氯离子侵蚀的混凝土进行表面防水处理的可行性研究.pdf
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1、 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 混凝土结构常因耐久性不足而达不到设计使用年限。大量研究表明,导致 钢筋混凝土结构破坏的因素可以分成两类:混凝土劣化和钢筋锈蚀。引起混凝 土劣化的主要因素是化学侵蚀、硫酸盐膨胀、碱一骨料反应、冻融破坏和收缩 开裂。从各种破坏活动的机理来看,包括钢筋锈蚀在内的所有破坏过程都与水 分密切相关。而且水也是有害离子进入混凝土孔结构并将溶解的离子带出的运 输工具。因此,对混凝土进行防水处理是推迟混凝土结构修复时间,提高其耐 久性的一个有效途径。 以往对新建混凝土结构进行表面防水处理的研究较多,且结果证明:表面 防水处理能在混凝土表面形成很好的氯离子隔离层,通过阻止水的
2、毛细作用来 阻止或延缓氯离子的侵入,从而提高了混凝土的抗侵蚀能力。 然而,对于已有混凝土结构,尤其是暴露于海水环境或已遭到氯盐侵蚀的 结构来说,防水处理是否仍然可行。针对此问题提出了本课题研究的一个主要 目的,即在一定的防水处理条件下对受氯离子侵蚀的混凝土进行表面防水处理, 找出防水处理依然可行时的氯离子临界含量。试验用混凝土的水灰比分别为 0 4 、0 5 和0 6 ,另一组水胶比为O 5 的混凝土中用粉煤灰等量取代2 0 的水泥。 将混凝土试块分别放于室内和海边现场进行氯离子侵蚀试验,然后采用硅烷溶 液对其进行表面防水处理,通过比较防水处理前后的吸水系数,找出给定防水 处理条件下的氯离子临
3、界含量。课题的另一个主要目的是:在不同相对湿度下 对混凝土进行表面防水处理,通过比较吸水系数来分析环境的相对湿度对防水 处理的影响。此外,试验选用了3 种有机硅防水剂硅烷溶液、硅烷凝胶和硅烷 乳液对混凝土B ( w e = 0 5 ) 进行防水处理,比较不同防水剂的防水效果。 试验结果表明:当混凝土表面的氯离子含量大于0 7 时,即使采用硅烷溶 液吸收l 小时,也已达不到预期的防水效果;在相对湿度约为5 0 环境下进行 表面防水处理能获得较好的防水效果;用硅烷溶液吸收l 小时、硅烷凝胶 4 0 0 9 m 2 、硅烷乳液4 0 0 9 m 2 分别进行防水处理,相比之下硅烷凝胶获得的防水 效果
4、比其它两种要好:孔隙率越大,防水剂的渗透深度越深,表面防水处理的 防水效果越明显。 I 关键词:混凝土:氯离子;有机硅防水剂;表面防水处理 l I 重墅堡王奎耋三兰堡圭耋堡篁圣 A b s t r a c t D u r a b i l i t yo fr e i n f o r c e dc o n c r e t es t r u c t u r e si np r a c t i c ei so f t e nn o ts u f f i c i e n t ; t h e r e f o r et h ed e s i g n e ds e r v i c el i f ec a n
5、n o tb er e a c h e d T h ep r o c e s s e s ,w h i c hl e a dt o d a u - l 舱g e o fr e i n f o r c e dC O n c r e t e S t r u c t u r e s ,c a nb es u b d i v i d e d i nt w ot y P e s ,i e d e t e r i o r a t i o no ft h ec e m e n t - b a s e dc o n c r e t ea n dc o r r o s i o no fs t e e lr e
6、i n f o r c e m e n t M a j o r d e t e r i o r a t i n gp r o c e s s e so fc o n c r e t ea r el e a c h i n go fc h e m i c a lc o m p o u n d s ,s u l f a t e e x p a n s i o n , a l k a l i - s i l i c ar e a c t i o n , f r e e z e - t h a wa c t i o n , a n ds h r i n k a g ec r a c kf o r m
7、a t i o n A l l o ft h e s em e c h a n i s m si n c l u d i n gs t e e lc o r r o s i o na 肥t i g h t l yl i n k e dw i t ht h em o i s t u r e W a t e ro f t e na c t sa sv e h i c l ef o rt r a n s p o r t a t i o no f h a r m f u li o n si n t ot h ep o r o u ss t r u c t u r eo f c o n c r e t
8、ea n dd i s s o l v e di o n sO I to fc o n c r e t e T h e r e f o r e , w a t e rr e p e l l e n tt r e a t m e n ti su n e f f e c t i v ep a t ht od e l a yt h er e p a r ea n di m p r o v et h ed u r a b i l i t yo f c o n c r e t e Af e wo f r e s e a r c h e sh a v e b e e nd o n eo nt h eW a
9、 t g T r e p e l l e n tt r e a t m e n tc a r r i e do U to n n e wC O n C T e = t es t r u c t u r e s ,a n di n d i c a t e dt h a tw a t e rr e p e l l e n tt r e a t m e n tc a l lb u i l du pt h e c h l o r i d eb a r r i e rO i lt h eS B r f i a c eo fe o n c r e t e tt oi m p r o v et h er e
10、 s i s t a n c et Oc h l o r i d eb y p r e v e n t i n gc a p i l l a r ys u e t i o I lo f w a t e r H o w e v e r , f o rt h ee x i s t e dc o n c r e t es l n J c t I l r e s e s p e c i a l l yw h i c hm a yh a v eb e e n e x p o s e dt Os e a w a t e ro ro t h e rs a l i n es o l u t i o n s ,
11、w h e t h e rw a t e rr e p e l l e n tt r e a t m e n tm a yb e f e a s i b l eo rn o t S ot h em a i na i mo f t h i sp r o j e c ti st of m dt h ec r i t i c a lc o n t e n to f c h l o r i d e i nc h l o r i d ec o n t a m i n a t e dc , o n g r e t ew h e nw a t e r r e p e l l e n tt r e a t m
12、 e n ti ss t i l tf e a s i b l ea ta g i v e nw a t e rr e p e l l e n ta g e n ta n di t sd o s a g e T h ew a t e rc e m e n tr a t i oo fc o n c r e t eW a S0 4 , 0 5a n d0 6r e s p e c t i v e l y I na d d i t i o n , 2 0 c e m e n to fo n ec o m p o s i t i o nw i t hw br a t i o n 0 5W a sr e
13、 p l a c e d 、析t hf l ya s h C h l o r i d ec o r r o s i o nt e s tw a sc a r r i e do u ti nt h el a b o r a t o r y a n dt h et i d a lZ o n er e s p o c t i v e l y , a n dt h ec o n t a m i n a t e dc o n c r e t eW a st r e a t e dw i t hl i q u i d s i l i a n e T h ea i mo fc o m p a r i n g
14、w a t e ra b s o r p t i o no fc o n t a m i n a t e dc o n e r e t eb e f o r ea n d a f t e rt r e a t m e n ti st of i n dt h ec r i t i c a lc o n t e n to fc h l o r i d e A n o t h e ra i mo f t h i sp r o j e c ti st o t r e a tc o n t a m i n a t e dc o n c r e t ei nd i f f e r e n tr e l a
15、 t i v eh u m i d i t y , t h e nt os t u d yt h ei n f l u e n c eo f r e l a t i v e h u m i d i t yO i lw a t e rr e p e l l e n tt r e a t m e n tb yc o m p a r i n gw a t e ra b s o r p t i o no f c o n c r e t e A n dc o n c r e t eB ( w c 弓O 5 ) w e r et r e a t e d 、v i t ht h r e e 、】I ,a t
16、 e l - r e p e l l e n ta g e n t s O i q u ds i l i a n e ,c r e a ma n dg e l ) t Oc o m p a r et h ew a t e rr e p e l l e n te f f i c i e n c yo fw a t e r r e p e l l e n ta g e n t s R e s u l t ss h o wt h a tO n C et h ec h l o r i d ec o n t e n to nt h es u r f a c eo fc o n c r e t et ob
17、 eh i g h e r t h a nO 7 w a t e rr e p e l l e n tt r e a t m e n tw i l lb ei n e f f e c t i v ee v e na f t e ri m p r e g n a t i o no ft h e s u r f a c ew i t hl i q u i ds i l a n ef o ro n eh o u r 1 1 1 ee f f i c i e n c yo fw a t e rr e p e l l e n tt r e a t m e n t c a r r i e di ns u
18、c h 柚e n v i r o n m e n tt h a tw i t hR H5 0 i Sb e t t e rt h a nt h a to f R H9 0 1 1 豫s u r f a c eo ft h es a m et y p eo fc o n c r e t ew a sp u ti nc o n t a c t 、i ml i q u i ds i l a n ef o r o n eh o u ra n dt r e a t e dw i t h4 0 0g m 2o fs i l a n ec r e a i D a n ds i l a n eg e l I
19、tt u r n e do u tt h a tt h e e f f i c i e n c yo ft h et r e a t m e n t 、丽t hs i l a n eg e lW a st h eb e s t W a t e rr e p e l l e n tt r e a t m e n t b O ? A 3 m e sm o r ee f f i c i e n tw i t hi n c r e a s i n gp o r o s i t ya n di n c r e a s i n gp e n e t r a t i o nd e p t h K e yw
20、o r d s :c o n c r e t e ;c h l o r i d e ;w a t e rr e p e l l e n ta g e n t s ;S U I - f a c ew a t e rr e p e l l e n t t r e a t m e n t X 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 混凝土结构的耐久性现状 混凝土结构的耐久性是指结构在正常设计,正常施工,正常使用和正常维护 条件下,在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下,保持其满足使用要求 的性能l l l ;或者是指结构在设计使用年限内抵抗外界环境或结构内部所产生的侵蚀 破坏作用的能
21、力【2 】,或指结构在要求的目标使用期内,不需要花费大量资金加固处 理而能保证其安全性和适用性的能力【3 】。 众所周知,钢筋混凝土结构综合了钢筋与混凝土的优点,建造成本较低,是 土木工程结构设计中的首选形式,应用范围非常广泛。但是,在混凝土材料应用 于土木工程至今的1 5 0 年问,由于人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料 这一看法的影响,忽视了钢筋混凝土结构的耐久性问题,造成了钢筋混凝土结构 耐久性研究的相对滞后。并因此付出了巨大的代价。外国学者曾用“五倍定律”形象 地描述混凝土结构耐久性设计的重要性,即设计阶段在钢筋防护方面节省l 美元, 那就意味着:发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修
22、费5 美元;混凝土表面顺筋开 裂时采取措施将追加维修费2 5 美元;严重破坏时采取措施将追加维修费1 2 5 美元。 调查资料显示,英国英格兰岛中部环行快车道上1 l 座混凝土高架桥,当初建造耗 费2 8 0 0 万英镑,到1 9 8 9 因维修已耗资4 5 0 0 万英镑,是当初造价的1 6 倍,估计 之后1 5 年还要耗资1 2 亿英镑,累计接近当初造价的6 倍【3 】。美国标准局1 9 9 8 年 调查表明,美国全年各种腐蚀损失约为2 5 0 0 亿美元,其中混凝土桥梁修复费用为 1 5 5 0 亿美元,到2 0 世纪末,为更换或修复冬天除冰盐引起的破损公路混凝土桥面 板,估计要耗资4
23、0 0 0 亿美元,其中大部分是由钢筋锈蚀引起的【4 1 。日本目前每年 仅用于房屋结构维修的费用即达4 0 0 亿日元,大约有2 1 4 的钢筋混凝土结构损坏 是因钢筋锈蚀引起的,引以自豪的新干线使用不到l O 年,就出现了大面积混凝土 开裂、剥蚀现象、钢筋锈蚀外露【5 】。 我国混凝土结构耐久性问题也不容忽视。我国入口众多,过去为及时解决居 住需要和促进工业生产,建造过不少质量不高的民用房屋和工业厂房。结构设计 虽然采用可靠度理论计算,实质上仅能满足安全可靠指标的要求,而对耐久性要 求考虑不足,且由于忽视维修保养,现有建筑物老化现象相当严重。截至2 0 世纪 青岛理工大学工学硕士学位论又
24、末,有近2 3 4 亿E 1 2 建筑物进入老龄期,处于提前退役的局面。2 0 世纪5 0 年代不 少在混凝土中采用掺入氯化钙快速施工的建筑,损失更为严重。近几年房屋开发 中反映出的质量问题也很突出,不少新建好的商品房,未使用几年就需要修复, 给国家造成了极大浪费。沉重的代价使人们认识到,既要科学地设计出安全、适 用、又耐久的新建工程项目,还要充分地、合理地、安全地延续利用现有房屋资 源和工程设施。因此,加强混凝土结构耐久性研究,提高设计质量,延长结构使 用寿命,是摆在我们面前的一个很重要的现实课题和任务。 从混凝土结构耐久性破坏的机理来看,其破坏因素可分为化学作用( 混凝土 碳化、钢筋锈蚀、
25、碱一集料反应、化学腐蚀等) 、物理作用( 混凝土冻融破坏、冲 刷磨损等) 和生物作用。从我国的工程事例和科学研究来看,影响混凝土耐久性 的因素主要有【6 】:人为因素:结构设计过程中的设计不当和施工过程中的施工质 量管理不严;环境因素:A 温度差引起的温度应力;B 反复交替的冻融作用; C 在空气中的碳化作用;D 硫酸盐、氯盐、酸、碱等侵蚀性化学物质及其它原因 对混凝土的腐蚀:E 机械磨耗、水流冲刷及地基沉陷、干湿循环以及超负荷使用、 气蚀等造成的磨损等。 例如北京美术馆某建筑,由于钢筋锈蚀造成混凝士胀裂、保护层剥落,使得 钢筋外露( 见图1 1 ) 。北京西直门桥底面经过长期的冻融破坏,发生
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- 氯离子 侵蚀 混凝土 进行 表面 防水 处理 可行性研究
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