本文摘要：【摘 要】隨著社會對各類建筑物耐久性的關(guān)注度不斷提高，設(shè)計人員應當對影響建筑物耐久性的各方面進行仔細斟酌。本文通過對混凝土材料腐蝕的腐蝕原理，設(shè)計實例，規(guī)范要求等方面進行討論，為設(shè)計人員進行防腐蝕設(shè)計時的思路提供參考。 【關(guān)鍵詞】混凝土;環(huán)境
【摘 要】隨著社會對各類建筑物耐久性的關(guān)注度不斷提高，設(shè)計人員應當對影響建筑物耐久性的各方面進行仔細斟酌。本文通過對混凝土材料腐蝕的腐蝕原理，設(shè)計實例，規(guī)范要求等方面進行討論，為設(shè)計人員進行防腐蝕設(shè)計時的思路提供參考。
【關(guān)鍵詞】混凝土;環(huán)境腐蝕;設(shè)計1 水工混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計流程
水工建筑物的耐久性設(shè)計流程一般是這樣的，首先根據(jù)勘察報告對環(huán)境情況進行評價，確定環(huán)境類別;然后根據(jù)環(huán)境類別和設(shè)計使用年限確定耐久性要求，包括混凝土強度等級、最大裂縫寬度限值、鋼筋保護層厚度等，然后進行結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計計算。
遇到化學侵蝕環(huán)境時，需要在確定環(huán)境類別時考慮化學侵蝕程度，同時應對混凝土材料提出防腐蝕要求。
為了對防腐蝕設(shè)計有較清晰的理解，我們還是簡單介紹下混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕原理。
2 混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕原理
2.1 混凝土材料特性
我們常見的混凝土是由砂、石、水泥和水按一定比例混合攪拌硬化形成的復合材料。泥與水反應生產(chǎn)的膠狀物作為粘接劑，將砂、石組合成整體。砂、石這些骨料，堅硬而致密，一般情況不容易被腐蝕，而水泥與水反應生成的水泥石為多孔結(jié)構(gòu)，這些孔隙為水提供了向結(jié)構(gòu)內(nèi)部浸潤和滲透的通道，使結(jié)構(gòu)材料發(fā)生溶蝕和腐蝕。
2.2 混凝土腐蝕原理
水泥石中的水化產(chǎn)物主要有氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣等，侵蝕類型主要為溶解侵析、離子交換、形成膨脹產(chǎn)物三種形式。溶解屬于物理變化，因為任何物質(zhì)在水中都存在一定的溶解度，水的硬度越低，也就是鈣、鎂離子含量越低，可溶出的物質(zhì)就越多。反之硬度越大，溶解侵析作用就越小，就類似清水里加鹽，開始溶解很快，接近飽和時加強攪拌也不怎么溶解。
離子交換和形成膨脹性產(chǎn)物均屬于化學變化，這里我合并介紹為酸、堿、鹽的腐蝕。水泥石與酸反應，能生成鈣鹽，可溶性鈣鹽溶解于水后流失，不可溶鈣鹽喪失了膠結(jié)能力可脫落;水泥石中鋁酸三鈣與強堿反應，如鋁酸三鈣和氫氧化鈉反應生成鋁酸鈉和氫氧化鈣，鋁酸鈉可溶于水。水泥石與鹽反應，鎂鹽能和氫氧化鈣生成溶解度較大的氫氧化鎂;硫酸鹽可與氫氧化鈣生成微溶的硫酸鈣，這還不是最主要的，生成的硫酸鈣還可與水化鋁酸鈣繼續(xù)反應生成鈣礬石，體積膨脹約1.5倍，硫酸鈣由于微溶，自身還會再結(jié)晶，也會產(chǎn)生膨脹造成結(jié)構(gòu)應力變化引起破壞。此外還有堿骨料反應，是混凝土中的堿和骨料發(fā)生的反應，反應機理較復雜，本處不再詳細介紹，可以參見相關(guān)專題研究。
3 混凝土防腐蝕設(shè)計實例分析
根據(jù)以上腐蝕原理可以看出，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用的主要有硬度、pH值、硫酸根離子、鎂離子等，防腐蝕設(shè)計就是針對不同的有害環(huán)境因素對癥下藥的過程。在平時的水工設(shè)計中較常見的是硫酸鹽型腐蝕。我們從一個設(shè)計實例來說明。
某沿海地區(qū)泵站，巖土工程勘察報告給出的環(huán)境水對混凝土腐蝕性判定見下表：
表1 環(huán)境水對混凝土腐蝕判定表
我們看到上表中勘察提出的腐蝕性評價為硫酸鹽型中等腐蝕，而按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(下稱《結(jié)規(guī)》)3.3.9條，硫酸根離子濃度最大為581.3mg/L，對應化學侵蝕程度為輕度。這里的差別是因為勘察采用的《巖土工程勘察規(guī)范》(下稱《巖規(guī)》)和《結(jié)規(guī)》采用的評價標準不同，《巖規(guī)》的判定標準把環(huán)境按溫度、濕度和透水性的不同分了三類，每類下再根據(jù)離子含量分成微、弱、中、強四個級，這樣區(qū)分比較細，好處是有針對性�！督Y(jié)規(guī)》直接按照離子含量區(qū)分化學侵蝕程度，共分輕度、中度、嚴重三類，分別對應三、四、五類環(huán)境類別。這樣區(qū)分對設(shè)計的最大好處就是簡單易用。
按《結(jié)規(guī)》化學侵蝕程度為輕度，對應環(huán)境類別為三類，設(shè)計使用年限為50年，由環(huán)境類別和使用年限可以確定鋼混結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度、混凝土最低強度等級、保護層厚度等等一系列工程設(shè)計人員應該非常熟悉的內(nèi)容。但是對硫酸鹽型輕度腐蝕在設(shè)計中對混凝土材料應該怎樣處理，《結(jié)規(guī)》中與之相關(guān)的只有3.3.10條：“對處于化學侵蝕性環(huán)境中的混凝土，應采用抗侵蝕性水泥，摻用優(yōu)質(zhì)活性摻合料，必要時可同時采用特殊的表面涂層等防護措施”。條文說明中也未對該條進行解釋，但設(shè)計人員在設(shè)計文件中應明確處理方法，還應進行方案比選，怎么辦?它山之石可以攻玉，我們不妨看看其他規(guī)范中針對混凝土材料的防硫酸鹽腐蝕問題怎樣規(guī)定。我選擇了三個國家標準：《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》、《巖土工程勘察規(guī)范》、《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》和一個行業(yè)標準：《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》。
《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》B.1.6提到，當環(huán)境作用為中度和嚴重時，水泥中的鋁酸三鈣含量應低于8%和5%;當使用大摻量礦物摻合料時，水泥中的鋁酸三鈣含量可分別不大于10%和8%;當環(huán)境作用為非常嚴重時，水泥中的鋁酸三鈣含量應低于5%，并應同時摻加礦物摻合料。“當混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于硫酸根離子濃度大于1500mg/L的流動水或pH值小于3.5的酸性水中時，應在混凝土表面采取專門的防腐蝕附加措施”。
《巖土工程勘察規(guī)范》在12.2.6條中提到“水、土對建筑材料腐蝕的防護，應符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》(GB 50046)的規(guī)定。”
《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》中提到中抗硫酸鹽水泥，可用于硫酸根離子含量不大于2500mg/L的液態(tài)介質(zhì);高抗硫酸鹽水泥，可用于硫酸根離子含量不大于8000mg/L的液態(tài)介質(zhì)。摻入外加劑時應對混凝土性能無不利影響，對鋼筋無腐蝕作用;摻量、使用方法和耐腐蝕性能可按相應產(chǎn)品的使用說明并經(jīng)驗證后確定。
《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》中4.2.8條提到“硫酸鹽等化學腐蝕環(huán)境下應選用低鋁酸三鈣量的水泥并適當摻加礦物摻合料，嚴重化學腐蝕環(huán)境下的耐久性混凝土宜通過專門的試驗研究確定。”還規(guī)定當環(huán)境腐蝕程度為嚴重及以上時應考慮在構(gòu)件的混凝土表面設(shè)置防腐蝕面層或涂層的需要。
從以上規(guī)范來看，針對硫酸鹽型腐蝕環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題，處理辦法主要有三種，一是通過控制水泥中鋁酸三鈣的含量，摻加礦物摻合料，采用抗硫酸鹽水泥;二是在普通混凝土中摻入抗硫酸鹽腐蝕外加劑;三是在表面設(shè)置外防護面層或涂層的附加措施。設(shè)計中可以根據(jù)具體情況進行比選后采用。本例由于混凝土量較小，侵蝕程度較輕，最終采用了添加抗硫酸鹽侵蝕劑的方案。
4 結(jié)語
通過對水工混凝土材料防腐蝕問題的討論，我們可以看到在設(shè)計中偶爾能遇到規(guī)范規(guī)定較為籠統(tǒng)，不好具體操作的情況，這時不能置之不理，更不能將規(guī)范條文直接抄到設(shè)計文件中把責任推給施工單位。設(shè)計人員在無實際經(jīng)驗的情況下，可以博取眾長，多看其他相似規(guī)范中如何規(guī)定的，多查相似工程中如何處理，認清事(下轉(zhuǎn)第246頁)(上接第69頁)情的本質(zhì)，在遵循規(guī)范的前提下，通過自己合理判斷進行設(shè)計。這樣不僅能使設(shè)計成果更科學、經(jīng)濟，也能利于施工，方便管理。
【參考文獻】
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