为什么混凝土需要保护 - WACKER Greater China


为什么混凝土需要保护

混凝作为一种优秀的建筑材料,已经成熟地应用在了各类工程以及建筑中,目前国内的混凝土生产和施工技术也已经达到了较高的水平。随着混凝土大规模的使用,问题也随之而产生。随着经济的发展,越来越多的建筑工程不断地向环境恶劣的地区延伸,比如盐碱环境,温差巨大的地区,以及沿海建筑大规模建设,这些都对混凝土的安全使用提出了更高的要求。另外,大气环境的恶化,空气中的酸性气
(SO2、CO2)体不断的增加,也加速了混凝土的劣化进程。而作为钢筋混凝土结构体系中直接与外界接触的保护层,如果遭到劣化或破坏,必然危及内部的钢筋,因此混凝土耐久性的重要性逐渐地被人们所重视。

让我们来看一些数据:据美国联邦高速公路管理局(FHWA)的统计结果,美国近60万座桥梁中50%以上出现钢筋腐蚀病害, 每年需750亿美元的维修费, 占年总建造费的1.25%;英国每年维修因腐蚀破坏钢筋混凝土结构的费用达5.5亿英镑, 占年总建筑投资的1.1%;中国40万座桥梁中有1万多座受到损害, 其中4千座已成危桥. 如果维修这些桥梁, 每年的维修费高达40亿, 但目前每年只有10亿元的费用可用。从这些统计数据中我们不难看出,由于环境的影响,混凝土其实并不如人们预想的那么坚固耐久,那么,到底是什么原因,使得混凝土如此脆弱呢?

随着新材料和新技术的普遍使用,建筑质量也不断提高,由于劣质施工和不合理结构引起的混凝土结构破坏逐步地减少,因此我们的视线必然将会转移到自然环境对混凝土的侵蚀和破坏这点上来,而自然环境对于混凝土的侵蚀和破坏是我们始终无法回避的。常见的混凝土遭受的环境破坏形式有:海水侵蚀、除冰盐腐蚀、冻融循环、碳化以及霉菌滋生, 这几种破坏形式分别可能导致钢筋锈蚀、混凝土劣化损失、粉化以及苔藓或微生物的滋生,从而最终影响钢筋混凝土结构的稳固性和美观。而这些破坏究竟是怎样发生的呢?

1. 氯盐侵蚀

海水中含有大量的盐类,其中氯盐对混凝土的腐蚀最为严重。海水通过毛细孔进入混凝土中,其中Cl-的存在,使钢筋锈蚀,其化学反应式如下:

保护混凝土。

上述反应式说明,在Cl-存在的情况下,铁能与液态水和氧气发生反应,生成氢氧化亚铁,使钢筋产生体积膨胀2.5倍,促使混凝土内部应力产生,最终使混凝土开裂破坏。Cl-本身虽然不参与反应,但是起到了催化剂的作用,而如果没有水和Cl-的存在,该反应也不会发生。同样,在严寒地区,经常使用除冰盐的道路也会遭遇氯离子的侵蚀。

2. 碳化反应

空气中的CO2气体在液态水存在时,会与混凝土中碱性物质发生中和反应,使混凝土pH值降低, 并且使混凝土逐步分解。

我们知道,钢筋在强碱性环境下,会生成钝化膜,当pH值小于11.5时,钝化膜会脱离稳定状态,但是,作为酸性气体的CO2,本身无法与碱性物质反应,只有当反应物质以溶液状态存在时,以上反应才能发生。

3. 盐类侵蚀反应

水泥中的三铝酸钙与海水接触时,海水中的盐类(诸如钙盐)与三铝酸钙反应,并吸收大量的液态水,致使体积膨胀,从而破坏混凝土。

4. 冻融循环破坏

在广大寒冷地区,混凝土遭受冻融而产生的破坏随处可见,冻融的破坏机理较为复杂,但一般来说,这种破坏的发生,主要是由于混凝土吸水率较高,再由于水结冰后产生体积膨胀,因而造成内部应力的不平衡,由此产生破坏。因此,如果能很好地降低混凝土的毛细孔吸水率,必然可以减少冻融破坏的发生。

分析以上几个反应的发生过程,我们可以发现,液态水都起到了推波助澜的作用,液态水几乎都直接参与了化学反应,或者为有害物质进入混凝土提供了通道和载体。因此,我们通过试验发现,如果能够有效地隔离水的入侵,混凝土的使用能够更加耐久。德国慕尼黑奥林匹克村的实验结果表明,采用硅烷保护的混凝土,其表面的憎水性具有很好的耐久性,混凝土中的碳化程度,采用硅烷保护的和未保护的结果是有很大区别的。这一结果说明,硅烷能够有效地

面向新技术的建筑材料

混凝土是目前主要的建筑材料。我们身处全球化的时代,需要牢固、全能的基础设施将人们和市场紧密联系在一起。这些基础设施正是以混凝土为基础的。假如没有混凝土,很难想象现代道路和桥梁设施是怎样的图景,摩天大楼和工业建筑也将是纸上谈兵。更大、更高、更宽——随着建筑物规模和数量的增加,全球性的建设浪潮不断地为材料和技术带来新的挑战。这也正是为什么混凝土在未来仍将是首选建筑材料的原因所在。

危机四伏的混凝土

混凝土是一种用途广泛的建筑材料,经常与与钢筋一起用于土木工程中。然而,钢筋混凝土却易受有害物质侵袭,它们借助潮气和水侵入建筑材料中。这些有害物质会对钢筋造成腐蚀,由此导致混凝土破坏并产生经济损失。

混凝土需要保护

采用有效的预防性措施,诸如憎水浸渍,就足以为混凝土结构提供可靠的保护。为此,瓦克开发了环境友好且高效能的浸渍剂,使新老建筑物的价值得到保存,并保护建筑免受气候侵蚀与结构性损害。

修补是最昂贵的解决方案

修补混凝土结构的花费是采用憎水浸渍等预防性措施的十倍。利用瓦克创新的混凝土憎水浸渍技术,可以减少修补工作,从而避免了高昂的维修成本以及大量能源和资源的消耗。

摘自卡尔斯鲁厄大学2007年《应用科学》上的一篇文章:

为业主创造经济效益

德国卡尔斯鲁厄大学的专家们对预防性措施的经济效益深信不疑,并建议对混凝土结构进行表面保护。毕竟,这对业主而言可以减少巨大的长期支出!这是为什么呢?事实上,主要的成本支出:约80%都源于基础设施状况(例如交通改道)和建筑工地建设,而非实际的修补工作。总而言之,我们可以发现,更好的预防=更少的修补=更低的总成本。

“ 转自“网易探索”发现者第六期 ”

融雪剂:城市钢筋混凝土的最大威胁之一,它引起城市道路桥梁钢筋混凝土结构的腐蚀破坏,但是我们不得不继续使用它。

融雪剂是冬季常用的除雪方法,国内外常见的融雪剂按主要成分一般分为醋酸钾(有机融雪剂)和氯盐两类。氯盐类融雪剂因其价格便宜、效果明显,从而被广泛使用。但其中含有的氯化物,如氯化钠、氯化钙等物质极易对环境造成破坏。过度依赖氯盐类融雪剂除雪,并因此导致的融雪剂滥用已经成为腐蚀中国城市的一大隐患。

被忽视的氯盐类融雪剂污染

依据2008年的统计,中国每年的融雪剂消耗量在60万至70万吨之间。在哈尔滨、沈阳、天津、北京这些北方城市,每年都会耗用几千吨甚至万余吨融雪剂。另有资料表明,每使用一吨融雪剂造成的腐蚀损失合计达803美元,融雪剂的大量使用造成高额经济损失,也带来众多环境问题。

雪融剂曾造成北京多城区11000余株行道树枯死

2005年冬末春初,北京八个城区曾出现大批草木枯死的状况。据北京市园林局的不完全统计,共有11000余株行道树、149万余株绿篱、色块等灌木、近20万平方米草坪遭受严重盐害或死亡, 直接经济损失在3000万元以上。园林专家曾对北四环路边的残雪及周边土壤进行了取样,发现含盐浓度比正常值高392倍,氯离子、钠离子等的浓度也大大超标。

目前普遍使用的融雪剂主要成分都是含有氯离子的盐类,即便是市面上号称的环保融雪剂,也只是减少了其中氯化钠的含量,增加了腐蚀性相对较弱的氯化钙、氯化镁的含量。使用融雪剂融化后的雪水一旦渗入到土壤中,会使土壤盐碱化,导致植物枯萎死亡。融雪剂中的盐分在土壤中的降解时间最长可达15年,补种的植物也难以存活,必须进行大规模的深层换土。

2008年雪灾广撒融雪剂,污染广东韶关高速路周边水源

2008年雪灾后,广东韶关京珠高速沿线一些村庄的村民反映,他们的饮用水变苦、变咸了,一些居民饮用后出现发烧、呕吐、喉咙痛的症状。当地环保部门调查后发现,村民们饮用水中的氯离子含量已经接近饮用水上限标准,这与当时破冰除雪、撒下千吨融雪剂不无关系。融雪剂融化后,其中含有的化学物质渗透进地表,极可能污染地下水体。饮用被融雪剂污染的地下水,将对人体产生严重危害:工业盐中多含有亚硝酸盐,饮用后容易出现慢性中毒,如果大量、长期饮用可致人死亡。

加速路桥老化导致承重力下降,还腐蚀汽车底盘和轮胎

北京原西直门立交桥1979年建成并投入使用,结果不到20年便重新修建。在对路桥的耐久性问题做了详尽的调查研究和试验之后,得到基本一致的看法是:除去先天施工、设计的因素,就环境影响而言,撒布氯盐类融雪剂造成的钢筋腐蚀、混凝土冻融破坏,是路桥过早报废的主要原因。

这是因为盐类遇水以后,会发生“盐涨”现象,会造成道路路基破坏,并给道路维护加大难度。氯盐渗透到混凝土中,会使混凝土保护层发生顺钢筋开裂、脱落的状况,导致结构承载力下降或丧失。中国北方地区高速公路、桥梁等,均有氯盐融雪剂破坏的现象。此外融雪剂对汽车底盘和轮胎也会产生腐蚀作用,容易使底盘生锈,长时间腐蚀会造成底盘损坏,还会使轮胎氧化、出现裂纹,缩短轮胎的使用寿命。

氯盐类融雪剂逐步被淘汰是大势所趋,在不得不用的情况下,为完成任务一味图快而不负责任、不讲科学的滥用,腐蚀的是城市环境未来。有效减少冰雪危害并不能只靠事后弥补,合理规划、科学设计城市设施方能从根本上预防此类问题的发生。

在限制使用融雪剂的同时,还必须通过对混凝土结构的城市设施进行适当的腐蚀防护,例如使用硅烷硅氧烷等外防护材料,可以通过有限的费用有效防护冻融和除冰盐问题,大幅延长混凝土结构的使用寿命,使城市交通设施高效率运转,也符合低碳环保的时代潮流。

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