使钢筋表面ph降低到4以下(酸性)。这就不难理解cl-对钢筋表面钝化膜的破坏作用了。

      2)cl-的阳极去极化作用 

      cl-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池,而且加速电池作用的过程。阳极反应过程是fe-2e=fe2 ,如果生成的fe2 不能及时搬运走而积累于阳极表面,则阳极反应就会因而受阻;相反,如果生成的fe2 能及时被搬运走,那么,阳极过程就会顺利进行乃至加速进行。cl-fe2 相遇会生成fecl2cl-能使fe2 “消失”,从而加速阳极过程。通常把使阳极过程受阻称作阳极极化作用,而加速阳极过程者,称作阳极去极化作用,cl-正是发挥了阳极去极化作用的功能,加速成度钢筋的锈蚀。

      3)cl-的导电作用

      腐蚀电池的要素之一是要有离子通路。混凝土中cl-的存在,强化了离子通路,降低了阴、阳极之间的欧姆电阻,提高了腐蚀电池的效率,从而加速了电化学腐蚀过程
          4)mgcl2盐对混凝土的破坏

      mgcl2  ca(oh)2cacl2  mg(oh)2

      mg(oh)2ca(oh)2胶结性更差,溶解性更大,结果使混凝土孔隙率提高,结构的密实性降低,当介质水流动时,腐蚀更加严重,当介质溶液中含有nacl时,氢氧化镁的溶解性会增高,加快腐蚀速度,混凝土保护层的破坏,加速了cl-在混凝土内钢筋的聚积,因此加速了钢筋的锈蚀破坏。

      3.渗透型防腐材料的作用机理与涂膜型防腐材料的对比

      解决混凝土抗氯盐的侵蚀,传统的作法是在混凝土表面施加涂层,进而阻挡氯盐的渗入,达到保护混凝土的目的,传统材料的涂层包括薄涂层、复合涂层或厚涂层,这些涂层的共同点是成膜型的,但根据我国东北一沿海电厂的工程实例发现,涂膜类的涂层在运行四、五年后均出现表层脱落,钢筋锈蚀的问题仍不可避免,如图一、图二:

       111.png 

       图一 涂层剥落                      图二 钢筋锈蚀

         根据混凝土自身缺陷及氯盐侵蚀的特点,涂膜类防腐蚀涂层只是在混凝土表层形成一层致密的保护层,对混凝土自身的性质没有改变,一旦涂膜发生脱落,混凝土就又裸露于氯盐环境,侵蚀破坏仍将进行,因此涂膜的寿命和质量是防止钢筋锈蚀的主要因素,而涂膜类材料大多是有机材质为主,有机材质在紫外线照射下的老化问题及遇碱皂化等先天不足的原因,难以达到持续有效的保护效果。

      渗透型有机硅改性硅烷或硅烷质防腐涂料是近年来从欧美引进的一种新型防腐类材料,目前在国内也有生产,其产品的最大特点是能渗透到混凝土内部通过与混凝土内部的碱性oh基发生交联反应,在混凝土内部形成憎水保护涂层,如图三、图四;因为该保护层是通过与混凝土中氢氧化钙共同作用产生的,因此

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       图三 渗透型涂料现场涂刷             图四 涂刷后的试件剖开试水

      第一,它固结了混凝土中的碱性材质,使其难与其它介质再发生反应而流失,解决了混凝土碱性潜在活性的缺陷,保证了钢筋表面ph值的要求;

      第二,该类产品中与硅氧键相连的长链烷基又具有卓越的憎水性能,改变了混凝土毛细孔壁的表面能,使得表层混凝土毛细作用难以发生,将腐蚀性离子的媒介---水拒之于外,因此腐蚀性氯离子就无法进入到混凝土内部。

      第三,si-o网键的类玻璃体网状结构,因其键能很高,腐蚀性酸性溶液较难打开其化学键,具有很强的耐酸性;而且si-o网络的无机材质特点,解决了有机涂膜耐紫外线差的缺点,因此无老化和脱落之忧。这样就从根本上解决了混凝土先天不足的缺陷,该产品的推出是混凝土耐久性保护领域的一大创新。

      4.技术数据及工程应用前景

      渗透型有机硅改性产品在欧美已有近50年的应用历史,对于我国则属于较新产品,但对于混凝土耐久性而言,其作用正被逐步的发掘和得到重视。根据其作用基理不但对于混凝土抗氯盐具有保护作用,而且对于混凝土的碱骨料反应、抗冻性、耐酸碱性亦有很好的抑制和保护作用,因此国内相关的指标规范越来越多的将其纳入为混凝土保护的重要选择材料,鉴于国家建设部对于工程建筑寿命要求的不断提高,相信其在我国的应用前景将会不断扩大。但欧美的技术指标与国内指标的制定存在一定差别,目前对该类产品理论介绍较多而具体检测数据较少,结合具体的工程实例:在我国东北一沿海电力二期改造项目中,采用了有机硅改性的渗透型混凝土防水防腐材料佳耐德-801,对于混凝土耐久性要求的检测指标得以具体化,实践证明其效果确实优于普通涂膜型保护材料,其具体数据如下:

      抗氯盐检测数据

 

 

混凝土碱骨料反应的抑制试验检测数据

图片333.png

备注:(1lc-1试件为基准试件

     2lc-2为空白对比件

     3)试验所用骨料为碱活性骨料

防水及耐酸、耐碱等性能检测数据

图片33.png

5.结语

1)渗透型有机硅混凝土保护涂料对于混凝土耐久性具有卓越的保护功效,就其试验数据与工程实践的应用,其功能优于传统的涂膜类防护材料,对于提高混凝土寿命具有很大的帮助作用。

2)市面上该类产品良莠不齐,对于此类产品的宣传理论较多而检测数据却较少,因此针对工程特点的检测数据不可或缺是指导设计选材的关键。

3)对建筑结构设计要求的提高伴随着建筑材料技术的改进与革新,在我国越来越重视建筑质量与寿命的大环境下必将促进该类产品的应用和推广,市场前景十分看好。

 

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