在建筑工程中,混凝土结构因其价格低廉、经久耐用、材料来源广泛而被土壤工程的各行各业广泛使用。混凝土结构既保持了混凝土的抗拉强度,又保持了钢筋良好的抗压强度。同时,钢筋与混凝土之间具有良好的附着力和类似的线膨胀系数,混凝土可以在一定程度上缓冲钢筋,从而使钢筋混凝土更好地工作,提高混凝土的耐久性。因此,混凝土结构已经成为现代建筑材料的重要组成部分。
随着混凝土结构的广泛应用,其优势得到了进一步的体现。然而,在使用过程中,混凝土中的钢筋腐蚀问题不断出现。国内外工程调查数据显示,钢筋在混凝土中的腐蚀和破坏是许多危害钢筋混凝土耐久性的因素中的主要因素。钢筋腐蚀后,钢筋混凝土特性的裂解和破坏有以下表现。
①钢筋腐蚀。导致截面降低,从而降低钢筋的物理性能。大量实验研究表明,对于截面损率达到5%~10%的钢筋,其抗拉强度、抗拉强度和延伸率开始下降,各种钢筋物理性能指标严重下降。
②钢筋腐蚀。导致钢筋与混凝土之间的结合强度降低,从而不能合理地将钢筋所受的抗拉强度传递给混凝土。
③钢筋腐蚀形成腐蚀性产物,其体积是基材体积的2~4倍。腐蚀性产物堆积在混凝土和钢筋之间,混凝土的挤压力逐渐增大。在这种挤压作用下,混凝土保护层的拉伸应力逐渐增大,直到开裂、鼓包和脱落。混凝土保护层损坏后,钢筋与混凝土页面的结合强度迅速下降,甚至完全丧失,不仅危及结构的正常使用,还彻底损坏建筑,给中国经济造成巨大损失。
对于混凝土结构因钢筋腐蚀而造成的巨大财产损失,如何避免混凝土中钢筋的锈蚀引起了各国的关注,给出了很多方法。美国混凝土学会认为,在文件(ACI22R-85)中,最有效的预防措施是采用钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋和阴极保护,其中钢筋阻锈剂理论更简单、成本最低、长期有效。前苏联是实验和应用钢筋阻锈剂最早的国家之一。1975年,日本首次使用阻锈剂进行大型工程,通常是海洋资源中的氯盐提高结构的耐久性。
目前,混凝土结构广泛应用于桥梁、建筑、河堤、海底隧道和大型海洋平台。但由于钢筋腐蚀导致耐久性差,给钢筋混凝土结构的正常使用增加了严重的危害,成为混凝土行业乃至整个工程行业高度关注的全球性问题。因此,我们研究开发了一系列生锈预防措施,包括补丁修复方法;涂层、密封和薄膜覆盖保护方法;阴极保护法;电化学除盐法;再碱化法;钢筋防锈剂等。但由于补丁修复方法容易导致附近混凝土中钢筋的生锈和密封。
国内外实践证明,加入防锈剂后,钢筋表面的氧化膜可以保持稳定,填补表面的不足,使整个钢筋被一层氧化膜包裹,具有良好的致密性,可以有效防止氯离子通过,从而达到防锈的效果。在水分和氧气的作用下,钢筋会因微电池状况而被腐蚀。一般来说,能阻挡或减少混凝土中钢筋或金属埋件生锈效果的减水剂称为防锈剂。
在我国未来的工程建设中,钢筋混凝土结构将得到广泛应用,许多海上工程在我国漫长的海岸线上刚刚盛行。混凝土钢筋阻锈剂的大力发展和应用,无论是从边际效益还是环保和资源保护的角度来看,都具有重要意义。
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