基于钢筋混凝土腐蚀的研究

    从20 世纪80 年代后期至今，经过十几年的建设，我国建筑设施发生了巨大的变化，每年都会新增很多新的建筑物。在这些工程中，钢筋混凝土构筑物的量不断增加，就目前所修的建筑而言，绝大部分为钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构。
根据目前对中原地区范围内建筑物的初步观察发现，混凝土构筑物在耐久性方面存在着不同程度的问题，严重影响混凝土结构正常的使用寿命，如不予以重视，将会对国家和人民的财产和安全带来严重的后果。混凝土腐蚀劣化过程一般经过两个阶段。初始阶段和扩展阶段，在初始阶段没有显著的材料弱化或结构功能退化现象出现，但某些保护层被侵蚀介质破坏。而在扩展阶段，将出现主动性的损伤并加速发展，如钢筋腐蚀。到目前为止，如何减缓和防止混凝土房屋的腐蚀，以提高混凝土建筑物耐久性能，延长其使用寿命还没有一套有效的方法。怎样延缓基础设施的腐蚀，提高结构安全耐久性，已引起人们的重视。
1· 事故经过
1.1 事故过程郑州市某旅馆的某区为一6 层两跨连续梁的现浇钢筋混凝土内框架结构，上铺预应力空心楼板，房屋四周的底层和二层为490mm 厚承重砖墙，二层以上为370mm 厚承重砖墙。全楼底层5.0m 高，用作餐馆，底层以上层高3.60m，用作客房。底层中间柱截面为圆形，直径550mm，配置9 根直径为22 的二级钢筋纵向受力钢筋，￠6@200 箍筋。柱基础的底面积为3.50m×3.50m 的单柱钢筋混凝土阶梯形基础；四周承重墙为砖砌大放脚条形基础，底部宽度1.60m，二者均以地基承载力fk=180Kn/m2，并考虑基础宽、深度修正后的地基承载力设计值算得。该房屋的一层钢筋混凝土工程在冬季进行施工，为混凝土防冻而在浇筑混凝土时掺入了水泥用量3%的氯盐。该工程建成使用两年后，某日，突然在底层餐厅A 柱柱顶附近处，掉下一块约40mm 直径的混凝土碎块。为防止房屋倒塌，餐厅和旅馆不得不暂时停止营业，检查事故原因。
1.2 事故原因在该建筑物的结构设计中，对两跨连续梁施加于柱的荷载，均是按每跨50%的全部恒活荷载传递给柱估算的，与理论上准确的两跨连续梁传递给柱的荷载相比，少算25%的荷重。柱基础和承重墙基础虽均按fk=180Kn/m2 设计，但经复核，两侧承重墙下条形基础的计算沉降估计45mm 左右，显然大于钢筋混凝土柱下基础的计算沉降量（估计在34mm 左右）。虽然，他们间的沉降差为11mm<0.002l=0.002×7000=14mm，是允许的；但是，由于支承连续梁的承重墙相对“软”。而支承连续梁的柱相对“硬”，致使楼盖荷载往柱的方向调整，使得中间柱实际承受的荷载比设计值大而两侧承重墙实际承受的荷载比设计值要小。前面两项累计，柱实际承受的荷载将比设计值要大得多。
柱虽按￠550 圆形截面钢筋混凝土受压构件设计，配置9 根直径为22 的二级钢筋纵向钢筋，AS=3421mm2，含钢率1.44%，从截面承载力看是足够的，但箍筋配置不合理，表现为箍筋截面过细、间距太大、未设置附加箍筋，也未按螺旋箍筋考虑，致使箍筋难以约束纵向受压力后的侧向压屈。
底层混凝土工程是在冬季施工的，混凝土在浇筑时掺加了氯盐防冻剂，对混凝土有盐污染作用，对混凝土中的钢筋腐蚀起催化作用。实际上，从底层柱破坏处的钢筋实况分析，纵向钢筋和箍筋均已生锈，箍筋直径原为￠6，锈后实为￠5.2 左右，截面损失率约为25%。如此细又如此稀的箍筋难以承受柱端截面上9 根直径为22 的二级钢筋纵筋侧向压屈所产生的横拉力，起结果必然是箍筋在其最薄弱处断裂，此断裂后的混凝土保护层剥落，混凝土碎块下掉。
2· 预防混凝土结构腐蚀的措施
2.1 原材料的选择
2.1.1 粗细骨料发生碱集料反应的必要条件是碱、活性集料和水。粗、细骨料的耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。骨料与水泥石接触的界面状态对混凝土的耐蚀性有一定影响。混凝土中所采用粗细骨料，应保证致密，同时控制材料的吸水率以及其它杂质的含量，确保材质状况。
2.1.2 水泥水泥是一种胶结材料。水泥的强度和工程性能，是通过水泥砂浆的凝结、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蚀，水泥砂浆和混凝土的性能将不复存在。由于各种水泥的矿物质组份不同，因而它们对各种腐蚀性介质的耐蚀性就有差异。在施工过程中，正确选用水泥品种，对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义。
2.1.3 外加剂在建筑防腐工程中，外加剂的使用主要是为了提高混凝土密实性或对钢筋的阻锈能力，从而提高混凝土结构的耐久性。实践证明，采用加入外加剂的方法，可以在一定范围内达到提高混凝土结构的耐腐蚀能力，是一种经济而有效的技术措施。但由于外加剂的化学组成，来自外加剂中的氯盐可能使混凝土结构中的钢筋脱钝，给结构物带来隐患。在进行外加剂选择时需对其中氯盐的含量进行检测，并做相关实验。
2.1.4 拌合及养护用水混凝土拌合及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小会影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。
2.2 防腐混凝土的配合比设计为提高混凝土的密实性能力，混凝土的强度等级宜大于或等于C25。受氯离子腐蚀或其它大气腐蚀时，钢筋混凝土构件中可掺入钢筋阻绣剂。对于预应力混凝土结构，其混凝土强度等级不小于C35，后张法预应力混凝土构件应整体制作，不得采用拼装的构件。混凝土配合比的设计，应按以下两种情况进行：一是按设计要求的强度进行配合比设计；二是按密实度的要求进行配合比设计，但强度等级往往大于前者。腐蚀环境中的混凝土配合比设计，必须取用上述两种情况中强度等级的较高者。
2.3 设计不同的保护层厚度为保证钢筋位置的正确，混凝土保护层应满足设计要求。钢筋的垫块，应采用细石混凝土或水泥砂浆制作，有条件时最好采用定型的塑料垫块，不得采用石子作垫块，严禁使用短钢筋作为垫块。扩建工程中，特别是有大气腐蚀的条件下，构件的钢筋绑扎后应立即浇灌混凝土，避免产生锈蚀。钢筋不宜在露天存放，应放在密闭的仓库中，这一点对预应力钢筋和钢丝尤为重要。
2.4 控制表面裂缝，确保施工质量加强混凝土的施工质量管理。混凝土必须充分捣固，对混凝土振捣后的表面工序也需要认真对待，压实表面对混凝土的抗腐蚀将起到相当重要的作用。