防腐蝕抗裂混凝土第1頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四目錄一、腐蝕帶來的危害二、防腐蝕抗裂混凝土的性能三、應用第2頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四一、腐蝕的危害氣態、液態和固態的各種腐蝕介質，根據其性質和濃度不同，會對混凝土和鋼筋產生腐蝕，影響鋼筋混凝土的耐久性。第3頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1、碳化碳化作用是指CO2與水泥石表面及內部毛細孔道內水化硅酸鈣(3CaO·2SiO2·3H2O)及Ca(OH)2起反應，生成碳酸鈣，導致混凝土中的堿度降低（混凝土中性化），當混凝土孔隙液的pH值降低到8.5～9.0時可稱為“已碳化”。危害：碳化雖然增加表面硬度，但會使混凝土產生收縮現象。形成微裂紋，使腐蝕介質進入混凝土內部。中性化和微裂紋不利于保護鋼筋的鈍化膜，使鋼筋有產生銹蝕的危險。由于目前廣泛摻加大量的摻合料，混凝土趨向了中性化，碳化有加劇的趨勢，已經引起工程界的關注。第4頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2、凍融破壞混凝土受到凍融作用（干濕變化、溫度變化等）會受到的損傷?；炷恋钠茐囊蕴蓟鋈谄茐臑槌Ｒ?，致使許多建筑物的運行壽命大為縮短，造成極大浪費。措施引氣劑，形成封閉的空隙，降低凍脹應力提高抗滲第5頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、氯離子侵蝕Cl-會引起鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕機理：①破壞鈍化膜、②形成腐蝕電池、③去極化作用、④導電作用?；炷林蠧I-的存在強化了離子道路，降低了陰陽極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學腐蝕過程。第6頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四鋼筋防腐蝕措施對于鋼筋防腐問題，目前有很多的方法來解決，但是各種方法都有其優點和缺點，如：陰極保護法：施工費用高，維護費用更高。環氧涂層法：施工難度大，降低鋼筋握裹力，費用高。治標不治本。耐蝕鋼筋和不銹鋼鋼筋：費用高。鋼筋阻銹類外加劑法：使用簡單、費用低，且穩定性好。第7頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四4、堿集料反應依據參與堿－集料反應的巖石種類及反應機理，堿－集料反應主要分為堿－硅酸反應（ASR）及堿－碳酸鹽反應（ACR）二大類。堿含量：3kg/m3第8頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四5、硫酸鹽侵蝕從硫酸根離子的來源看，混凝土的硫酸鹽侵蝕可分為內部和外部侵蝕。內部侵蝕是由于混凝土組分本身帶有的硫酸鹽引起的。外部侵蝕是環境中的硫酸鹽對混凝土的侵蝕。外部的水、土壤中的硫酸根離子。外部侵蝕可分為兩個過程：（1）SO42-

由環境溶液進入混凝土孔隙中，這是一個擴散過程，其速率決定于混凝土的抗滲性。（2）SO42-與其他物質的反應過程。第9頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鹽侵蝕一般而言，硫酸鹽侵蝕有以下化學反應：①生成鈣礬石。硫酸鹽溶液和水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發生化學反應，生成石膏和硫鋁酸鈣，產生體積膨脹，使混凝土受到膨脹性破壞。與膨脹混凝土不同的是，膨脹混凝土產生的膨脹一般在14天完成，所產生的膨脹不具有危害性；而硫酸鹽侵蝕則是發生在混凝土結構使用期間，此時，混凝土結構的水化硬化歷程已經基本上結束，所產生的膨脹是危害性的，會破壞已經形成的水泥石結構。其反應通式為：第10頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四②形成石膏。如果硫酸鹽濃度較高時，則不僅生成鈣礬石，而且還會有石膏結晶析出。一方面石膏的生成使固相體積增大124%，引起混凝土膨脹開裂，另一方面消耗了CH，而水泥水化生成的CH不僅是C-S-H等水化礦物穩定存在的基礎，而且它本身以波特蘭石的形態存在于硬化漿體中，對混凝土的力學強度有貢獻，因此導致混凝土的強度損失和耐久性下降。第11頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四③MgSO4

作用下的化學反應。MgSO4

是硫酸鹽中侵蝕性最大的一種，原因主要是Mg2+

和SO4

2-

均為侵蝕源，二者相互疊加，構成嚴重的復合侵蝕。主要反應式為：氫氧化鎂的溶解度很低，其飽和溶液PH值很低，氫氧化鎂飽和溶液的PH值約為10.5，這個數字低于使水化硅酸鈣穩定所要求的數值，致使水化硅酸鈣在有硫酸鎂溶液存在的條件下不斷分解出石膏。危害：導致混凝土強度損失，粘結性下降，實際工程中嚴重的硫酸鎂侵蝕甚至將混凝土變成完全沒有膠結性能的糊狀物。第12頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四④生成碳硫硅鈣石。碳硫硅鈣石是近來硫酸鹽侵蝕研究的熱點。1998年初，英國某處的高速公路路基和埋入地下部分結構發生了嚴重劣化，劣化處存有糊狀粘稠物體，通過對劣化原因進行排查，發現該結構存在以下幾個問題：(1)使用石灰巖質骨料；(2)使用含硫化物和硫酸鹽的材料進行回填；(3)地下水的流動頻繁；(4)排水系統發生泄漏；(5)結構服役環境氣溫較低。通過進一步研究發現，該結構發生了碳硫硅鈣石腐蝕，第13頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四威爾士南部的海濱小鎮Solva在1995年修建的一組臺階，第二年就發生了破壞，破壞現象為砂漿的開裂和表面酥軟，失去膠結能力。由于此處潮汐落差高達7米，因此認為海水侵蝕是主要原因。由于臺階失去承載功能，不得不對其進行修補。而修補后的臺階在服役了3年之后又發生了類似的變化。根據專家們的研究發現，破壞主要由AFt、CaSO4﹒2H2O、Mg(OH)2和碳硫硅鈣石引起。當時材料的配比情況為石子：普通硅酸鹽水泥：石灰巖砂=1:1.4，水灰比不詳。而修補時的配比情況為抗硫酸鹽侵蝕水泥：石灰石：砂=1:0.25:1。第14頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四形成條件石灰石硫酸鹽（海水）低溫：低溫形成碳硫硅鈣石的概率大，但不一定是碳硫硅鈣石形成的必要條件，高溫時也有發現。至今它的形成機理尚未弄清楚。危害：能使水泥混凝土漿體變成糊狀、無粘結力的物體，降低混凝土的強度。同時也會伴有膨脹性破壞。新疆地質、氣候條件第15頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四PH值一般情況下，Na2SO4溶液pH值介于6~7之間，由于試件長期處于低PH值的Na2SO4溶液中，會造成混凝土水化產物的堿度降低，大量的水化CH與Na2SO4反應生成石膏，由于堿度降低，破壞了水泥水化產物的平衡，導致水化產物會釋放出更多的CH，從而導致水化產物分解第16頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鹽侵蝕照片第17頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鎂10%第18頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鎂10%第19頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鎂10%第20頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四氯化鈣15%第21頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四氯化鈣15%第22頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸銨20%第23頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸銨20%第24頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈉25%第25頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈉25%第26頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈉25%第27頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈉10%第28頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈉10%第29頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈉40%第30頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈉40%第31頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四鹽酸5%第32頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四鹽酸5%第33頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四氫氧化鈉10%第34頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四氫氧化鈉10%典型的堿集料反應第35頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四氫氧化鈉10%第36頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四治理措施抗硫酸鹽水泥（C3A低）附加防腐層（隔離）大摻量礦粉和粉煤灰雙摻的技術路線配制的高性能混凝土，能夠大幅度降低水化產物中氫氧化鈣的濃度，這對其提高抗硫酸鹽侵蝕性是有利的，但是其負面作用是造成混凝土堿度降低，混凝土中性化，碳化速度加快?？沽蛩猁}侵蝕外加劑第37頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫鋁酸鹽水泥應用給我們的啟示硫鋁酸鹽水泥的特點早強、高強水化產物以鈣礬石為主，氫氧化鈣少1982年秋采用離心法生產的硫鋁酸鹽水泥自應力管，放置在東山島海灘上，每天經歷四次漲落潮的沖刷，1998年取樣，經過16年海水的沖刷后，管子表面只有約0.6至0.8毫米的濾出層，內部水泥漿體均勻致密，第38頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四放置于福建東山島海灘達16年的水泥管第39頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四浸出層第40頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四我國抗硫酸鹽侵蝕外加劑標準（JC/T1011-2006

）帶來的啟示膨脹率要求，以膨脹劑為基礎。第41頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四國外研究成果帶來的啟示利用鋇鹽抑制碳硫硅鈣石形成該方法已在意大利文物古跡的保護領域中發揮了重要的作用。Ba2+將形成Ba(OH)2，遇到硫酸根等離子后，形成硫酸鋇、羥基碳酸鋁、BaCO3等沉淀，且非常穩定；同時Ba2+可以抑制鈣礬石和碳硫硅鈣石的形成，不會產生膨脹性的破壞。此外，Ba2+會對SO42-的滲透擴散起到束縛作用，而且當Ba2+與大氣CO2接觸時，會在材料表面形成非常致密的防護膜。第42頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鹽防腐劑基于上述原理獲得防腐型抗裂防水劑防水劑組分有利于混凝土進一步形成致密的結構，延緩腐蝕介質進入混凝土內部的速度第43頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四二、防腐蝕抗裂混凝土第44頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1、抗氯離子滲透系數或電通量一個重要的耐久性指標混凝土結構耐久性設計規范（GB/T50476-2008）海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范（JTJ_275-2000）試驗方法：ASTMC1202第45頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2、工業建筑防腐蝕設計規范各種介質對建筑材料長期作用下的腐蝕性，可分為強腐蝕、中腐蝕、弱腐蝕、微腐蝕4個等級硫酸鹽（鈉、鉀、氨、鎂、銅、鎘、鐵的硫酸鹽）液體中濃度大于1%時，對混凝土和砌體具有強腐蝕性固態下，相對濕度大于60%以上時，具有中等腐蝕性，小于60%時，具有弱腐蝕性

第46頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2、工業建筑防腐蝕設計規范由于該規范的主體結構混凝土是采用普通混凝土，為避免或者降低構筑物的腐蝕速率，采取的防腐蝕的措施為隔離措施-----防腐蝕附加層第47頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2、工業建筑防腐蝕設計規范隨著我國科技的進步，引入了抗硫酸鹽侵蝕的外加劑在滿足防腐蝕性能要求時，防腐蝕等級為弱的污水處理池，可采用摻入抗硫酸鹽的外加劑、礦物摻合料或鋼筋阻銹劑，鋼筋混凝土的表面可不做防護。第48頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、混凝土結構耐久性設計規范混凝土結構耐久性設計規范(GB/T50476-2008）是一部考慮混凝土自身防腐蝕能力的規范，通過設計耐久性混凝土提高混凝土結構的防腐蝕能力，延長結構物的壽命。第49頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、混凝土結構耐久性設計規范環境類別分為5類環境類別名稱腐蝕機理Ⅰ一般環境保護層混凝土碳化引起鋼筋銹蝕Ⅱ凍融環境反復凍融導致混凝土損傷Ⅲ海洋氯化物環境氯鹽引起鋼筋銹蝕Ⅳ除冰鹽等其它氯化物環境氯鹽引起鋼筋銹蝕Ⅴ化學腐蝕環境硫酸鹽等化學物質對混凝土的腐蝕第50頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、混凝土結構耐久性設計規范第51頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、混凝土結構耐久性設計規范措施最低強度要求（密實性保證）第52頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、混凝土結構耐久性設計規范保護層厚度要求（延長腐蝕介質侵入混凝土內部的通路）第53頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、混凝土結構耐久性設計規范凍融環境：抗凍性耐久性系數要求第54頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3、混凝土結構耐久性設計規范氯化物環境：氯離子滲透系數要求第55頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四化學腐蝕環境第56頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四化學腐蝕條件下混凝土配合比要求與保護層厚度第57頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四4、防腐蝕抗裂混凝土根據混凝土結構耐久性規范，通過合理的混凝土配合比設計，能夠設計出抗裂性好，防腐蝕耐久性好的混凝土通常，防腐型抗裂防水劑摻量為8～12%第58頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（1）抗壓強度與電通量（萘系泵送劑）膠凝材料總量抗壓強度(MPa)56天電通量（C）RCM擴散系數(10-12m2/s)3d7d28d37020.424.236.4180911.140021.727.440.815326.8543025.233.344.911115.6346027.233.545.79835.06第59頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（2）抗壓強度和電通量（聚羧酸減水劑）膠凝材料總量（kg/m3）抗裂劑摻量(%)抗壓強度(MPa)56天電通量（C）RCM擴散系數(10-12m2/s)3d7d28d370027.434.749.4191711.8826.633.846.417489.091024.931.244.311684.811225.829.442.511144.34400026.237.753.012085.66828.940.351.39863.621026.338.547.48573.02430034.842.555.011086.98833.743.553.28033.691029.433.845.87682.96第60頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（3）防腐型抗裂防水劑混凝土的膨脹率高，收縮小第61頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四①摻加防腐型抗裂防水劑后，混凝土具有良好的微膨脹性，在防腐型抗裂防水劑摻量不低于8%的情況下，混凝土14天水中養護的限制膨脹率大于1.5×10-4，混凝土的后期收縮小，當防腐型抗裂防水劑的摻量高于10%時，混凝土的限制膨脹率可達2.0×10-4以上，而且絕大部分的混凝土兩個月齡期尚處于不收縮狀態，而空白混凝土的后期收縮還是比較大的。因此，與抗裂防水劑一樣，采用防腐型抗裂防水劑能夠實現超長結構的無縫施工。②隨著防腐型抗裂防水劑摻量的提高，混凝土的抗氯離子滲透的56天齡期的電通量降低，28天齡期的氯離子擴散系數DRCM減小，混凝土的耐久性提高，最佳摻量為10%左右。小結第62頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（4）圓環法、平板法抗裂試驗評價

隨著防腐型抗裂防水劑摻量的提高，混凝土開裂齡期逐漸延長，表明防腐型抗裂防水劑推遲了混凝土的開裂，提高了混凝土的抗裂性。防腐型抗裂防水劑摻入混凝土中起到了補償收縮的作用，其微膨脹效應抵消了水泥的部分或全部收縮，推延了混凝土的開裂時間。第63頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（5）抗碳化性能好摻加防腐型抗裂防水劑的混凝土的抗碳化能力不下降。高性能混凝土，抗碳化能力下降第64頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四試塊種類碳化深度（mm）50mm厚度壽命，年3d7d14d28dabr2HD370FF806.58.5210.816.4230.3670.9811268.1793HD430FF8005.87.225.80.31591915.194HD430FF10006.047.456.040.302711077.667粉煤灰HDFA1505.867.068.785.7640.35730.9632422.6449粉煤灰HDFA2006.868.8810.266.86680.36710.9999223.214粉煤灰HDFA2507.610.1111.027.67270.34610.9938224.8974粉煤灰HDFA307.589.9911.2512.637.62930.36360.9967176.0188粉煤灰HDFA359.5111.1413.7615.019.29860.33790.9693145.2237第65頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（6）具有阻銹功能，抵抗電化學腐蝕的能力高模擬地鐵工程要求，進行了雜散電流試驗，內容包括：混凝土電阻率混凝土自腐蝕電位試驗雜散電流腐蝕條件下，混凝土中鋼筋銹蝕速率試驗研究研究結果表明，摻加防腐型抗裂防水劑配制的耐久性混凝土具有抑制雜散電流腐蝕的功能、鋼筋阻銹功能第66頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四6-1混凝土電阻率研究第67頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四6-1混凝土電阻率研究

時間試件編號28d35d42d49d56d70d84d98dHD370FF0-R-Cl12.419.221.522.425.628.93134.5HD370FF8-R-Cl17.224.32832.538.442.647.951.3HD370FF10-R-Cl19.824.629.534.742.845.948.152.7HD370FF12-R-Cl20.12631.436.742.546.148.253.4HD400FF0-R-Cl14.215.817.524.328.431.133.436.2HD400FF8-R-Cl19.722.428.933.337.941.745.147.2HD400FF10-R-Cl22.228.132.534.639.744.546.349.5內摻氯鹽混凝土電阻率單位：（kΩ·cm)第68頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四6-1混凝土電阻率研究①在砼結構中，直流電場引起的雜散電流是離子流。通過摻加混凝土抗裂防腐劑，對于混凝土電阻的提高有明顯的增強作用，可有效地抑制雜散電流的作用。②隨著強度等級提高，混凝土電阻率增大，混凝土電阻率隨時間延長不斷增長，增長的速率比較平均，到了112天仍有進一步增長的趨勢。③隨著抗裂防腐劑摻量的增大，混凝土電阻率提高。第69頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四④在影響混凝土電阻率的因素中，濕度是最顯著的，混凝土電阻率隨水飽和度增加呈降低趨勢，電阻率與濕度有較大相關性。本研究所測試的混凝土電阻率均是在95%濕度以上的標準養護條件下進行，條件較為苛刻，從測試結果來看，在95%濕度以上的苛刻條件下，混凝土中摻加了抗裂防腐劑的試塊84d電阻率均大于50kΩ·cm，能大大降低雜散電流,減小電化學腐蝕的速率。第70頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四6-2混凝土自腐蝕電位試驗試塊編號不同齡期混凝土中鋼筋的自腐蝕電位（mv）7d14d21d28d35d42d49d56d70d84d98dHD370FF0-361-330-324-305-289-275-271-272-264-260-265HD370FF0-Nacl-592-564-552-531-521-527-518-509-511-518-515HD370FF10-295-276-241-228-217-210-214-223-211-216-210HD370FF10-Nacl-432-409-396-366-361-350-355-344-332-341-334HD370FF12-224-189-182-165-168-152-149-143-153-147-144HD370FF12-Nacl-410-387-366-345-332-340-348-344-338-336-331HD400FF0-338-318-292-238-242-255-241-223-236-234-228HD400FF0-Nacl-492-477-468-434-416-411-418-419-413-415-410HD400FF8-325-274-237-195-179-170-166-156-153-159-155HD400FF8-Nacl-405-382-357-332-321-328-315-314-309-313-316HD400FF10-239-225-208-185-164-158-142-149-142-147-140HD400FF10-Nacl-387-356-324-312-311-313-314-311-311-311-308HD430FF0-314-286-277-268-274-247-249-240-232-235-236HD430FF0-Nacl-425-453-419-387-406-388-387-366-355-362-367HD430FF8-274-249-232-215-208-192-189-183-180-177-176HD430FF8-Nacl-388-324-288-257-255-244-242-235-237-232-234HD430FF10-265-236-215-222-207-215-204-193-181-195-188HD430FF10-Nacl-355-310-