在建筑工程中,混凝土结构因其价格低廉、经久耐用、材料来源广泛而被广泛应用于土壤工程的各个领域。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,钢筋与混凝土具有良好的附着力和相似的热膨胀系数,混凝土可以在一定程度上缓冲钢筋,从而使钢筋混凝土工作更好,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,在影响钢筋混凝土耐久性的诸多因素中,钢筋在混凝土中的腐蚀和破坏是首要因素。钢筋腐蚀后,钢筋混凝土特性的裂纹和破坏有以下表现。
①钢筋腐蚀。导致截面积减小,从而降低钢筋的机械性能。大量实验研究表明,对于截面损失率为5%~10%的钢筋,其抗拉强度、抗拉强度和延伸率开始下降,各种机械性能指标的钢筋严重下降。
②钢筋腐蚀。导致钢筋与混凝土结合强度降低,从而不能有效地将钢筋所受的抗拉强度传递给混凝土。
③钢筋腐蚀产生腐蚀性产物,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,不仅影响结构的正常运行,还彻底损坏建筑,给国民经济造成巨大损失。
如何避免混凝土中钢筋的锈蚀,引起了各国对混凝土结构中钢筋腐蚀造成的巨大财产损失的重视,给出了很多方法。美国混凝土协会在文件(ACI22R-85)中认为,最有效的保护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最简单、成本最低、长期有效。前苏联是最早在实验和应用钢筋阻锈剂的国家之一。1975年,日本首次使用阻锈剂进行大型工程,通常是海洋资源中氯和盐对结构物的耐久性。
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的耐久性差,给钢筋混凝土结构的正常运行增加了严重的危害,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保护措施,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混凝土附近的钢筋生锈。
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