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混凝土應(yīng)力腐蝕與涂層防護技術(shù)

文檔作者：王恩亭文檔來源：日照市公路管理局		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年01月23日
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2009年6月
June 2009
21世紀(jì)建筑材料
2 l CENTURY BUILDING MATERIALS
第1卷第3期
V01．1 No．3
混凝土應(yīng)力腐蝕與涂層防護技術(shù)
王恩亭
(日照市公路管理局，山東日照276500)
摘要：對應(yīng)力腐蝕后混凝土的力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)進行了分析，介紹了混凝土應(yīng)力腐蝕的涂層防護技
術(shù)，重點介紹了新型涂層防護技術(shù)一噴涂聚脲彈性體技術(shù)。
關(guān)鍵詞：應(yīng)力腐蝕；混凝土防護；噴涂聚脲彈性體
中圖分類號：TU528．1 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：lo03—1324(2009)一03—0043—04
0引言
實際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)受到酸、堿、鹽等
腐蝕的現(xiàn)象較為普遍。有關(guān) 昆凝土腐蝕方面的研究
較多，但大多數(shù)研究未考慮應(yīng)力腐蝕作用。實際的
混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中，除受到腐蝕環(huán)境的影響
外，還受到荷載、溫度及濕度等因素的影響。上述
因素的綜合作用導(dǎo)致混凝土腐蝕的發(fā)生，因此，目
前以無荷載狀態(tài)為基礎(chǔ)而進行的混凝土腐蝕的研究
有一定的局限性。為了使研究成果更接近工程實
踐，更好的增強 昆凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，開
展混凝土應(yīng)力腐蝕及防護的研究十分必要。但從目
前隋況看，對混凝土應(yīng)力腐蝕的研究，尤其是疲勞
荷載應(yīng)力腐蝕研究，以及腐蝕防護的研究較少u】。
所以，有必要對混凝土應(yīng)力腐蝕及防護進行深入、
全面的研究和探討。
1混凝土應(yīng)力腐蝕的研究內(nèi)容及方法
國內(nèi)外對 昆凝土應(yīng)力腐蝕的研究，大多是通
過對比應(yīng)力混凝土和非應(yīng)力混凝土在腐蝕介質(zhì)中的
性能和微觀結(jié)構(gòu)的變化情況來進行的。
1．1試件形狀及試驗裝置
在進行混凝土靜荷載應(yīng)力腐蝕試驗研究時，
常采用棱柱體或立方體試件。國內(nèi)主要采用雙杠桿
的三點加荷的試驗裝置；國外采用四點杠桿式加荷
的試驗裝置【2】。目前國外已進行混凝土疲勞荷載應(yīng)
收稿日期：2009-04-30
力腐蝕試驗，試驗裝置常采用四點疲勞加載裝置，
見圖l 。
橫斷面不意圖 縱斷面不慈I璽I
圖1疲勞試驗加載裝置圖
1．2混凝土靜荷載應(yīng)力腐蝕的力學(xué)性能
應(yīng)力狀態(tài)下混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕不同于無應(yīng)力
狀態(tài)下的介質(zhì)腐蝕。在受腐蝕的混凝土試件上施加
一定的荷載，將會在腐蝕最嚴(yán)重的部位引起應(yīng)力集
中，導(dǎo)致混凝土破壞加快；同時荷載引起的微裂縫
以及腐蝕介質(zhì)作用而增加的孔隙率不能被水化和反
應(yīng)產(chǎn)物全部填充，也會使混凝土腐蝕加速。這種力
學(xué)和化學(xué)作用的疊加，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破
壞。在測定混凝土應(yīng)力腐蝕的力學(xué)性能時常用的技
術(shù)指標(biāo)是抗壓強度、彎拉強度、彎拉變形等u 。
1．2．1應(yīng)力腐蝕對混凝土抗壓強度的影響
有人曾做過混凝土遭受應(yīng)力腐蝕后抗壓強度
的變化情況試驗，見圖2 。
從圖2可看出，對于浸泡在5％硫酸銨溶液中的
混凝土，它的抗壓強度隨著齡期的增長逐漸降低，
到浸泡150d齡期時，混凝土強度降低了30％左右；
對于浸泡在5％的硫酸銨溶液中，同時承受5O％彎曲
應(yīng)力的混凝土，它的抗壓強度急劇降低，到浸泡
150d齡期時，混凝土強度降低了60％～80％左右。
2 l世紀(jì)建筑材料 2009年
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口
一20 0 20 40 t50 80 100 120 140 1150 100
浸泡齡期／d
圖2 混凝土抗壓強度與齡期關(guān)系
與不受荷載只浸泡在硫酸銨溶液中的試件相比，應(yīng)
力會加快試件的破壞速度，即荷載對混凝土腐蝕有
促進作用。這說明了同時承受荷載和腐蝕介質(zhì)的作
用時，混凝土的應(yīng)力腐蝕比單純的化學(xué)腐蝕的速度
要大的多。
1．2．2 應(yīng)力腐蝕對混凝土彎拉強度和彎拉應(yīng)變的
影響
為減少試驗誤差，在評定應(yīng)力腐蝕對混凝土
彎拉強度和彎拉應(yīng)變的影響時，常采用各批試件中
的相對變化來評定應(yīng)力腐蝕效應(yīng)，即彎拉強度相對
變化率口 (％)和極限彎拉應(yīng)變相對變化率 (o／0)。
其定義 分別為如下。
， = 一
． 。) ，。， (1)
= ( 一 b,28)，(2)
式中厶， 分別為應(yīng)力腐蝕試件的彎拉強度
和極限彎拉應(yīng)變；
厶．。為與應(yīng)力腐蝕試驗同齡期、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試
件的彎拉強度；
． 為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d試件的極限彎拉應(yīng)變。
通常經(jīng)過應(yīng)力腐蝕的混凝土彎拉強度和極限
彎拉應(yīng)變都有明顯降低，而且隨腐蝕時間及荷載的
增加而加劇。應(yīng)力腐蝕混凝土的彎拉強度和極限
彎拉應(yīng)變降低主要是因為混凝土在應(yīng)力腐蝕過程中
引起的裂縫等結(jié)構(gòu)損傷在重新受荷時進一步惡化所
致。當(dāng)混凝土遭受硫酸鹽類腐蝕時，它的彎拉強度
卻有一定提高。這是因為混凝土受硫酸鹽溶液作用
新生成的產(chǎn)物在混凝土的孔隙和裂縫中逐漸聚集和
結(jié)晶，使}昆凝土在初始階段結(jié)構(gòu)密實度有所提高所
致。但由于遭受硫酸鹽侵蝕的應(yīng)力腐蝕}昆凝土存在
內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷和外加應(yīng)力的負(fù)面效應(yīng)，混凝土在
高濃度的硫酸鹽溶液中的應(yīng)力腐蝕更嚴(yán)重。當(dāng)混凝
土在高濃度的硫酸鹽溶液中遭受應(yīng)力腐蝕時，對抗
彎強度的影響大于對抗壓強度的影響。因此在有應(yīng)
力腐蝕環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)，其安全和控制指標(biāo)宜
補充抗彎或抗拉強度指標(biāo)。
1．3混凝土靜荷載應(yīng)力腐蝕的微觀結(jié)構(gòu)
混凝土遭受應(yīng)力腐蝕后，微觀結(jié)構(gòu)受到較大
的影響。常用的技術(shù)指標(biāo)是孔隙率、微孔分布、氯
離子滲透量等。
(1)測定孔隙率的試樣應(yīng)分別從受腐蝕和受
應(yīng)力腐蝕試件中段的下半部(受拉面)鉆取。尺寸
一般為由50ram×40ram，用溶劑法測定，常用的
溶劑為甲醇。在相同的腐蝕介質(zhì)中，~'t,JJIl應(yīng)力使混
凝土出現(xiàn)內(nèi)部損傷，從而使孔隙率增加。這說明應(yīng)
力因素強化了腐蝕作用。彎拉強度隨孔隙率的增加
而減小。
(2)混凝土內(nèi)部的微孔級配常采用小角度X
衍射法測定。試樣可分別取自受腐蝕和受應(yīng)力腐蝕
的受拉區(qū)?；炷猎馐軕?yīng)力腐蝕后，改變了內(nèi)部微
孔結(jié)構(gòu)。無害孔級減少，有害孔級顯著增加。這種
變化與宏觀的力學(xué)性能的降低是一致的。但混凝土
遭受硫酸鹽應(yīng)力腐蝕后，微孔孔徑比它在酸陛溶液
中的應(yīng)力腐蝕要小，這也說明了硫酸鹽有使應(yīng)力腐
蝕混凝土結(jié)構(gòu)致密的一面。
(3)氯離子滲透試驗的試件一般采用與溶劑
法測孔隙率相同的圓柱體。混凝土抗氯離子的滲透
能力表征著混凝土的密實度。在應(yīng)力腐蝕條件下氯
離子在混凝土中滲透量比無應(yīng)力腐蝕時大，特別是
在酸陛介質(zhì)中，氯離子滲透量顯著增加。這說明了
在酸陡介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕混凝土密實度降低，因而
彎拉強度降低。從變化的幅度看，應(yīng)力腐蝕對混凝
土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響比對宏觀力學(xué)性能的影響更
明顯。
1．4混凝土疲勞荷載應(yīng)力腐蝕的力學(xué)性能
國外在混凝土疲勞荷載應(yīng)力腐蝕已取得了以
下研究結(jié)論_6 J，國內(nèi)關(guān)于這方面的研究尚未見報
道。
(1)在一定條件下，承受疲勞荷載應(yīng)力腐蝕的
試件與不承受應(yīng)力的試件相比，前者的抗彎強度要
第1卷第3期 王恩亭：混凝土應(yīng)力腐蝕與涂層防護技術(shù) 45
顯著降低。降低的程度取決于疲勞荷載加載方式、
介質(zhì)濃度，介質(zhì)類型以及 昆凝土配合比。
(2)試件在疲勞荷載應(yīng)力腐蝕作用下的抗彎強
度比在靜荷載應(yīng)力腐蝕作用下降低的更快。
(3)腐蝕介質(zhì)越強烈，疲勞荷載應(yīng)力腐蝕效果
越突出。
2涂層防護技術(shù)
通過以上對混凝土應(yīng)力腐蝕的力學(xué)性能及
微觀結(jié)構(gòu)的分析可知，要提高 昆凝土抵抗應(yīng)力腐
蝕的能力，應(yīng)從兩方面人手。一方面要選擇優(yōu)質(zhì)
的材料確定適當(dāng)?shù)呐浔?如摻人一些高分子材料
等)，以改善混凝土本身的密實性；另一方面要
將混凝土同周圍介質(zhì)隔離開以保證混凝土不受侵
蝕，即在混凝土表層進行涂層防護。由于從目前
的發(fā)展趨勢來看，涂層防護是抑制混凝土應(yīng)力腐
蝕的重要措施 ，下面主要介紹涂層防護技術(shù)。
2．1常規(guī)防護技術(shù)
在混凝土表面涂敷耐腐、抗?jié)B、無毒、耐久
的防腐材料是防腐技術(shù)中最有效、最經(jīng)濟、應(yīng)用最
普遍的技術(shù)。防腐材料的種類很多，具體采用時要
根據(jù)所處的環(huán)境特點和防腐蝕要求，選用相應(yīng)的品
種。為了提高防腐效果并方便工程應(yīng)用，一般選用
有機高分子涂層材料。從涂料的性質(zhì)、功能及物理
性質(zhì)看主要有鱗片涂料和粉末涂料等。常用的品種
有：水溶性環(huán)氧、純丙烯酸、改性丙烯酸、氯丁
膠、硅橡膠乳液等。試驗結(jié)果見表1 。
由表1可看出，在不同涂層材料中，以純丙烯
酸和氯丁膠兩種材料的防腐效果較好。實驗表明，
當(dāng)未經(jīng)防護的混凝土已處于侵蝕崩毀的階段時，有
涂層保護的混凝土的不僅未受到侵蝕，其強度還在
增加。
2．2新型防護技術(shù)一噴涂聚脲彈性體技術(shù)
隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，一些更加有效的
涂層防護技術(shù)相繼問世。噴涂聚脲彈性體(SPUA)
技術(shù)是國外近年來研制開發(fā)的一種新型環(huán)境友好型
材料技術(shù)。該技術(shù)在我國研發(fā)成功后，以其優(yōu)異的
防腐性能和先進的施工技術(shù)，取得了非常好的防護
效果，引起了國內(nèi)防腐界的極大關(guān)注。
表1涂層防腐試驗結(jié)果(抗侵蝕系數(shù) ％)
P．o42．5 l 7．5 l8．8 42．5 46．1
水溶性環(huán)氧48．6 59．6 74．5 78．8
改性丙烯酸57．3 33．2 58．6 68．8
硅橡膠乳液58．2 98．9 40．1 33．8
氯丁膠83．9 98．9 139．2 134．8
純丙烯酸 120．5 l0．30 127．0 124．7
SPUA材料的化學(xué)穩(wěn)定性好，能抵抗一般酸、
堿、鹽及鹽霧等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。而且，該材料致
密、連續(xù)、無針孔、無接縫，有效地阻止了腐蝕介
質(zhì)的侵入?？稍诨谋砻嫘纬筛呋瘜W(xué)穩(wěn)定性的防腐
保護涂層，是一種高性能的防腐蝕材料。SPUA耐
介質(zhì)性能見表2 J。
表2 SPUA材料的耐介質(zhì)性能
介質(zhì)名稱 浸泡結(jié)果
醋酸10％
鹽酸10％
硫酸20％
磷酸10％
氫氧化鈉20％
氫氧化鈉500％
氨水20％
飽和鹽水
良好
良好
良好
良好
良好
良好，輕微變色
良好
良好
優(yōu)異的材料性能是SPUA技術(shù)在防腐領(lǐng)域成功
應(yīng)用的軟件基礎(chǔ)，而專業(yè)化設(shè)備則是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化
應(yīng)用的硬件基礎(chǔ)。該設(shè)備系統(tǒng)由平穩(wěn)的物料輸送系
統(tǒng)、精確的物料計量系統(tǒng)、均勻的物料混合系統(tǒng)、
良好的物料霧化系統(tǒng)和方便的物料清洗系等四大系
統(tǒng)組成，保證在極短的化學(xué)反應(yīng)時間內(nèi)，順利完成
所有的施工操作，快速固化，高效施工。
噴涂聚脲彈性體技術(shù)已在北京、廣州、上
海、大連和青島的化工儲罐、建筑防水、海洋工程
的鋼結(jié)構(gòu)防腐等眾多工程成功應(yīng)用，在應(yīng)力腐蝕防
護領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
3結(jié)論
(1) 昆凝土應(yīng)力腐蝕的研究遠遠不能滿足工程
應(yīng)用的要求。
(2)靜荷載作用下的應(yīng)力腐蝕對混凝土內(nèi)部微
2 1世紀(jì)建筑材料 2009年
觀結(jié)構(gòu)的影響比對宏觀力學(xué)性能的影響更大。
(3)混凝土在疲勞荷載作用下的應(yīng)力腐蝕不同
于靜荷載作用下的應(yīng)力腐蝕。其腐蝕的機理更復(fù)
雜。
(4)純丙烯酸和氯丁膠對應(yīng)力腐蝕有一定的防
護效果。噴涂聚脲彈性體(SPUA)技術(shù)，為抑制混
凝土應(yīng)力腐蝕提供了一種新型技術(shù)。
(5)混凝土應(yīng)力腐蝕機理復(fù)雜，需要進行長
期、系統(tǒng)、全面的研究，以滿足工程應(yīng)用的要求。
參考文獻
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Research，1999，29(9)：1519-1523．
京：中國輕工業(yè)出版社，2002：163-169．
作者簡介，略
“信遠牌’’熱鍍鋅管在十一屆全運會工程中的應(yīng)用
O．濟南奧體中心等工程中“信遠牌”熱鍍鋅管施工概況
十一屆全運會奧體中心體育館、游泳館、網(wǎng)球館、附屬場
館、地下車庫、中心平臺工程消防、中央空調(diào)、供水用管均采
用“信遠牌” 熱鍍鋅管，用管長度共計2O萬m，1 041t，工程面積
4萬多m ，用于消防、中央空調(diào)、供水及外管網(wǎng)，工程面積達26
萬m ，所有熱鍍鋅管全部合格，沒有出現(xiàn)一例溝槽壓裂等現(xiàn)象，
水壓試驗一次性成功，全部合格。
1．熱鍍鋅管介紹
1．1“熱鍍鋅管” 又稱“熱浸鋅鋼管” ，廣泛用于建筑、機械
和化工行業(yè)。按其用途可劃分為消防用管、水管、電器管
道礬管、結(jié)構(gòu)管等。熱鍍鋅管的主要成分是鋅、鐵。鋼管熱
鍍鋅是目前最成熟的防銹方法之一，熱鍍鋅管的原始材料有
Q285A，Q255B、Q1 95A、Q21 5A等，重要的工程也可用無縫鋼
管熱鍍鋅，材質(zhì)有2o#、40#鋼等。鍍鋅管的鋅層用鋅一般
有。號鋅和1號鋅，鍍鋅管先后執(zhí)行國標(biāo)GB／TS091-92、GB／
1"5091—2001、 GB／T3091-2008，國家標(biāo)準(zhǔn)先后對鍍鋅管的壁
厚、鋅層厚度做了越來越嚴(yán)格的規(guī)定。
1．2熱鍍鋅管的各項性能指標(biāo)
1．3“信遠牌”熱鍍鋅鋼管的特性
1．3 1耐腐蝕性：“信遠牌” 熱鍍鋅管是在焊管多道工序酸洗
后，烘干，外表高溫鍍鋅形成穩(wěn)定的鋅鐵合金層，外表面鍍有0號
純鋅，表面質(zhì)量、化學(xué)成分穩(wěn)定，鋅層厚、純度高、可5O～5O年
不生銹、耐酸、耐火、耐堿、耐水霧、耐氧化，且具有較高的
強度和韌性。
1 3．2力學(xué)性能好：“信遠牌”熱鍍鋅管由鋅、鐵組成，金屬材
料的抗震性、拉伸系數(shù)、沖擊功、承重承壓等各方面力學(xué)指標(biāo)
都優(yōu)于其他非金屬材料管材。
1 3．3綠色環(huán)保：“信遠牌” 熱鍍鋅管表面的鋅層使用的是0號
純鋅，鋅對人體無害無毒，是人體內(nèi)必須得微量元素，鋅還屬于
惰性金屬材料，不易于其它化學(xué)物品發(fā)生反應(yīng)，在世界范圍內(nèi)
供水系管材中唯獨熱鍍鋅管無需飲用水許可證。
1．3．4防火安全：“信遠牌” 熱鍍鋅管是金屬材料，具有不燃性
和阻燃性，防火性能級別很高。
1 3．5保養(yǎng)、清洗衛(wèi)生簡單：熱鍍鋅鋼管表面光潔、無縫、不
氧化、耐腐蝕、不變色， 日常無特殊護理，只需用干布擦拭。
1．3．6便于運輸：“信遠牌” 熱鍍鋅管是直線型定尺長度管材，
便于裝卸，因比重較大，一輛車一次便可運輸40～80t。
1．3．6便于施工：“信遠牌” 熱鍍鋅管在施工過程中X-'l~雨淋，
便于搬運，鏈接簡便(只需絲扣或溝槽或法蘭連接即成)。
2“信遠牌”熱鍍鋅管的制造及施工工藝流程
2．1熱鍍鋅管的制作工藝流程
堿洗(除去待鍍件表面的油污)一水洗(去除殘堿溶液)一酸洗(去除
待鍍件表面紅銹，黑皮不得欠洗、過洗)一水洗(清除表面殘液及鐵
鹽)一浸溶劑(增強鐵鋅反應(yīng)，形成鋅鐵合金層)一烘干(使鍍鋅件
表面干燥不帶水、不焦糊、不放炮)一浸鋅(鋅液溫度445～450‘c，
不得有鋅灰、鋅渣、鋅瘤等形成)一冷卻(水溫6o～80℃，水質(zhì)清潔
無雜質(zhì)、PH中性)一鈍化一檢驗一打包一入庫。
2．2“信遠牌”熱鍍鋅管施工工藝流程
鋼管驗收一車絲或壓溝槽一連接緊固一水壓試驗一檢查驗收一
做保溫層一驗收

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