[發(fā)明專利]一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210532544.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN102992673A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆治國;周帥;朱合華;陳慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B22/12
• 分類號(hào): C04B22/12;C04B103/61
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混凝土工程領(lǐng)域，特別是涉及一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)。

背景技術(shù)

地下結(jié)構(gòu)（如城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)壽命為100年，其所處巖土賦存條件復(fù)雜，周邊環(huán)境敏感，列車運(yùn)行密度極高，使用條件苛刻，結(jié)構(gòu)自身在多因素長期作用下性能不斷劣化，一旦損壞不易或不可更換，并將會(huì)誘發(fā)地下工程災(zāi)害。鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主導(dǎo)因素，如王春福，王瑜玲，鋼筋混凝土氯離子腐蝕機(jī)理與防護(hù)措施[J]，商品混凝土，2010，3：56-58中所記載的，在眾多腐蝕因素中，氯鹽是引起大范圍鋼筋腐蝕破壞的最重要因素。

如金偉良，趙羽習(xí)，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的回顧與展望[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36（4）：371-403中所記載的，隧道結(jié)構(gòu)中氯離子侵入混凝土腐蝕鋼筋的機(jī)理主要是：

1）破壞鈍化膜：氯離子進(jìn)入混凝土到達(dá)鋼筋表面，吸附于局部鈍化膜處，可使該處的PH值迅速降低，使鋼筋表面PH值降低到4以下，破壞了鋼筋表面的鈍化膜。

2）形成腐蝕電池：由于腐蝕使局部鋼筋表面鈍化膜發(fā)生破壞，這些部位露出了鐵基體，與尚完好的鈍化膜區(qū)域形成了電位差，鐵基體作為陽極受到腐蝕，大面積鈍化膜作為陰極。由于陽極面積小，蝕坑的發(fā)展會(huì)十分迅速。

3）去極化作用：氯離子起到了搬運(yùn)陽極產(chǎn)物的作用，加速了陽極腐蝕過程。

4）導(dǎo)電作用：氯離子降低了陰陽極之間的電阻，提高了腐蝕電池的效率，加速了電化學(xué)腐蝕過程。

由于鋼筋最終銹蝕產(chǎn)物Fe₂O₃·3H₂O相對(duì)于鐵而言體積可以膨脹6.4倍左右，使得周圍的混凝土產(chǎn)生了較強(qiáng)的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)沿鋼筋方向開裂，混凝土開裂后氯離子更易到達(dá)鋼筋表面，導(dǎo)致鋼筋進(jìn)一步銹蝕，如附圖1。

控制氯離子在混凝土中的擴(kuò)散對(duì)于防止鋼筋銹蝕有著重要作用。擴(kuò)散、毛細(xì)作用和滲透是氯離子的3種主要遷移方式，如余紅發(fā)，孫偉.混凝土氯離子擴(kuò)散理論模型[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36：68-76中記載的。擴(kuò)散是由氯離子濃度梯度引起，毛細(xì)作用是指氯離子和水一起通過毛細(xì)孔向內(nèi)部遷移，滲透作用是在壓力作用下氯離子和水一起進(jìn)入混凝土內(nèi)部。混凝土在使用過程中一旦內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋和缺陷等結(jié)構(gòu)損傷劣化情況，必然加速氯離子的擴(kuò)散。Saito等和Lim等發(fā)現(xiàn)（Saito?M,Ishimori?H.Chloride?permeability?of?concrete?under?static?andrepeated?compressive?loading[J].Cem?and?Concretes,1995,25(4):803-808，Lim?CC,GowripalanN,Sirivivatnanon?V.Microcracking?and?chloride?permeability?of?concrete?under?uniaxialcompression[J].Cem?and?Concr?Comp,2000,22(5):353-360），當(dāng)受壓荷載超過臨界應(yīng)力時(shí)，混凝土的氯離子擴(kuò)散速度明顯加快15%-30%，反復(fù)抗壓疲勞荷載對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散性能的影響隨著應(yīng)力水平和疲勞循環(huán)次數(shù)的增加而提高；Gowripalan等發(fā)現(xiàn)混凝土在彎曲荷載作用下，受拉區(qū)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加7%-10%，受拉裂縫處增加19%-22%。由此可見裂縫對(duì)于混凝土中氯離子擴(kuò)散有著重要影響。

目前，混凝土抗氯鹽侵蝕鋼筋主要包括以下幾種方法：

1）提高混凝土自身的防護(hù)能力：在混凝土設(shè)計(jì)階段可以采用更加合理的配合比；摻加更加合適的礦物外加劑和化學(xué)外加劑；在施工階段嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。通過以上方法能提高混凝土的密實(shí)性，抵抗Cl^-侵蝕。

2）增加混凝土保護(hù)層厚度：在修補(bǔ)過的混凝土表面，再涂覆混凝土，減緩Cl^-侵蝕。

3）增加混凝土外涂層：在混凝土表面再涂覆耐蝕涂層，減緩Cl^-侵蝕。

4）采用特種鋼筋、在鋼筋表面涂層、采取陰極保護(hù)及使用鋼筋除銹劑：在鋼筋上采取各種手段以減小Cl^-對(duì)鋼筋的侵蝕。

總結(jié)起來，現(xiàn)有的抗氯鹽腐蝕方法用于隧道結(jié)構(gòu)時(shí)存在如下缺點(diǎn)及不足：

1）提高混凝土的設(shè)計(jì)等級(jí)、提高混凝土及其鋼筋自身的防護(hù)能力等雖可解決一些問題，但實(shí)踐證明仍無法有效長期控制氯鹽擴(kuò)散。

2）采用防腐涂層時(shí)施工難度大，且涂層易脫落。