淺淡恒溫環(huán)境外加劑混凝土中鋼筋銹蝕的原因分析

摘要：分析某工程在竣工后不足5年、恒溫環(huán)境使用、摻加外加劑的混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的原因，探討混凝土結(jié)構(gòu)的設計據(jù)、混凝土組成材料、氯離子含量的限值、混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量及使用環(huán)境等對鋼筋銹蝕產(chǎn)生的影響，強調(diào)應實施混凝土的耐久性設計、控制原材料質(zhì)量、施工質(zhì)量、混凝土結(jié)構(gòu)的防護質(zhì)量等全過程質(zhì)量控制。

1 工程概況

某大型公共建筑，地上4層，地下1層，框架結(jié)構(gòu)，基礎為樁基，抗震設防烈度為7度：混凝土構(gòu)件設計強度等級：-6．5~17m的柱為C40，梁、板為C30。興建于1995年，竣工于1998年，室內(nèi)要求恒溫21℃。5年后，發(fā)現(xiàn)2層部分框架柱外貼石材出現(xiàn)縱向裂縫，敲擊有空鼓聲，觀察發(fā)現(xiàn)裂縫有發(fā)展趨勢。將柱裝飾石材和裝飾用混凝土層局部剔除后，發(fā)現(xiàn)柱混凝土沿鋼筋方向開裂，混凝土保護層疏松、酥裂，敲擊有空鼓聲，局部剝離混凝土保護層，發(fā)現(xiàn)柱內(nèi)一些鋼筋銹蝕嚴重。

在對該建筑2層檢測時混凝土構(gòu)件中，發(fā)現(xiàn)柱內(nèi)鋼筋銹蝕程度不同；對2層吊頂內(nèi)混凝土構(gòu)件抽查，發(fā)現(xiàn)個別梁底由于混凝土保護層厚度較薄，亦出現(xiàn)沿縱筋方向的裂縫，但裂縫很??；混凝土板露筋處，鋼筋亦有銹蝕現(xiàn)象。

2 檢測結(jié)果與分析

經(jīng)取樣按照現(xiàn)行規(guī)范實測混凝土柱中混凝土Cl-含量為0.04%~0.46%，SO42-含量為0.30%~1.00%，柱混凝土實際強度在C25左右；混凝土柱、梁、板保護層大多不符合GB 50010—2002規(guī)范要求，Cl-含量大部分超過限值。

Cl-引起混凝土中鋼筋銹蝕，需要同時具備3個條件：一是混凝土中鋼筋周圍的C1-積聚達到一定臨界值，即足以引起鋼筋表面鈍化膜破壞時，鋼筋才有可能產(chǎn)生銹蝕；二是滲入氧氣；三是要有水分存在。具備這些條件時，C1-導致鋼筋銹蝕的電化學過程便可形成。對于2層的混凝土構(gòu)件，由于處于冬季施工，使用現(xiàn)場攪拌、摻有防凍劑的混凝土料澆筑：柱的混凝土強度等級偏低，密實度較差，混凝土保護層不足，之后，為粘貼裝飾石材，在柱四周又澆筑了1層混凝土，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)該部分混凝土的質(zhì)量更差。柱混凝土中防凍劑含有氯鹽，存在一定的氧氣通路，裝飾石材后，在恒溫21℃的室內(nèi)環(huán)境，柱混凝土中水分蒸發(fā)緩慢，其中鋼筋銹蝕、混凝土沿鋼筋方向出現(xiàn)裂縫也必然形成。吊頂內(nèi)的柱端、梁、樓板未加裝飾的鋼筋銹蝕現(xiàn)象較輕，其原因是相對裹有裝飾層的混凝土柱，這些部位的水分蒸發(fā)要快得多。

對于存在的SO42-，它可以和混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應，生成石膏，其在混凝土孔隙中結(jié)晶并產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土破壞：另外，石膏與其牛的水化鋁酸鈣起作用，生成含有大量結(jié)晶水的水化硫鋁酸鈣(即鈣礬石)，其體積可增大至原有水化鋁酸鈣體積的2．5倍左右，這種結(jié)晶膨脹具有非常嚴重的破壞作用。硫酸鹽類的侵蝕取決于水中SO42-的濃度，但是也與水中Cl—的含量有關，C1—可以提高水化硫鋁酸鈣的溶解度，阻止鈣礬石晶體的生成與長大，以至減輕結(jié)晶膨脹破壞作用。

上述分析表明，2層柱裂縫主要是由于柱內(nèi)鋼筋銹蝕引起，引起鋼筋銹蝕的主要原因是由于2層柱混凝土中C1-含量過高。