毕业论文-混凝土中钢筋的腐蚀与防护

2015届毕业实践报告 题 目： 混凝土中钢筋的腐蚀与防护 专业班级： 建筑工程技术122班 学 号： 20120111053 姓 名： 指导教师： 2015年6月1. 绪论之前一直认为，钢筋混凝土结构很好地结合了钢筋与混凝土材料的优点，可模性好、可塑性强、整体性好、耐久性好、后期维护费用较低以及易于就地取材等诸多优点使得当今世界上的桥梁建造大多选择采用钢筋混凝土结构。但随着时间的推后和累积，钢筋混凝土结构远远没有人们当初想象的那样耐久，其良好性能会在使用期内由于诸多因素的影响而逐渐退化从而引起世界上对耐久性问题的关注。混凝土中的钢筋锈蚀的造成混凝土耐久性损伤的最重要原因，研究混凝土中的钢筋锈蚀是分析现有结构性能退化及耐久性评估的关键工作，对于预测混凝土结构的使用寿命和剩余寿命具有非常重要的现实意义。我国最早对钢筋锈蚀的研究开始于南京水利科学研究院，从上世纪八十年代开始日益引起重视。目前，我国基础建设处于一个较大的发展阶段，每年都会投资上万亿元来修建高速公路、桥梁等。有专家估计，我国大力修建基础建设的高潮时间还将延续数十年，但是由于忽视耐久性的重要性，我国在不久的将来还会出现维修加固的高潮段。针对钢筋锈蚀的普遍存在性，对钢筋锈蚀的防护刻不容缓。关于钢筋锈蚀防护的主要策略是提高混凝土自身的防护能力，还有就是其他之外的辅助措施，两者结合起来使用。主要的防护措施有以下几种：使用环氧涂层钢筋；使用高性能混凝土，添加矿物掺合料和外加剂；适当加大混凝土保护层厚度；电化学保护主要用于工程修复；尽量减少混凝土表观质量缺陷等等。 2. 工程概况2.1 工程简介 工程名称：星空B区 工程地址：龙岩市永平桥桥头，金山大道西北侧，西南临金榕路 建设单位：武平县嘉盛房地产开发有限公司 设计单位：北京城建设计研究总院有限责任公司 建筑面积：约5.5万平方米2.2 工程特点 本工程由十九座住宅楼组成，其中1，6，17，18，19号楼为带电梯九层楼，112号楼为沿街2层店面7层住宅楼，14，15号楼为7层住宅楼，16号楼为底层会所7层住宅楼，七层住宅顶部两层均为复试住宅，地下室一层，设在6，7号楼下部，本工程为多层民用建筑群，工期为459天，以18号楼建筑设计，本号楼总高30.397，1-7层层高为2.8m，8层层高为3.05m，9层层高为3.1m，长度为39.8m，宽度为14.8m.耐火等级二级（地下室为一级）地上总建筑面积50078m2，地下室面积2500m2，占地面积8799m2,均采用框架结构，按七度抗震设防。武平县嘉盛房地产开发项目第一项目经理部承担住宅楼的土建工程、水电安装工程、装饰装修工程以及地块内的市政给排水及道路工程。自然地势西高东低，水文地质条件简单，地下水水位埋藏较深。住宅楼基础形式为钢筋混凝土条形基础，基础持力层为粉土粉砂层，具有轻微失陷性。基坑开挖采用大开挖的方式，地基采用分层碾压换填的地基处理方式。换填材料选用本场地内广泛分布的棕红色含粉土粉细砂，回填材料需洒水拌合，确保最优含水量要求。 本工程±0.000标高相当于绝对标高7.450。 本设计图中除注明外，标高均以米计，其余以毫米计。2.3 建筑设计主要用料及作法 地下室除注明外均为现浇钢筋混凝土底板，侧墙及顶盖（即±0.000楼板面）厚度等均详见结构施工图，地下室底板，侧壁，顶板均采用混凝土掺加UEA自防水作法（UEA掺量及掺加分式详见结构图）侧壁及顶板另加设2mmJS-水泥基防水涂料一层，做法详见施大样。 自防水混泥土施工应采用有效地措施严格把握施工的每一环节，按有关规程操作，遇有疑难应立即停止施工，请甲方设计院，施工队及质量检测部门到现场协商确定解决办法，在继续铺开施工面。（1）±0.000以上建筑外墙均采用190×190×190小孔承重空心砖M5混合砂浆砌筑，户内仅砌厨房卫生间墙，墙厚120，其余未注明墙厚均为200，预留孔顶埋件应予订货后同设备详图核对无误后方可施工。所有砖墙和混泥土柱的拉接构造均详见结构施工图，所有竖井应用1：3水泥砂浆随砌随抹光，非地下室部分墙体均在一层室内标高以下-0.06m处设墙身防潮层，做法详见85J101-A8。（2）内墙阳角及门洞口均作护墙角，详见85J101-2C12.（3）本文主要谈论的是钢筋的锈蚀及防护，针对钢筋锈蚀的普遍存在性，对钢筋锈蚀的防护刻不容缓。关于钢筋锈蚀防护的主要策略是提高混凝土自身的防护能力，还有就是其他之外的辅助措施，在建造过程中对某一结构部位进行加固处理，由于部分房屋屋面板的钢筋锈蚀极为严重，不仅对看的见的钢筋无法完成除锈处理，对一些潜在的或隐约可见的钢筋处理难度则更大。因此，在实施施工方案时，特别注意了这一点。对于后期的维修方案则是凿出屋面找平层、重新补做防水层的普通防水施工方案。尽可能一次性处理好钢筋问题，减少不必要的材料损失和浪费现象。3. 混凝土中的钢筋锈蚀钢筋混凝土结构由于材料层次原因、使用环境条件以及随着时间的递增，结构的受力性能会慢慢下降，从而承载能力也会渐渐下降，更进一步的影响结构的正常安全使用性能，缩短结构的使用寿命，对结构的耐久性造成很大的影响。当外界环境中的二氧化碳气体、氯离子等腐蚀介质侵入到混凝土内部时，很多时候造成了表层混凝土剥落开裂，其内部碱性大大降低，最后破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生锈蚀。当局部的钢筋发生锈蚀时，会和还没有开始锈蚀的钢筋形成腐蚀电池，在其他条件都具备的情况下进而扩大到整个结构的所有钢筋。锈蚀开始主要都是分布在钢筋的表层面上，形式一般为斑状锈蚀。3.1 混凝土中钢筋锈蚀的机理在自然界中，钢筋里的铁元素的稳定性不是很好，一般情况下都是以铁的氧化物形式存在于铁矿石中。混凝土中的钢筋锈蚀为电化学锈蚀，这种反应需要具备以下几个条件：阴阳两极、离子电荷以及闭合的电流回路，钢筋的锈蚀过程就是发生在这样一个条件都完全具备的腐蚀电池中。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有破坏作用，但是这两种物质在钢筋钝化膜破坏的过程中起着非常重要的作用。混凝土结构所处的环境在实际工程中可以分为三种类型。3.1.1 干燥环境混凝土湿度分布情况大致是外面潮湿而内部干燥，电位最高的部分是顺筋裂缝处的钢筋，阴极是那些尚未受到锈蚀影响的深层次钢筋，其锈蚀速度会加快，这种腐蚀反应能够加速其他部位也同样产生顺筋裂缝。因为混凝土电阻相对较大，作为腐蚀电池中的阴阳极钢筋表层作为孤立电极，面积较大从而导致锈蚀速率慢。3.1.2 表面湿润环境该环境的钢筋混凝土结构主要包括长期潮湿环境结构、处于雨季的暴露结构和频繁干湿循环环境等。如果结构构件存在着顺筋裂缝，其锈蚀的电化学特点为外部潮湿内部干燥，顺筋裂缝电位是最低的，尚未发生锈蚀处的钢筋作为阴极会加快此处的锈蚀速度，出现大阴极小阳极的明显特点，钢筋锈蚀速度会在一个很大的数值上继续再加速锈蚀。3.1.3 长期浸泡环境处于此环境的电化学锈蚀特点与表面润湿环境的情况基本相同，但是氧气浓度差别不大并且内外湿度相差也不是很大，从而使得不同部位钢筋的电位差也会较小。当顺筋裂缝宽度较大时，一方面混凝土湿度较大，另一方面其电阻率较小，这样有可能产生比较高的宏电流，如此将增大顺筋裂缝附近钢筋锈蚀速度。3.2 钢筋腐蚀过程混凝土中钢筋锈蚀过程大致可分为下图几个阶段 图3-1混凝土中钢筋锈蚀过程的阶段（1）腐蚀孕育期开始浇筑混凝土直至混凝土碳化层已经接触到钢筋表面，或者说氯离子的侵蚀已经深入到混凝土内部钢筋表面，并开始对钢筋发生去钝化作用也就是钢筋锈蚀为止，这段时间以t0表示。（2）腐蚀发展期氯离子侵蚀钢筋表面，钢筋开始发生锈蚀到混凝土的保护层表面因为受到钢筋的锈胀力而出现开裂、剥落等破坏，这段时间以t1表示。（3）腐蚀破坏期因钢筋锈蚀而使得混凝土表面最后严重开裂、大面积剥落等严重破坏，到不得不经过全面大修为止，这段时间以t2表示。（4）腐蚀危害期钢筋锈蚀的范围已经扩大到整个混凝土结构并遭受严重破坏，致使结构不再能够安全使用，这段时间以t3表示。一般情况下，t0>t1>t2>t3。3.3 钢筋锈蚀的影响因素 3.3.1 混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的主要因素，而一般情况下，混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提条件。因此，研究混凝土碳化对混凝土结构耐久性评估具有重要的理论意义，混凝土碳化是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个很重要的因素。一般情况下早期混凝土碱性很高，pH 值一般都会大于12.5，在如此高碱环境中，钢筋会很容易发生钝化，在其表面形成了一层钝化膜，从而能保护钢筋不受锈蚀。然而当空气中的CO2和H2O从混凝土表面的细缝中深入进来时，与混凝土中的碱性物质发生中和反应，直接降低了混凝土pH 值。最终，钢筋表面的钝化膜被直接氧化破坏，钢筋直接与其他物质接触，在条件都具备的情况下很容易发生锈蚀。钢筋的锈蚀又会导致混凝土保护层开裂，结构耐久性降低等不良后果。更甚，随着全球温室效应的影响加重，空气中二氧化碳的浓度也越来越高，大量处在暴露环境下的钢筋混凝土结构面临的碳化问题越来越严重。从上世纪六十年代开始，国际上一些发达国家就着手重视混凝土结构的耐久性问题，对混凝土碳化进行了大量的试验研究及理论分析。我国在此方面的研究起步比较晚，从八十年代开始才注重对混凝土碳化造成钢筋锈蚀问题的研究，通过多次调查实际混凝土工程、碳化模型试验来研究影响混凝土碳化的因素。经过近五十年的研究，国内外学者对混凝土碳化机理与影响因素已经有了相当深刻的了解与认识，并在此基础上提出了很多关于碳化深度的计算数学模型，为更深入的研究混凝土中的钢筋锈蚀提供了理论基础。（1）混凝土碳化对结构力学性能的影响国内外多项研究结果表明，混凝土在碳化后的抗压强度是有所提升的，但是它的延展性却大大下降，具有非常明显的脆性性质，对整个混凝土结构会有很大的影响。很大程度上说因为碳化之后的混凝土孔隙率降低，相对而言密实度就会有较大提高，从而就使混凝土的抗压强度增加。另一方面，混凝土在碳化过程中，碳化反应会释放出大部分水分，碳化层混凝土收缩，对内部有明显的压力产生，而对外层来说就自然产生了拉应力，最后可能致使表层出现细小的裂缝。关于混凝土碳化现象的研究如果只是停留在对材料层次上的深入探讨没有很大的实际应用工程意义，不止要在这个层次上研究对结构构件的性能影响，更应深入研究结构层次上的影响。就目前国内外研究现状而言，针对混凝土结构的碳化研究主要是混凝土碳化后对钢筋锈蚀产生的深远影响的耐久性问题，还有就是使混凝土结构的承载能力降低的影响。不仅如此，还应加大力度研究混凝土碳化之后本身对结构力学性能有哪些方面的影响这些重大方向。由于混凝土碳化之后，其结构关系也会随之发生了一定的变化，但是之前计算结构力学性能时对它进行了假定不变，这就直接导致计算结果不准确，继而引起其他系列影响，关于这个方面的研究也是比较少的。有相关文献认为：混凝土碳化之后提高的混凝土强度紧紧局限于表面碳化层，对整个结构影响意义不是很大。但是这种概述只看到了混凝土碳化对强度有所提高的层面上，而完全没有注意到碳化之后的混凝土在变形以及延展性性能方面都有了非常显著的变化。（2）混凝土碳化对结构耐久性的影响混凝土结构发生碳化后，碳化内部pH值下降幅度比较大，由强碱性变为弱碱性，使得钢筋脱钝，很容易导致钢筋的锈蚀。铁锈的主要