有色冶金重工業(yè)廠房防腐現(xiàn)狀及防治探討

曹滿堂廈門建弘裝修工程有限公司（361000）

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有色冶金重工業(yè)廠房防腐現(xiàn)狀及防治探討

曹滿堂
廈門建弘裝修工程有限公司（361000）

摘要：結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，通過有色冶金重工業(yè)廠房腐蝕原理說明，選取典型實(shí)例調(diào)查現(xiàn)狀，分析說明為滿足冶金工業(yè)廠房耐久性問題應(yīng)采取的措施，為進(jìn)行混凝土廠房耐久性設(shè)計(jì)、施工和鑒定維護(hù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房；混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性；腐蝕

筆者曾就職的公司是集采礦、選礦、冶煉、化工為一體的特大型企業(yè)。公司工業(yè)建筑物和構(gòu)筑物主要是混凝土結(jié)構(gòu)。由于冶金、化工等環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)對混凝土和鋼筋有嚴(yán)重的腐蝕作用，從而使廠房耐久性受到非常嚴(yán)重的破壞，每年改造維修的費(fèi)用巨大。因此，研究具體情況下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞對耐久性設(shè)計(jì)、施工和維修加固具有現(xiàn)實(shí)的價(jià)值。這里通過腐蝕原理說明，選取典型實(shí)例調(diào)查現(xiàn)狀，分析說明為滿足冶金重工業(yè)廠房耐久性問題所必須采取的有效處理措施。

1　混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕原理與研究狀況

目前，關(guān)于腐蝕比較廣義確切的定義“腐蝕是某種物質(zhì)由于環(huán)境的作用引起的破壞和變質(zhì)”。由于材料長期暴露于各種環(huán)境。即便是施工質(zhì)量完好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物，如長期處于腐蝕環(huán)境下工作，也會(huì)出現(xiàn)耐久性能逐步降低。

鋼筋混凝土的腐蝕包括兩個(gè)方面：混凝土的老化失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞；混凝土的鋼筋的腐蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。

1.1混凝土的腐蝕

1）分解類腐蝕

水泥水化使得混凝土具有強(qiáng)堿性（pH值為12.6），其內(nèi)部的鋼筋處于鈍化狀態(tài)。但Ca（OH）2是不穩(wěn)定的，易被酸性物質(zhì)“中和”。另外它不斷溶于軟水中，在含氯離子的環(huán)境中，能加速混凝土的分解類腐蝕。

2）晶類腐蝕

物理結(jié)晶：可溶性鹽如硫酸鹽、鎳鹽、銅鹽等隨水或蒸汽深入到混凝土的宏觀、微觀的孔隙中，當(dāng)水分蒸發(fā)后，接近飽和時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶鹽的析出，結(jié)晶鹽產(chǎn)生很大的體積膨脹，使得混凝土疏松、粉化。特別在電解行業(yè)的密閉車間的干濕條件下，最容易發(fā)生此類結(jié)晶腐蝕。

化學(xué)結(jié)晶：主要是硫酸鹽的腐蝕，在電解車間和化工車間最為普遍。該類鹽與混凝土的水泥化產(chǎn)物起化學(xué)反應(yīng)，生成體積更大的新結(jié)晶物，產(chǎn)生膨脹。典型的反應(yīng)為：

酸化腐蝕：工業(yè)過程排放的SO2和進(jìn)一步氧化成的SO3可使混凝土中性化和酸化。

SO2、SO3中和掉混凝土中的Ca（OH）2，使其內(nèi)鋼筋喪失堿性保護(hù)而發(fā)生腐蝕，這是與碳化作用原理相同的。但最大的不同在于它們還要持續(xù)起破壞作用：一方面SO2、SO3溶于水（或形成酸雨）所包含的SO2-3、SO2-4，可直接促進(jìn)鋼筋的電化學(xué)腐蝕過程（類似Cl的作用），另一方面，所生成的硫酸鹽對混凝土進(jìn)一步發(fā)生膨脹侵蝕作用：

故二氧化硫（SO2）等酸性氣體對混凝土的危害，在一定條件下遠(yuǎn)大于碳化的作用。

1.2鋼筋在混凝土中的腐蝕破壞機(jī)理

混凝土中鋼筋的腐蝕主要是電化學(xué)過程，腐蝕的反應(yīng)如下：

陽極反應(yīng)：Fe→Fe2++2e-

外科護(hù)士VTE預(yù)防信念子問卷得分(41.49±6.12)分，基本同意及以上平均得分率為86.5%。各條目具體得分情況見表4。

陰極反應(yīng)：1/2O2+H2O+2e-→2OH-

總反應(yīng)：Fe+1/2O2+H2O→Fe2++2OH-→Fe（OH）2

Fe（OH）2+1/2H2O=1/4O2→Fe（OH）3（紅銹）

3Fe+8OH-→Fe3O4+8e-+4H2O

一般來說，混凝土對埋置在其中的鋼筋具有保護(hù)作用。但由于水泥的凝膠孔或砂石等骨料在水泥砂漿之間存在細(xì)小的裂縫，以及建造的缺陷等均導(dǎo)致外界侵蝕性物質(zhì)的滲入，通過混凝土抵達(dá)鋼筋的表面，引起鈍化膜的破壞。

2　混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的工程現(xiàn)狀調(diào)查

2．1公司冶煉廠鎳電解車間混凝土耐久性破壞

公司鎳電解車間廠房已使用十余年。由于生產(chǎn)過程中有酸性液體和氣體，廠房內(nèi)溫度、濕度都高，酸霧彌漫，在這種環(huán)境下，廠房屋蓋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)件受到了不同程度的腐蝕。屋面板、天窗架及排架柱上部等多有縱向銹蝕裂縫產(chǎn)生，部分屋面板縱橫肋混凝土保護(hù)層已局部或全部脫落，部分屋面板縱肋鋼筋及支撐系統(tǒng)等銹蝕嚴(yán)重，局部截面損失大；各構(gòu)件及其連接的安全可靠性均有不同程度降低。通過檢測鑒定：電解廠房屋蓋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性已不能滿足繼續(xù)使用的要求。

公司冶煉廠銅電解廠房為鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)。該廠房建成投產(chǎn)以來，由于使用環(huán)境惡劣，結(jié)構(gòu)長期受酸性煙氣、蒸汽等干、濕介質(zhì)腐蝕，各主要構(gòu)件及支撐圍護(hù)系統(tǒng)等均有不同程度損壞。因長期處于酸霧等介質(zhì)在干濕循環(huán)下的腐蝕，導(dǎo)致墻體、柱子混凝土粉化、開裂、剝落。頂蓬、橫梁和柱子等處可見綠色的鎳鹽結(jié)晶。地面陶磚有的已經(jīng)完全脫離，有的已經(jīng)破碎，如圖1，圖2。

圖1　地面的腐蝕破碎

圖2　電解槽表面的腐蝕

3　工業(yè)建筑混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)措施

提高混凝土構(gòu)筑物的抗腐蝕性和耐久性，一方面要選用優(yōu)質(zhì)材料，引入新型外加劑，確定水灰、灰砂等材料的適當(dāng)配比。加強(qiáng)施工監(jiān)督，提高施工水平，以改善混凝土本身的結(jié)構(gòu)。另一方面是將混凝土構(gòu)筑物與周圍腐蝕介質(zhì)隔離開來，以保護(hù)其不受侵蝕。

3.1改善混凝土本身的結(jié)構(gòu)

針對不同環(huán)境選用不同水泥，如在酸性環(huán)境中選用耐酸水泥；增加水泥用量，控制水泥中C3A的含量，控制灰砂比（水泥與砂的重量比）。

引入外加劑摻入引氣劑、膨脹劑、減水劑、防水劑、粉煤灰和礦渣等新型外加劑，可以顯著改善混凝土的抗?jié)B和耐久性。粉煤灰的火山灰活性反應(yīng)改善了混凝土水泥石的結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的抗?jié)B、耐蝕、抗碳化、抗溶析能力，有效抑制堿骨料反應(yīng)。

3.2鋼筋在氯鹽環(huán)境中的防腐技術(shù)與預(yù)防措施

如要減輕氯鹽的腐蝕，最重要的是有效地控制氯鹽的總量，使之限定在規(guī)定的范圍之內(nèi)。但凡能有效地阻止混凝土pH值下降，保證鋼筋界面上的鈍化膜不活化，維持界面雙電層的電位恒定，避免鋼筋表面去極化的發(fā)生，即能夠有效地控制腐蝕的發(fā)生。

混凝土裂縫使腐蝕介質(zhì)通過混凝土保護(hù)層，進(jìn)入到鋼筋表面。應(yīng)對混凝土保護(hù)層裂縫的寬度加以限制。對混凝土本身要減小氯鹽的擴(kuò)散速度，必須減小混凝土的滲透性，控制混凝土滲透性最有效的方法是控制其水膠比，一般限制在0.35～0.45。

3.3優(yōu)選原材料和阻銹劑

在選擇水泥時(shí)盡量選擇礦渣、火山灰、粉煤灰水泥。這些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能夠預(yù)防氯鹽對水泥石的溶解和溶出，并防止氯鹽與水泥石發(fā)生堿集料反應(yīng)，生成低強(qiáng)度、低膠結(jié)力的膨脹鹽，以及由此產(chǎn)生的混凝土松散、露骨和脫落。粗骨料應(yīng)盡量選擇高堿性的碳酸巖碎石，它一方面能與水泥有高強(qiáng)度的膠結(jié)力，另一方面能形成高堿性的環(huán)境，使鋼筋界面的鈍化膜長期處于鈍化狀態(tài)。細(xì)骨料要盡量采用河砂以防止海砂帶入氯鹽。優(yōu)選適合的鋼筋阻銹劑，建議使用NaNO2復(fù)合型阻銹劑，這種堿性阻銹劑在堿性環(huán)境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl-離子對鋼筋的腐蝕。

3.4采用三組分膠結(jié)材料及涂層

降低腐蝕介質(zhì)在混凝土中的滲透性，是防止Cl-進(jìn)入鋼筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中摻加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨細(xì)礦渣。水泥、微硅粉、粉煤灰稱為三組分膠結(jié)材料。三組分材料制成的混凝土，具有極低的滲透性并具有很高的抗Cl－滲透能力，同時(shí)具有低熱、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。微硅粉可以提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及總堿量，從而避免堿集料反應(yīng)發(fā)生。此外混凝土表面涂層是防止鋼筋銹蝕的第一道防線。混凝土表面的涂層能在一定時(shí)期內(nèi)有效防止腐蝕介質(zhì)浸入，但因其使用壽命的限制，而不能廣泛使用。目前與混凝土壽命匹配的水泥基聚合物涂層、砂漿層成為混凝土表面保護(hù)層的首選。

另外，還有混凝土外涂層（普通水泥砂漿層、聚合物改性水泥砂漿層、滲透型涂層、混凝土表面涂層）、環(huán)氧樹脂涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑等方法。

4　結(jié)語

各種保護(hù)技術(shù)措施各具特點(diǎn)，也都有其局限性。由于混凝土結(jié)構(gòu)的性能退化過程是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，既取決于結(jié)構(gòu)本身，也與結(jié)構(gòu)所處環(huán)境有非常密切的關(guān)系。因此，并不存在一個(gè)恒定不變的耐久性評估準(zhǔn)則，對不同類型的結(jié)構(gòu)、不同的使用環(huán)境等應(yīng)區(qū)別對待。更為合理的耐久性標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)單純從結(jié)構(gòu)的安全性與適用性的角度出發(fā)，還應(yīng)綜合考量結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、結(jié)構(gòu)耐久性破壞及功能喪失所造成的損失以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素。

參考文獻(xiàn)：

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