水利水电工程混凝土抗腐蚀性能研究

陈炯钊

身份证号码：440781199001166539

摘要：当前，水利水电工程建设规模日益扩大，施工技术逐渐成熟。由于成本造价低、原材料充足、力学性能好等优势，混凝土在各种构筑物和建筑物中的应用十分广泛。水利水电工程建设关乎下游防洪安全和农业经济发展，因其使用环境和工程性质的特殊性，如长期处于潮湿或水浸泡环境致使各种侵蚀性介质加速了混凝土腐蚀，水工结构耐久性明显下降。研究发现，从弱到强破坏水工混凝土的原因有硫酸盐破坏、碱集料反应、冻融破坏和钢筋锈蚀，且水工混凝土受钢筋锈蚀的危害最大。氯离子是引起钢筋锈蚀最为关键的腐蚀性介质，其透过混凝土保护层引起钢筋腐蚀，极大地降低了水工结构安全性和建筑物整体可靠度。

关键词：水利水电工程；混凝土；抗腐蚀性能

引言

在混凝土中掺入纳米碳纤维材料，可以有效降低水工建筑物受氯离子的腐蚀作用。现阶段，混凝土抗氯离子渗透性检测比较常用的方法是电通量法。

1应力和硫酸盐腐蚀耦合下混凝土性能研究

混凝土在应力状态下遭受盐溶液侵蚀的过程称为应力腐蚀，其定义为材料因受到应力作用和环境中腐蚀介质共同作用时所引起的腐蚀，这里所说的应力作用包括压应力、拉应力和弯曲应力，其通常与金属、陶瓷、玻璃和聚合物等材料联系在一起，当然混凝土也同样存在应力腐蚀的问题。应力影响的实质是改变了混凝土的微观结构，在拉应力和弯曲应力作用下，随着加载时间的延长和应力水平的提高，早先存在的混凝土微裂缝不断发展、扩大乃至贯通，同时又会有新裂缝的产生，使得侵蚀介质的渗透性增强、扩散速度加快，加剧混凝土结构的破坏。在压应力对混凝土的影响不是单纯正相关而是存在一个临界值，当压应力水平低于临界值时，混凝土会被压实使得孔隙率降低，此时混凝土结构密实度提高，侵蚀介质向混凝土内部扩散和渗透的难度增大，压应力的存在对混凝土起到了一定的保护作用;当压应力水平超过临界值时，应力作用会使混凝土产生新裂缝和加剧原有裂缝的扩张，此时混凝土受到应力破坏，侵蚀介质向混凝土内部扩散和渗透的难度降低。实际上，混凝土建筑在使用的过程中常遭受物理和化学的综合作用，评估混凝土盐腐蚀与耐久性等问题必须考虑应力因素的影响。

2水利水电工程混凝土抗腐蚀性能研究

2.1纳米碳纤维混凝土与普通混凝土的抗氯离子

整个通电过程中普通混凝土的电流值几乎呈线性增长趋势；通电初期，纳米碳纤维混凝土电流增长迅速，但通电210min之后电流保持相对稳定的状态，电流增大幅度不明显。通电6h内纳米碳纤维混凝土和普通混凝土电通量分别为934.4q、1536.8q，纳米碳纤维的掺入能够降低通电量602.4q，纳米碳纤维混凝土的抗氯离子渗透性优于普通混凝土。根据试验标准与国标材料，纳米碳纤维混凝土和普通混凝土的抗氯离子侵蚀分别为极低、低等级；将纳米碳纤维掺入混凝土中，可明显改善养护期混凝土干缩性能，有效防止内部微裂纹的汇集与形成，在一定程度上抑制侵蚀性介质的渗入，提高水工混凝土的密实度、抗腐蚀性和耐久性。

2.2电化学修复技术

电化学防护主要有新发展出的双向渗透法、电渗阻锈法、电沉积修复法、电化学除盐法、外加电流或牺牲阳极的阴极保护法等。①双向渗透法：该方法是以电迁移型阻锈剂和电化学除氮技术为基础发展而成的新型技术，其工作原理是混凝土孔隙液及钢筋表面的氯离子，在外加电场作用下向阳极迁移进入电解质溶液，而阳离子阻锈剂向阴极迁移，该方法能够有效降低氯离子浓度，对抑制和修复钢筋锈蚀发挥着显著作用。②电化学除盐法：该方法一般适用于氯离子侵入较多的海工混凝土结构，除盐法是以钢筋为阴极，在混凝土表面敷置或买入电解液保持层，将钢筋网或金属片设置于保持层中作为阳极，阴阳极间通直流电流以降低氯盐含量。混凝土中的负离子在外加电场作用下从阴极向阳极迁移，从混凝土中脱离进入电解质，从而达到除盐脱氮的目的。③电沉积法：可在电解质中利用电化学脱盐的方式，即电场作用下海水中的钙镁离子等深入混凝土内部，电解质中离子与硅酸盐形成致密的盐结晶，从而填充修复内部的缝隙，实现混凝土的修复保护。④外加电流或牺牲阳极阴极保护法：该方法以阳极网、铸铁或活泼金属为阳极，钢筋为阴极，外加一定电压的直流电使钢筋附近不发生氧化反应，或者用导线连接阴阳极，通过发生原电池反应达到保护阴极的目的。

2.3复合型防腐技术

对于多数使用单一添加剂或外加剂，存在多种局限性。专家学者开始尝试将多种添加剂进行组合，使其满足多种功能要求，比较典型的为有机与无机复合的新型混凝土防腐外加剂，简称JK-8，邓刚等进行了大量的试验研究，借鉴了国外先进技术经验及复合技术。该种复合型防腐添加剂，主要提高混凝土结构自身密度、强度、减少缺陷、增强自身抵抗腐蚀性的能力，同时添加了阻锈成分，防止有害介质侵入等。复合型防腐添加剂能显著提高混凝土结构的耐腐蚀能力，主要因素为添加剂中含有混凝土抗腐蚀组分，能有效提升混凝土抗腐蚀能力。添加剂中的引气及密实成分可有效排除混凝土内部空气，进而增强了混凝土强度及密实度，极大地减少了腐蚀性介质入侵途径，达到了混凝土自身抗侵蚀能力。同时，引气组分还有将大气泡引散为众多小气泡功能，众多的微小气泡能有效缓冲和抵消水结冰引起的混凝土结构体积膨胀造成的静水压力和冰水蒸气压力形成的渗透力，提升了混凝土结构的抗冻性能，降低了混凝土结构的渗透性，每种成分发挥各自的作用，形成功能叠加效应，极大提升了混凝土结构综合耐腐蚀性能。

2.4混凝土表面涂层

①聚氨酯／聚脲：相对于常规的表面防护材料其具有许多优异的物理化学性能，如环境温湿度适应性好、强度高、耐老化、自身柔韧性好等，在混凝土开裂的条件下自身不会发生断裂，并且能够牢固地抓住混凝土起到保护和防水作用，在实际工程中的应用比较广泛。②有机硅憎水渗透剂：目前应用效果最好、最广的防护剂有烷基／烷氧基硅烷及其改性化合物，结构涂覆表面与荷叶表面相类似，水以水珠的形式出现难以在其表面湿润，有效防止了氯离子等以水为载体有害介质的渗入，发挥防护作用。这类防护剂有不改变混凝土表面效果、处理后保持混凝土透气性、防护效果持久、抗紫外线、耐酸碱、渗透性强、防水性好等优点，并且不易鼓泡脱落。但也具有易燃、有害或有毒等缺陷，对水环境造成不利影响，因不能受压力水的渗透而不能用于水中结构。③防腐蚀涂料：涂料也称为油漆是最常用桥梁防腐蚀措施，在混凝土表面该涂料能够形成膜，堵塞混凝土毛细孔从而达到隔绝外界物质渗透，发挥混凝土防护作用。然而，这种涂料使得外界空气与混凝土之间的交换完全隔绝，易引起混凝土脱落和气泡；此外，混凝土被覆盖后，若出现其它缺陷则很难被检测到，后期维修时涂层的除去也较为困难。所以，在使用过程中需要经过多次论证，选择合适的部位使用。

结语

水利水电工程钢筋混凝土防腐技术研究，有助于规范混凝土结构防腐养护市场，加快混凝土防腐技术的发展，增加混凝土结构的使用寿命，减少材料的浪费，实现可持续发展，对于我国经济社会的发展具有重要意义。

参考文献

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