你好,鋼筋和混凝土是材料界著名的一對好基友。兩者不僅在力學(xué)性能上珠聯(lián)璧合,在耐久性能上也是天作地設(shè)。眾所周知,鋼筋在水和氧氣的作用下容易生銹,而包裹在鋼筋周圍的混凝土恰恰起到了保護(hù)鋼筋免遭銹蝕的作用。制作混凝土所用的水泥,其熟料的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣。經(jīng)過水化反應(yīng)后,制成的混凝土的孔隙中充滿了氫氧化鈣的飽和溶液,其堿性相當(dāng)強(qiáng),實際pH值在13左右。如此強(qiáng)的堿性環(huán)境中,鋼筋表面被氧化,形成了一層很薄但很致密的水化三氧化二鐵的保護(hù)膜。這層保護(hù)膜被叫做鈍化膜,它隔絕了鋼筋與外界環(huán)境,使得鋼筋無法接觸到水和氧氣,不容易再發(fā)生氧化銹蝕,起到了保護(hù)鋼筋的作用。
所謂“沒有拆不散的基友,只有不努力的小三”,砂石中摻雜的氯離子就是鋼筋與混凝土這對基友的小三。因為氯離子的活性很強(qiáng),如果其濃度大到一定程度,那么就可以滲透過這層鈍化膜,與鋼筋發(fā)生反應(yīng),形成易溶的氯化亞鐵,也就是游離的亞鐵離子和氯離子。三氧化二鐵的鈍化膜失去了依附的內(nèi)層金屬,也隨之溶解,鈍化膜被破壞。
一旦鈍化膜被破壞,鋼筋完全暴露,電化學(xué)腐蝕就開始了。鐵與水和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),生成氫氧化亞鐵。如果氧氣不太充足,氫氧化亞鐵被最終氧化為四氧化三鐵(黑銹)。如果氧氣充足,氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵,繼而脫水成為疏松多孔的三氧化二鐵(紅銹)。
我們再看一下整個過程,最后氯離子去哪里了呢?還是游離的氯離子,沒有變成其它化合物??偟膩砜?,氯離子起到了類似催化劑的作用。因此,整個銹蝕過程一旦開始就不會停止,在氯離子的不斷作用下,鋼筋被持續(xù)銹蝕。其帶來的負(fù)面作用是多方面的:
其一,鋼筋越來越細(xì),力學(xué)性能持續(xù)下降,屈服強(qiáng)度和延伸率都顯著下降;
其二,鋼筋生銹后體積膨脹,會把周圍的混凝土脹開,產(chǎn)生裂縫,嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致表面的混凝土脫落;
其三,帶肋鋼筋要依靠鋼筋表面的月牙形肋與混凝土錨固在一起,就像螺絲釘上的螺紋一樣,不容易脫落,一旦鋼筋銹蝕,月牙形螺紋被腐蝕破壞,帶肋鋼筋變成了光滑圓柱形,錨固性能大幅降低。鑒于這些嚴(yán)重后果,必須要嚴(yán)格控制混凝土中氯離子的含量?!痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第3.5.3條規(guī)定了設(shè)計使用期限為50年的混凝土結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境類別下的允許最大氯離子含量,一類環(huán)境為0.30%,二a類為0.20%,二b和三a為0.15%,三b類為0.10%,預(yù)應(yīng)力混凝土為0.06%。第3.5.5條規(guī)定了設(shè)計使用期限為100年的混凝土結(jié)構(gòu)在一類環(huán)境下允許最大氯離子含量為0.06%。對耐久性有更高要求的結(jié)構(gòu),還需要根據(jù)其它相關(guān)規(guī)范來確定。
而海砂由于其來自海洋環(huán)境,含有大量的氯離子,必須要滿足嚴(yán)格的含量要求?!镀胀ɑ炷劣蒙笆|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》第3.1.10條規(guī)定,“對于鋼筋混凝土用砂,其氯離子含量不應(yīng)大于0.06%(以干砂的質(zhì)量百分率計)”。
除了海砂之外,氯離子還有很多其它來源途徑。
其一是北方冬天常用的除冰鹽。由于保護(hù)意識不強(qiáng),管理不善,很多地區(qū)大量的使用含氯離子的除冰鹽,導(dǎo)致很多公路混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重,有些甚至不得不拆除重建。
其二是常年接觸海洋環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),比如港口碼頭、跨海大橋、防洪堤壩等等,不可避免的要接觸到海洋中的大量氯離子。
其三是某些化工廠的混凝土結(jié)構(gòu),其環(huán)境中也有大量的氯離子。
其一是增大鋼筋外側(cè)混凝土的厚度,不讓氯離子那么輕易的就能滲透到鋼筋表面。
其二是在混凝土中采用阻銹劑,即使氯離子將鈍化層破壞,阻銹劑仍然能阻止鋼筋的電化學(xué)銹蝕。早期常用的阻銹劑主要是亞硝酸鹽或者鉻酸鹽,但其毒性很強(qiáng),發(fā)生過多次工地食堂誤用亞硝酸鹽導(dǎo)致集體中毒的事故。現(xiàn)在出現(xiàn)了很多新型無毒害的阻銹劑,包括可以直接噴涂在混凝土表面的阻銹劑。
其三是加強(qiáng)對鋼筋的保護(hù)。比如采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋,鋼筋表面的環(huán)氧樹脂涂層代替了天然形成的鈍化層,氯離子無法穿透環(huán)氧樹脂涂層,鋼筋帶上了樹脂套套,氯離子就無可奈何了。
其四,可以采用不銹鋼鋼筋,氯離子你們放馬過來吧,老衲已經(jīng)練成了少林神功之金剛不壞體。
像新聞報道中提到的這些結(jié)構(gòu),如果真的是采用了含有大量氯離子的海砂,其混凝土耐久性能確實是有問題的。但也有補(bǔ)救措施,比如采用噴涂型阻銹劑,將阻銹劑噴涂在混凝土結(jié)構(gòu)外表面,滲透擴(kuò)散到鋼筋表面,形成額外的保護(hù)膜,起到阻隔氯離子的作用,從而提高鋼筋的抗銹蝕能力,改善既有結(jié)構(gòu)的耐久性能。
不知什么原因,好多媒體都有意或者無意的偏轉(zhuǎn)了矛頭。其實,與其說是“開發(fā)商違規(guī)使用海砂混凝土”,不如說是“攪拌站違規(guī)使用海砂”?,F(xiàn)在的行業(yè)分工都很細(xì)化,所有的混凝土都是買的攪拌站的預(yù)拌混凝土。就像你開飯店,每天采購原材料,比如肉制品、奶制品什么的,你不可能開一個實驗室每天檢測這些原材料,你只能看供應(yīng)商有沒有執(zhí)照、有沒有合格證?;炷烈彩侨绱?,開發(fā)商買進(jìn)攪拌站的混凝土,如果攪拌站的執(zhí)照、合格證等等都是齊全的,開發(fā)商和施工單位也沒有必要再去測氯離子含量了。
這些報道里沒有足夠的證據(jù)表明,開發(fā)商是在明知是海砂混凝土的前提下,依然為了貪便宜,選擇買這種混凝土。按報道的說法,幾乎所有的攪拌站都在用海砂拌混凝土,事實上,可能開發(fā)商和施工單位別無選擇,買不到別的混凝土。而且跟別的地區(qū)的合格混凝土比,這些海砂混凝土不見得便宜。
在總的工程投資中,土建成本不是大頭,大約只占30%,而與鋼筋相比,混凝土的造價更低。明智的開發(fā)商和施工單位不會在這上面動省錢的腦筋,本來也省不幾個錢,還要冒那么大的風(fēng)險,何必呢。
海砂對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能,確實有著嚴(yán)重的影響,罪魁禍?zhǔn)拙褪呛I袄锏拇罅柯入x子。海砂并不是不能使用,但一定要嚴(yán)格控制其氯離子的含量,只有氯離子含量滿足要求的海砂才能使用。那為什么鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對氯離子如此敏感呢?
鋼筋和混凝土是材料界著名的一對好基友。兩者不僅在力學(xué)性能上珠聯(lián)璧合,在耐久性能上也是天作地設(shè)。眾所周知,鋼筋在水和氧氣的作用下容易生銹,而包裹在鋼筋周圍的混凝土恰恰起到了保護(hù)鋼筋免遭銹蝕的作用。制作混凝土所用的水泥,其熟料的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣。經(jīng)過水化反應(yīng)后,制成的混凝土的孔隙中充滿了氫氧化鈣的飽和溶液,其堿性相當(dāng)強(qiáng),實際pH值在13左右。如此強(qiáng)的堿性環(huán)境中,鋼筋表面被氧化,形成了一層很薄但很致密的水化三氧化二鐵的保護(hù)膜。這層保護(hù)膜被叫做鈍化膜,它隔絕了鋼筋與外界環(huán)境,使得鋼筋無法接觸到水和氧氣,不容易再發(fā)生氧化銹蝕,起到了保護(hù)鋼筋的作用。
所謂“沒有拆不散的基友,只有不努力的小三”,砂石中摻雜的氯離子就是鋼筋與混凝土這對基友的小三。因為氯離子的活性很強(qiáng),如果其濃度大到一定程度,那么就可以滲透過這層鈍化膜,與鋼筋發(fā)生反應(yīng),形成易溶的氯化亞鐵,也就是游離的亞鐵離子和氯離子。三氧化二鐵的鈍化膜失去了依附的內(nèi)層金屬,也隨之溶解,鈍化膜被破壞。
一旦鈍化膜被破壞,鋼筋完全暴露,電化學(xué)腐蝕就開始了。鐵與水和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),生成氫氧化亞鐵。如果氧氣不太充足,氫氧化亞鐵被最終氧化為四氧化三鐵(黑銹)。如果氧氣充足,氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵,繼而脫水成為疏松多孔的三氧化二鐵(紅銹)。
我們再看一下整個過程,最后氯離子去哪里了呢?還是游離的氯離子,沒有變成其它化合物??偟膩砜矗入x子起到了類似催化劑的作用。因此,整個銹蝕過程一旦開始就不會停止,在氯離子的不斷作用下,鋼筋被持續(xù)銹蝕。其帶來的負(fù)面作用是多方面的:
其一,鋼筋越來越細(xì),力學(xué)性能持續(xù)下降,屈服強(qiáng)度和延伸率都顯著下降;
其二,鋼筋生銹后體積膨脹,會把周圍的混凝土脹開,產(chǎn)生裂縫,嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致表面的混凝土脫落;
其三,帶肋鋼筋要依靠鋼筋表面的月牙形肋與混凝土錨固在一起,就像螺絲釘上的螺紋一樣,不容易脫落,一旦鋼筋銹蝕,月牙形螺紋被腐蝕破壞,帶肋鋼筋變成了光滑圓柱形,錨固性能大幅降低。
鑒于這些嚴(yán)重后果,必須要嚴(yán)格控制混凝土中氯離子的含量?!痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第3.5.3條規(guī)定了設(shè)計使用期限為50年的混凝土結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境類別下的允許最大氯離子含量,一類環(huán)境為0.30%,二a類為0.20%,二b和三a為0.15%,三b類為0.10%,預(yù)應(yīng)力混凝土為0.06%。第3.5.5條規(guī)定了設(shè)計使用期限為100年的混凝土結(jié)構(gòu)在一類環(huán)境下允許最大氯離子含量為0.06%。對耐久性有更高要求的結(jié)構(gòu),還需要根據(jù)其它相關(guān)規(guī)范來確定。
而海砂由于其來自海洋環(huán)境,含有大量的氯離子,必須要滿足嚴(yán)格的含量要求?!镀胀ɑ炷劣蒙笆|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》第3.1.10條規(guī)定,“對于鋼筋混凝土用砂,其氯離子含量不應(yīng)大于0.06%(以干砂的質(zhì)量百分率計)”。
除了海砂之外,氯離子還有很多其它來源途徑。
其一是北方冬天常用的除冰鹽。由于保護(hù)意識不強(qiáng),管理不善,很多地區(qū)大量的使用含氯離子的除冰鹽,導(dǎo)致很多公路混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重,有些甚至不得不拆除重建。
其二是常年接觸海洋環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),比如港口碼頭、跨海大橋、防洪堤壩等等,不可避免的要接觸到海洋中的大量氯離子。
其三是某些化工廠的混凝土結(jié)構(gòu),其環(huán)境中也有大量的氯離子。
其四是內(nèi)陸某些嚴(yán)重鹽堿地區(qū),建筑物的基礎(chǔ)也處在大量氯離子的環(huán)境中。
對于這些不得不接觸氯離子的混凝土結(jié)構(gòu),有哪些有效的保護(hù)措施呢?
其一是增大鋼筋外側(cè)混凝土的厚度,不讓氯離子那么輕易的就能滲透到鋼筋表面。
其二是在混凝土中采用阻銹劑,即使氯離子將鈍化層破壞,阻銹劑仍然能阻止鋼筋的電化學(xué)銹蝕。早期常用的阻銹劑主要是亞硝酸鹽或者鉻酸鹽,但其毒性很強(qiáng),發(fā)生過多次工地食堂誤用亞硝酸鹽導(dǎo)致集體中毒的事故。現(xiàn)在出現(xiàn)了很多新型無毒害的阻銹劑,包括可以直接噴涂在混凝土表面的阻銹劑。
其三是加強(qiáng)對鋼筋的保護(hù)。比如采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋,鋼筋表面的環(huán)氧樹脂涂層代替了天然形成的鈍化層,氯離子無法穿透環(huán)氧樹脂涂層,鋼筋帶上了樹脂套套,氯離子就無可奈何了。
其四,可以采用不銹鋼鋼筋,氯離子你們放馬過來吧,老衲已經(jīng)練成了少林神功之金剛不壞體。
像新聞報道中提到的這些結(jié)構(gòu),如果真的是采用了含有大量氯離子的海砂,其混凝土耐久性能確實是有問題的。但也有補(bǔ)救措施,比如采用噴涂型阻銹劑,將阻銹劑噴涂在混凝土結(jié)構(gòu)外表面,滲透擴(kuò)散到鋼筋表面,形成額外的保護(hù)膜,起到阻隔氯離子的作用,從而提高鋼筋的抗銹蝕能力,改善既有結(jié)構(gòu)的耐久性能。
補(bǔ)充:這幾天又看了一些跟進(jìn)的新聞報道,忍不住再說幾句。
不知什么原因,好多媒體都有意或者無意的偏轉(zhuǎn)了矛頭。其實,與其說是“開發(fā)商違規(guī)使用海砂混凝土”,不如說是“攪拌站違規(guī)使用海砂”。現(xiàn)在的行業(yè)分工都很細(xì)化,所有的混凝土都是買的攪拌站的預(yù)拌混凝土。就像你開飯店,每天采購原材料,比如肉制品、奶制品什么的,你不可能開一個實驗室每天檢測這些原材料,你只能看供應(yīng)商有沒有執(zhí)照、有沒有合格證?;炷烈彩侨绱耍_發(fā)商買進(jìn)攪拌站的混凝土,如果攪拌站的執(zhí)照、合格證等等都是齊全的,開發(fā)商和施工單位也沒有必要再去測氯離子含量了。
這些報道里沒有足夠的證據(jù)表明,開發(fā)商是在明知是海砂混凝土的前提下,依然為了貪便宜,選擇買這種混凝土。按報道的說法,幾乎所有的攪拌站都在用海砂拌混凝土,事實上,可能開發(fā)商和施工單位別無選擇,買不到別的混凝土。而且跟別的地區(qū)的合格混凝土比,這些海砂混凝土不見得便宜。
在總的工程投資中,土建成本不是大頭,大約只占30%,而與鋼筋相比,混凝土的造價更低。明智的開發(fā)商和施工單位不會在這上面動省錢的腦筋,本來也省不幾個錢,還要冒那么大的風(fēng)險,何必呢。報道里還提到了平安金融大廈這種地標(biāo)性的、基本“不差錢”的項目,不太可能為了省錢去買海砂混凝土。
有的朋友說了,那為什么不自己買水泥、買合格的砂子,自己拌混凝土呢?因為現(xiàn)場制作混凝土,噪音和粉塵污染都很厲害,而且質(zhì)量不容易保證,在大多數(shù)城市早就被禁止了。
還有的朋友說了,如果當(dāng)?shù)囟际呛I盎炷粒菫槭裁床蝗ネ獾刭I合格混凝土,然后再運過來呢?因為預(yù)拌混凝土都是攪拌車運的,必須在初凝時間(一般4~6小時)之前從攪拌站運到工地,并且完成澆筑。從外地運混凝土,時間上無法保證,所以不現(xiàn)實。你什么時候見過高速路上有攪拌車在跑長途?
總的來說,開發(fā)商和施工單位流動性都很大,很多不是當(dāng)?shù)氐?,但攪拌站基本是地頭蛇,根深蒂固,這事具體怎么發(fā)展,還很難說。關(guān)注工程質(zhì)量固然是對的,但我覺得還是應(yīng)該分清責(zé)任主體,搞清楚黑心錢到底讓誰給賺走了,不要一上來就拔高到道德性的批判上。
當(dāng)采用海沙配制鋼筋混凝土?xí)r,海砂中氯離子含量應(yīng)不大于0.06%(以干砂的百分率計);而對于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土?xí)r,則不許采用海砂。使用后容易加速風(fēng)化的速度,使建筑物的耐住時間大大縮短并伴隨著一定的危險。對于不合格海砂混凝土的危害,專家表示,氯離子超標(biāo)一方面有損于混凝土本身,令其產(chǎn)生微裂縫;當(dāng)氯離子累積到一定濃度時,將破壞鋼筋的鈍化膜,引起鋼筋銹蝕;當(dāng)銹蝕率達(dá)到10%以上會造成保護(hù)層的順筋開裂、保護(hù)層剝離、剝落,鋼筋的抗震性能大大降低。