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混凝土的腐蚀因素及如何防腐

分析了混凝土的腐蚀因素,先容了溶剂型混凝土防腐涂料所具备的一般特性、涂料种类和主要性能,并简要说明了混凝土涂装和修补的一些原则及注意事项。

混凝土是由水泥、砂石、水和外加剂等组成的一种无机材料。基于此,它不受阳光、气候、潮湿、干燥或其他条件的影响,在凝结前具有良好的可塑性(可浇注成各种形状和尺寸的构件和结构),坚硬耐磨,因此在建筑工程和土木工程中应用广泛,是目前世界上应用量大,使用广的结构材料。广泛用于地板、地下管道、建筑物内外墙、混凝土储槽内外壁、核电污染反应器、污水管道内壁、废水回收装置等,这些结构需施涂涂料保护以适应环境的变化,如食品生产、食品化学、脂肪、油、污水、腐蚀性土壤、化工厂废物、烟尘、化学辐射、盐水(特别是海洋附近的混凝土构筑物)及真菌、细菌的生长等。

一、混凝土的腐蚀因素

所谓腐蚀是指材料在周围环境介质作用下遭到破坏或质量下降的现象或过程,既可以指明显的破坏,也可以指不明显的劣化现象。混凝土的腐蚀是一个非常复杂的不均相反应过程,其机理主要是化学反应,即混凝土和周围环境介质发生化学作用而产生的腐蚀(在和酸特别是无机酸接触时表现为强烈的反应,大多数时候表现为缓慢的劣化),但处于混凝土中的钢筋腐蚀则以电化学为主。混凝土的腐蚀因素主要有以下几个方面。

1、大气中的二氧化碳

空气中的CO2可导致混凝土炭化。混凝土中水泥水化所生成的Ca(OH)2与潮湿空气中的CO2反应生成CaCO3结晶,炭化会使混凝土的pH值降低,导致其中性化,破坏钢筋表面的钝化膜,使钢筋失去防锈性。混凝土劣化的初始阶段没有显著的材料弱化和结构的功能退化现象,但某些保护层有可能被侵蚀介质破坏。其后将出现主动性的损伤和加速发展的趋势。混凝土的炭化分两步:其一是扩散到混凝土的内部孔隙,其二是与混凝土中的物质发生反应。

2、冻融循环

由于混凝土固有的含水和湿气渗透性,在环境温度降到冰点以下时,其中的水分结成冰即由液相转化为固相,体积膨胀约10%。体积增大会在混凝土中产生膨胀压力,由于混凝土自身相对较低的抗张强度,内压将导致其出现裂纹、散裂。当冰融化时,膨胀压释放,混凝土内部就会相对疏松,如此反复作用,裂纹会不断向周围扩展,混凝土强度不断遭到破坏。

3、盐溶液的渗透

混凝土的多孔结构不仅可以吸附湿气,也可以吸附各种气体和化学品,各种盐溶液也能向多孔结构的混凝土中渗透。当混凝土干燥时,这些盐分在其内部形成结晶,此时混凝土内产生膨胀应力,导致其散裂;当混凝土回到潮湿环境中时,结晶盐又会溶解、渗透,混凝土中的盐分随环境的变化结晶、溶解反复循环。有些盐分会对其中的钢筋造成腐蚀,有些盐分(如硫酸盐)会和水泥中的水化产物进一步反应生成钙矾石结晶,在混凝土内部产生结晶应力,情况严重时可导致混凝土开裂甚至崩溃。因此盐溶液的渗透对混凝土而言是致命的。

4、两个特别的环境

对于工业环境和海洋环境来说,混凝土不仅要遭受以上腐蚀因素的侵害,还要受到工业环境和海洋环境特殊的腐蚀因素的制约,所以有必要重点说说在这两个环境下的混凝土的腐蚀问题。

(1)工业环境

工业环境指的是工业过程造成的腐蚀性环境,通常这些腐蚀物有无机酸、某些有机酸、各种硫酸盐溶液、各种氨混合物溶液、氯化物、糖、硝酸盐等。除此之外,还包括大气中的各种腐蚀物质。

(2)海洋环境

海洋环境的破坏表现突出的是盐离子的渗透。海水中含盐量约3.3%~3.8%,其中有大量氯离子和硫酸盐。这些物质渗入混凝土中,腐蚀混凝土中的水泥石。

二、混凝土防腐涂料的性质及种类

1、混凝土防腐涂料的性质

混凝土防腐涂料是指能在混凝土表面进行有效涂装,对混凝土进行有效保护的涂料。混凝土涂料的主要防腐机理是利用其屏蔽性,阻挡腐蚀物质的侵入,所以混凝土涂料形成的涂膜必须致密,或有足够阻止腐蚀因子侵害的膜厚,或形成复杂的渗透路径,阻止腐蚀物的渗透。能对混凝土表面进行有效涂装的涂料需具如下性质:

(1)良好的渗透性

由于混凝土的多孔结构,所以要求涂料对混凝土良好渗透。良好的渗透既可以增加涂料和底材的接触面积,起到“锚固”的作用,又可以赶跑孔隙中的水、湿气等腐蚀物质,消除腐蚀因素,还可以避免温度变化引起的膨胀应力。高渗透性涂料的一个重要的特性就是低相对分子质量,树脂分子的尺寸必须小到一定程度才易在砂粒与水泥孔隙中渗透,增加渗透的深度,从而填平细小的裂纹,填充孔隙。具有良好渗透性的涂料对于多孔性结构的混凝土而言,可以增加其密实度,增加涂料的使用期限,更好帮助混凝土承受环境的破坏。

(2)耐碱性

混凝土的碱性是其固有问题,所以任何混凝土涂料都必须具有良好的耐碱性。当混凝土涂料涂覆后,湿气就被封闭在内,潮湿的混凝土与涂层界面处的pH值约为10~12,任何能与碱发生反应的涂料都会受到影响。许多情况下,由于涂料耐碱性不良,涂料附着力变差,从而会造成涂层的皂化剥落。混凝土中的碱会使其表面沉积出结晶碳酸钙,对湿气或二氧化碳来说,如涂膜本身多孔,则这个反应可在膜下发生,使之起泡,随着结晶碳酸钙的生成,涂膜被推离混凝土表面。

(3)涂料的柔韧性和延展性及厚度

混凝土硬度没有钢铁大,且性脆,所以混凝土涂料应具有一定的柔韧性和延展性,以适应混凝土胀缩引起的体积变化。另外足够的厚度可以克服涂膜缺陷和混凝土表面的粗糙度,还可以消除混凝土的应力变化,消除收缩裂纹,满足屏蔽要求。

(4)良好的附着力

附着力无疑是各种涂料所具备的基本性质,对混凝土涂料而言更是如此。当混凝土涂料干燥时,问题还不突出,而当混凝土涂料处于潮湿环境时,如地下结构,对于那些仅依赖于和底材表面粘结的涂料,它必须借助渗透性和对混凝土表面的润湿来提高其与混凝土表面的附着力,以抵挡或承受混凝土内水压的增高。由于涂膜“背水压”的存在或涂膜浸入水中会引起涂膜起泡。所以要想保持涂膜的完整,涂料必须与混凝土表面有很强的附着力。

(5)耐磨性

大多数混凝土表面易受冲击和磨损,象地坪和道路涂料等,这时不仅需要涂料的柔韧、延展性,而且还必须赋予涂料一定的硬度,当涂料的柔韧性和硬度配合适当时,涂层就会产生超强的附着力和良好的耐磨性,这种情况下使用的涂料一般不会发生剥离。

2、混凝土防腐涂料的种类

用于混凝土的涂料主要有环氧树脂类、乙烯类、氯化橡胶类、聚氨酯类、沥青类等。

(1)环氧树脂涂料

环氧树脂涂料很适合混凝土的涂装,一是因为环氧树脂结构中含有脂肪羟基和醚键,与相邻界面能产生引力,所以具有很强的附着力。二是因为此类涂料固化后的涂膜含稳定的苯环、醚键等,同时固化后涂膜结构气孔小,使各种介质难以渗透,所以环氧树脂对水、中等浓度的酸、碱和某些有机溶剂的耐蚀性、抗渗透性优良。通常采用液态环氧树脂,液态固化剂和高渗透性溶剂配制环氧类混凝土涂料。这样不仅可以保证其渗透的深度,增加附着力,而且环氧树脂固化后,能与混凝土连成一个整体,对它起到一个补强的作用。

(2)乙烯基涂料

乙烯基涂料能耐受酸和碱的腐蚀,涂膜具有回弹性和很好的柔韧性,是早用于混凝土的高性能涂料。因其相对分子质量较高,为保证涂料的大渗透性,乙烯基涂料常预涂一道稀释性底漆。与稀释的底漆配套,可多年保持优异的附着力和耐化学性能。乙烯基涂料的固含量比较低,需要多道涂装以获得需要的膜厚。乙烯基涂料用于所有类型的混凝土已有多年,从储罐衬里到核电化学设备及食品厂混凝土地板。许多用作大型混凝土核电化学萃取厂的辐射屏蔽都需要厚膜乙烯基涂料,它可屏蔽高辐射密度的辐射材料及去掉有放射性污染的化学物质。

(3)聚氨酯涂料

聚氨酯涂料涂膜中,除富含氨基甲酸酯键外,还含有许多酯键和油脂中的不饱和双键,异氰酸酯键、脲键、脲基甲酸酯键和醚键等,因而具有较全面的性能。聚氨酯性能从高硬到弹性可调,耐磨、耐低温、附着力优异,由于其耐碱性稍差,故聚氨酯涂料常用于混凝土的面层涂装。

(4)氯化橡胶及氯化聚乙烯涂料

氯化橡胶涂料属于挥发干燥的溶剂型涂料,具有很好的附着力、耐水性和耐碱性,其耐水渗透性是所有涂料中好的。广泛应用于混凝土水箱、游泳池等的涂装,但因其不耐油脂侵蚀,故不适用于地下管道。另外,氯化橡胶涂料还具有很好的耐磨性和耐候性等,也大量用于混凝土道路标志。高氯化聚乙烯含氯量较高,分子结构中不含双键,氯原子呈无规则分布,对水和腐蚀介质的渗透率低,涂膜具有优异的耐强酸、强碱、无机盐和耐水、耐老化等性能,很适合混凝土的涂装。另外其施工性优异,在常温、低温和高温及高湿条件下均可施工。和氯化橡胶涂料相比,它既保留了其优点,又克服了其结构中不饱和双键的影响。

(5)沥青涂料

这也是一类溶剂型涂料,它是煤焦沥青或石油沥青在溶剂中溶解而成。煤焦沥青比石油沥青有更好的耐化学品性能和耐水性,但石油沥青比煤焦沥青有更好的耐光和耐候性。煤焦沥青用于有耐候性要求的场所时,常有龟裂的趋势,故常用于蓄水池、地下水管等地下设施。石油沥青用于混凝土能很好的浸润,附着力强,不需要对混凝土表面进行严格的处理,不受土壤中细菌侵蚀,广泛应用于混凝土排水管、集水池、沉降井、地下蓄水池等。

三、混凝土涂料的涂装

1、混凝土的基层处理

新混凝土结构要保持其干燥程度(含水率不大于6%)和平整的表面及混凝土的表面强度,旧混凝土要除去外部多余物质,包括藻类、旧涂膜、霉变物和油脂等。旧涂膜如明显损坏,应清除。对于表面的开放性砂眼、气孔等,需用腻子批刮平整、光滑。

2、施工环境条件

施工温度在5℃以上,空气相对湿度不应大于85%。施工现场保持环境清洁,无灰尘和有害气体污染。冬季施工必须采取保温取暖措施,保持施工温度不低于5℃。雨季施工必须有防雨措施。

3、混凝土的涂装

一般先涂刷渗透底漆,底漆要薄,渗透性好。以达到渗透、锚固、粘结硬化疏松混凝土的作用。然后用腻子找平,抹光,再涂刷一道渗透性底漆,再涂刷其他厚膜型面漆。施工完毕后,根据不同涂料品种要进行相应的养护。整个涂装过程,要始终注意环境的变化和相应的施工间隔。

四、混凝土涂料的修补

由于混凝土涂装后应用的范围很广,所以涉及到的防腐问题很多。混凝土的修补首先要弄清损坏的类型及程度,尽量选择原来的涂料品种和体系进行修补。这样新旧涂层能具有很好的相容性,修补效果较好。另外对于整个涂层而言,可以使涂膜具有相同的强度和性能,以达到更经济实用的目的。其次,对修补来说,重要的工作,就是混凝土的基层处理。除去所有损坏的涂层、粘结松动的涂膜,采用酸蚀、碱蚀、强溶剂清洗,甚至用动力工具将混凝土表面清洗干净。然后,将混凝土腐蚀区域修成均匀羽状薄边。对于已被油脂、石油产品饱和的混凝土,或化学腐蚀、物理磨损的混凝土表面,还应注意混凝土的腐蚀、污染深度,清除混凝土表面所有的腐蚀物,否则很难达到令人满意的修补效果。再次,涂刷一道高渗透、高耐碱的渗透底漆封闭混凝土表面,再涂刷相应的相容性好的厚层面漆。由于混凝土固有的结构开裂,混凝土的裂纹不可避免,所以修补裂纹也是混凝土修补的一项重要内容。修补时,需先用凿子或类似的工具将混凝土开裂凿成“V”字型,用渗透性底漆先涂刷一遍,再用环氧或类似的腻子填平裂纹并抹平。涂刷相应的渗透底漆或后道涂膜。

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编辑来源: 方泰建机

相关评论

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