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海砂混凝土对建筑的一些危害

发布于:2013-04-27 16:18:27 来自:建筑结构/混凝土结构 [复制转发]
海砂对于钢筋混凝土结构的耐久性能,确实有着严重的影响,罪魁祸首就是海砂里的大量氯离子。海砂并不是不能使用,但一定要严格控制其氯离子的含量,只有氯离子含量满足要求的海砂才能使用。那为什么钢筋混凝土结构对氯离子如此敏感呢?

钢筋和混凝土是材料界著名的一对好基友。两者不仅在力学性能上珠联璧合,在耐久性能上也是天作地设。众所周知,钢筋在水和氧气的作用下容易生锈,而包裹在钢筋周围的混凝土恰恰起到了保护钢筋免遭锈蚀的作用。制作混凝土所用的水泥,其熟料的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。经过水化反应后,制成的混凝土的孔隙中充满了氢氧化钙的饱和溶液,其碱性相当强,实际pH值在13左右。如此强的碱性环境中,钢筋表面被氧化,形成了一层很薄但很致密的水化三氧化二铁的保护膜。这层保护膜被叫做钝化膜,它隔绝了钢筋与外界环境,使得钢筋无法接触到水和氧气,不容易再发生氧化锈蚀,起到了保护钢筋的作用。

所谓“没有拆不散的基友,只有不努力的小三”,砂石中掺杂的氯离子就是钢筋与混凝土这对基友的小三。因为氯离子的活性很强,如果其浓度大到一定程度,那么就可以渗透过这层钝化膜,与钢筋发生反应,形成易溶的氯化亚铁,也就是游离的亚铁离子和氯离子。三氧化二铁的钝化膜失去了依附的内层金属,也随之溶解,钝化膜被破坏。

一旦钝化膜被破坏,钢筋完全暴露,电化学腐蚀就开始了。铁与水和氧气发生电化学反应,生成氢氧化亚铁。如果氧气不太充足,氢氧化亚铁被最终氧化为四氧化三铁(黑锈)。如果氧气充足,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁,继而脱水成为疏松多孔的三氧化二铁(红锈)。

我们再看一下整个过程,最后氯离子去哪里了呢?还是游离的氯离子,没有变成其它化合物。总的来看,氯离子起到了类似催化剂的作用。因此,整个锈蚀过程一旦开始就不会停止,在氯离子的不断作用下,钢筋被持续锈蚀。其带来的负面作用是多方面的:


  • 其一,钢筋越来越细,力学性能持续下降,屈服强度和延伸率都显著下降;

  • 其二,钢筋生锈后体积膨胀,会把周围的混凝土胀开,产生裂缝,严重的甚至会导致表面的混凝土脱落;

  • 其三,带肋钢筋要依靠钢筋表面的月牙形肋与混凝土锚固在一起,就像螺丝钉上的螺纹一样,不容易脱落,一旦钢筋锈蚀,月牙形螺纹被腐蚀破坏,带肋钢筋变成了光滑圆柱形,锚固性能大幅降低。

鉴于这些严重后果,必须要严格控制混凝土中氯离子的含量。《混凝土结构设计规范》第3.5.3条规定了设计使用期限为50年的混凝土结构在不同环境类别下的允许最大氯离子含量,一类环境为0.30%,二a类为0.20%,二b和三a为0.15%,三b类为0.10%,预应力混凝土为0.06%。第3.5.5条规定了设计使用期限为100年的混凝土结构在一类环境下允许最大氯离子含量为0.06%。对耐久性有更高要求的结构,还需要根据其它相关规范来确定。

而海砂由于其来自海洋环境,含有大量的氯离子,必须要满足严格的含量要求。《普通混凝土用砂石质量标准及检验方法》第3.1.10条规定,“对于钢筋混凝土用砂,其氯离子含量不应大于0.06%(以干砂的质量百分率计)”。

除了海砂之外,氯离子还有很多其它来源途径


  • 其一是北方冬天常用的除冰盐。由于保护意识不强,管理不善,很多地区大量的使用含氯离子的除冰盐,导致很多公路混凝土结构腐蚀严重,有些甚至不得不拆除重建。

  • 其二是常年接触海洋环境的钢筋混凝土结构,比如港口码头、跨海大桥、防洪堤坝等等,不可避免的要接触到海洋中的大量氯离子。

  • 其三是某些化工厂的混凝土结构,其环境中也有大量的氯离子。

  • 其四是内陆某些严重盐碱地区,建筑物的基础也处在大量氯离子的环境中。

对于这些不得不接触氯离子的混凝土结构,有哪些有效的保护措施呢?


  • 其一是增大钢筋外侧混凝土的厚度,不让氯离子那么轻易的就能渗透到钢筋表面。

  • 其二是在混凝土中采用阻锈剂,即使氯离子将钝化层破坏,阻锈剂仍然能阻止钢筋的电化学锈蚀。早期常用的阻锈剂主要是亚硝酸盐或者铬酸盐,但其毒性很强,发生过多次工地食堂误用亚硝酸盐导致集体中毒的事故。现在出现了很多新型无毒害的阻锈剂,包括可以直接喷涂在混凝土表面的阻锈剂。

  • 其三是加强对钢筋的保护。比如采用环氧树脂涂层钢筋,钢筋表面的环氧树脂涂层代替了天然形成的钝化层,氯离子无法穿透环氧树脂涂层,钢筋带上了树脂套套,氯离子就无可奈何了。

  • 其四,可以采用不锈钢钢筋,氯离子你们放马过来吧,老衲已经练成了少林神功之金刚不坏体。


像新闻报道中提到的这些结构,如果真的是采用了含有大量氯离子的海砂,其混凝土耐久性能确实是有问题的。但也有补救措施,比如采用喷涂型阻锈剂,将阻锈剂喷涂在混凝土结构外表面,渗透扩散到钢筋表面,形成额外的保护膜,起到阻隔氯离子的作用,从而提高钢筋的抗锈蚀能力,改善既有结构的耐久性能。

补充:这几天又看了一些跟进的新闻报道,忍不住再说几句。

不知什么原因,好多媒体都有意或者无意的偏转了矛头。其实,与其说是“开发商违规使用海砂混凝土”,不如说是“搅拌站违规使用海砂”。现在的行业分工都很细化,所有的混凝土都是买的搅拌站的预拌混凝土。就像你开饭店,每天采购原材料,比如肉制品、奶制品什么的,你不可能开一个实验室每天检测这些原材料,你只能看供应商有没有执照、有没有合格证。混凝土也是如此,开发商买进搅拌站的混凝土,如果搅拌站的执照、合格证等等都是齐全的,开发商和施工单位也没有必要再去测氯离子含量了。

这些报道里没有足够的证据表明,开发商是在明知是海砂混凝土的前提下,依然为了贪便宜,选择买这种混凝土。按报道的说法,几乎所有的搅拌站都在用海砂拌混凝土,事实上,可能开发商和施工单位别无选择,买不到别的混凝土。而且跟别的地区的合格混凝土比,这些海砂混凝土不见得便宜。

在总的工程投资中,土建成本不是大头,大约只占30%,而与钢筋相比,混凝土的造价更低。明智的开发商和施工单位不会在这上面动省钱的脑筋,本来也省不几个钱,还要冒那么大的风险,何必呢。报道里还提到了平安金融大厦这种地标性的、基本“不差钱”的项目,不太可能为了省钱去买海砂混凝土。

有的朋友说了,那为什么不自己买水泥、买合格的砂子,自己拌混凝土呢?因为现场制作混凝土,噪音和粉尘污染都很厉害,而且质量不容易保证,在大多数城市早就被禁止了。

还有的朋友说了,如果当地都是海砂混凝土,那为什么不去外地买合格混凝土,然后再运过来呢?因为预拌混凝土都是搅拌车运的,必须在初凝时间(一般4~6小时)之前从搅拌站运到工地,并且完成浇筑。从外地运混凝土,时间上无法保证,所以不现实。你什么时候见过高速路上有搅拌车在跑长途?

总的来说,开发商和施工单位流动性都很大,很多不是当地的,但搅拌站基本是地头蛇,根深蒂固,这事具体怎么发展,还很难说。关注工程质量固然是对的,但我觉得还是应该分清责任主体,搞清楚黑心钱到底让谁给赚走了,不要一上来就拔高到道德性的批判上。

全部回复(4 )

只看楼主 我来说两句
  • sophiaminmin
    sophiaminmin 沙发

    谢谢楼主介绍
    2017-08-01 10:52:01

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    赞同0
  • a1556475661
    a1556475661 板凳
    谢谢楼主!终于知道原因了!
    2013-04-28 00:11:28

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    赞同0
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这个家伙什么也没有留下。。。

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