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第9章建筑结构腐蚀破坏
教学提示:化学反应裂损本来只是一些工业厂房的克星,多是由于工厂生产工艺带来的酸性腐蚀或碱性腐蚀引起。但是当前最值得关注的却是面临大建设进程的广大盐渍土地区的特殊环境腐蚀和已进入大建设过程的广大沿海工程的氯离子腐蚀。这两类腐蚀在性质上与工业厂房的酸碱腐蚀相类似。本章着重讨论的是工业建筑的化学腐蚀破坏机理。
教学要求:要求引导学生从工业建筑化学腐蚀的严酷性中去认识盐渍土地区与沿海地区腐蚀现象的普遍性,从一般建筑结构裂损后钢筋锈蚀阶段的相似现象中去提高警惕。
从混凝土结构出现裂损的原因来看,除了物理、力学方面的作用(如荷载作用、温度作用、碰撞作用)引起的混凝土裂损外,还有钢筋腐蚀胀裂、混凝土碱骨料反应裂缝、混凝土碳化收缩裂缝等化学反应裂缝引起的裂损。最近20年内对混凝土结构的实际调查发现,混凝土结构因化学裂损而引起的损坏或失效更加严重,应该引起关注。
概述
腐蚀分类及材料损伤机理
建筑结构腐蚀破坏实例
被腐蚀建筑结构的修复
本章内容
思考题与习题
概述
建筑结构中使用的混凝土、钢材、砖石等,在试用期间常常受到腐蚀性介质的腐蚀。如果建筑物在建造时对结构材料未采取防腐措施,或虽采取了防腐措施,但工程质量不佳,维护使用不当,使防腐措施失效,则腐蚀性介质就可能损坏建筑结构,甚至使其破坏,失去使用价值。
在工业建构筑物中,在海岸工程中,在盐渍土与矿化水地区的建构筑物中,建筑结构直接与气态、液态等外部腐蚀性介质接触,或者被产品和生产中排放的腐蚀性物质所污染,造成建筑结构的损伤或破坏。
在冶金、化工、造纸、食品及其他工业部门中,有20%~70%的建构筑物常常受到各种腐蚀性介质的作用,引起结构材料的腐蚀。据一些国外专家的估计,%。这些经济损失中包括了修复或重建建构筑物的工程造价及修复或重建期间生产中所造成的经济损失。
鉴于混凝土及钢筋混凝土建筑结构的广泛性及重要性,本章将着重讨论这类结构。腐蚀性介质对建筑结构的损伤实质上就是对构成结构的材料的损伤,所以我们集中讨论腐蚀性介质对水泥石及钢筋的腐蚀问题。
腐蚀分类及材料损伤机理
世界上有许多建筑构物已存在了几百年依然健在,而许多建筑物却仅仅使用几年后就遭到破坏,这样的事例不胜枚举。例如:
某一人造纤维厂的钢筋混凝土结构的酸泵房,在使用四年后就遭破坏;
某一大型石油化工联合企业,其用于安装设备的露天框架结构,投入使用几年就遭到破坏;
某海上建造的钢筋混凝土护堤,在使用4年~5年后,因遭受海水作用而损坏;
~/L~,很快就破坏;
在一座横跨盐渍土地带的桥梁附近,因盐水周而复始地浸蚀铁路路堤护坡混凝土护板,干、湿循环,结果使盐类在混凝土孔隙内结晶,造成护板的破坏;
兰州某化肥厂硝酸铵(氮肥)造粒塔周围的基座顶层混凝土,因硝酸铵颗粒吸收空气中水份潮解,渗入混凝土孔隙中,干燥后又结晶,将混凝土胀坏。
腐蚀分类及材料损伤机理
某一输水管道铺设在由矿化水所饱和的土壤中,矿化水中含有硫酸根离子5g/L~10g/L,氧化物2g/L~6g/L,~。输水管由混凝土制成,因矿化水渗入管子的混凝土,使用不久,管子即遭受严重破坏。
某出租汽车停车场,在使用10年~12年时,因受到氯化物的腐蚀,,%。
由此可见,环境介质与建构筑物材料之间的关系十分复杂。为研究方便起见,,略作修改,补充细分为六种基本类型。
第一类:流动有压软水溶出性侵蚀。
水泥在水化过程中产生大量Ca(OH)2。密实性较差、渗透性较大的混凝土,在一定压力的流动软水作用下,Ca(OH)2会不断溶出并流失。这一方面使水泥石变得孔隙增多,变得酥松;另一方面使水泥石的碱度降低。而水泥水化物如水化硅酸钙、水化铝酸钙等只有在一定的碱度环境中才能稳定存在。所以,Ca(OH)2的不断溶出又导致其他水化物的分解熔融,最终使水泥石破坏。
腐蚀分类及材料损伤机理
随着Ca(OH)2的不断流失,混凝土的抗压强度不断下降。当以CaO计的Ca(OH)2溶出量为25%时,%,溶出量更大,抗拉强度下降更大,%。
雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水都属于软水。在流动及压力水作用下的软水才会引起水溶性侵蚀。这种腐蚀在多种建构筑物中都能看到。
在水与混凝土中水泥石接触后的干燥部位,如水渗透进混凝土或沿混凝土表面流动后并随之干燥,溶