混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕因素及預(yù)防辦法

羅獻(xiàn)彬

摘要：隨著人們對(duì)建筑質(zhì)量的要求越高，也越來(lái)越重視建筑工程中的腐蝕現(xiàn)象。由于多種因素，在建筑工程中，腐蝕無(wú)所不在。本文就腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的因素進(jìn)行分析，進(jìn)一步指出預(yù)防腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的處理辦法。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；腐蝕；因素；預(yù)防辦法

1 腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的因素：

1.1 素混凝土結(jié)構(gòu)

素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的主要因素為堿-集料的反應(yīng)（混凝土中堿含量超標(biāo)，暴露在水或潮濕環(huán)境使用時(shí)，其中的堿與堿活性集料間發(fā)生反應(yīng)，引起膨脹）。

1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料是混凝土與鋼筋的復(fù)合體，它的腐蝕形態(tài)可分為兩種：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破壞，同時(shí)也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞；二是混凝土本身并未腐蝕，但由于外部介質(zhì)的作用，導(dǎo)致混凝土本身化學(xué)性質(zhì)的改變或引入了能激發(fā)鋼筋腐蝕的離子，從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失，引起鋼筋的銹蝕。從化學(xué)成分來(lái)看，鋼筋的銹蝕物一般為Fe（OH）3、Fe（OH）2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等，其體積比原金屬體積增大2～4倍。由于鐵銹膨脹，對(duì)混凝土保護(hù)層產(chǎn)生巨大的輻射壓力，其數(shù)值可達(dá)30MPa（大于混凝土的抗拉極限強(qiáng)度）使混凝土保護(hù)層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫（俗稱順筋裂縫）。這些裂縫進(jìn)一步成為腐蝕性介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比裸露情況快，等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度，混凝土保護(hù)層則開始剝落，最終使構(gòu)件喪失承載能力。

影響混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密實(shí)度，即抗?jié)B性能?；炷劣軐?shí)，即抗?jié)B性能愈高，則外界的氣體只能作用于混凝土表面，向內(nèi)部滲透比較困難。影響混凝土密實(shí)度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對(duì)混凝土的中性化速度有一定的影響；不同品種的水泥，因其摻合料的品種及含量不同，水解時(shí)生成的堿性物質(zhì)數(shù)量不同，使混凝土的中性化速度也就不同了。

普通硅酸鹽水泥的熟料含量多，摻合料的含量一般不大于15%，其堿度比其它品種的水泥高，中性化速度相對(duì)的要慢?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時(shí)產(chǎn)生的氫氧化鈣結(jié)合，從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度，加快了碳化或中性化的速度。

1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕除了具有普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型外，由于采用高強(qiáng)度鋼筋和鋼筋在高應(yīng)力條件下工作，所以可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和鋼材的氫脆。

1.3.1 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機(jī)械應(yīng)力破壞不同，它可以在較低的拉應(yīng)力作用下破壞；這種破壞又與單純的電化學(xué)腐蝕破壞不同，它可以在腐蝕性介質(zhì)很弱的情況下而破壞。

腐蝕性介質(zhì)與鋼筋作用，在鋼筋表面形成一個(gè)大小不等彌散分布的腐蝕坑后，每個(gè)腐蝕坑相當(dāng)于一個(gè)缺口，鋼筋在拉應(yīng)力的作用下，形成應(yīng)力的不均勻分布和應(yīng)力集中，在缺口的邊緣，當(dāng)鋼筋平均應(yīng)力不高時(shí)，其集中的應(yīng)力即可達(dá)到斷裂應(yīng)力的水平，而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在，形成了拉應(yīng)力三軸不相等狀態(tài)，阻礙了鋼筋塑性變形的開展，使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發(fā)揮出來(lái)，延伸率、冷彎等塑性指標(biāo)均有明顯下降。預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的結(jié)果，腐蝕因素對(duì)鋼筋斷裂的最初形成起主要作用，而拉應(yīng)力則促進(jìn)了腐蝕的發(fā)展。

1.3.2 氫脆

氫脆是預(yù)應(yīng)力鋼筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應(yīng)力腐蝕的機(jī)理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽(yáng)極，而氫脆發(fā)生在鋼筋的陰極區(qū)域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫，而使其變脆，所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過(guò)程中，表面可能有少量氫氣產(chǎn)生，在通常情況下，生成的原子氫會(huì)迅速結(jié)成分子氫，在常溫下是無(wú)害的，但當(dāng)這一過(guò)程受到阻礙時(shí)，氫原子就會(huì)向鋼筋內(nèi)部擴(kuò)散而被吸收到金屬內(nèi)部的晶格中去，如果鋼筋內(nèi)部有缺陷存在，氫原子很可能重新結(jié)合成為氫分子。氫分子的生成產(chǎn)生很大的壓力，出現(xiàn)“鼓泡”現(xiàn)象。使鋼筋變脆。產(chǎn)生氫脆的鋼筋在受到超過(guò)臨界值的拉力作用時(shí)，便會(huì)發(fā)生斷裂。硫化氫是能引起預(yù)應(yīng)力鋼筋氫脆的介質(zhì)之一。

1.4 纖維混凝土結(jié)構(gòu)

纖維混凝土的腐蝕機(jī)理與普通混凝土基本相同，但纖維的直徑較細(xì)，且均勻分布，其耐久性相對(duì)普通混凝土要強(qiáng)一些。開裂的纖維混凝土構(gòu)件在潮濕的環(huán)境下，裂縫處的混凝土碳化后，碳化區(qū)的鋼纖維開始銹蝕。有研究表面，鋼纖維混凝土中鋼筋的銹蝕較普通混凝土鋼筋的銹蝕減輕，其原因除了鋼纖維阻裂作用的影響外，還在于細(xì)小纖維在混凝土中亂向均勻分布，從而改變了鋼筋電化學(xué)銹蝕的離子分布狀態(tài)，阻止了鋼筋的銹蝕。

1.5 輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)及加氣混凝土

輕骨料混凝土的腐蝕機(jī)理與類型基本與普通混凝土相同，由于大多數(shù)輕骨料抵抗氣體擴(kuò)散能力較低，腐蝕性氣體較易滲入內(nèi)部，因此必須控制輕骨料混凝土的密實(shí)度。

加氣混凝土的顯氣孔較多，不致密，吸水率高，碳化速度較快，在正常使用條件下尚需對(duì)鋼筋進(jìn)行表面涂覆保護(hù)層，而且加氣混凝土表面氣孔多，不容易進(jìn)行保護(hù)，所以在腐蝕環(huán)境下不宜使用加氣混凝土。

2 預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的辦法

對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防應(yīng)針對(duì)其不同的結(jié)構(gòu)組成制定不同的辦法。

2.1 原材料的選擇

2.1.1 水泥

水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結(jié)材料。水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能，是通過(guò)水泥砂漿的凝結(jié)、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蝕，水泥砂漿和混凝土的性能將不復(fù)存在。由于各種水泥的礦物質(zhì)組份不同，因而它們對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)的耐蝕性就有差異。正確選用水泥品種，對(duì)保證工程的耐久性與節(jié)約投資有重要意義

2.1.2 粗、細(xì)集料

發(fā)生堿-集料反應(yīng)的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細(xì)集料的耐蝕性和表面性能對(duì)混凝土的耐蝕性能具有很大影響。集料與水泥石接觸的界面狀態(tài)對(duì)混凝土的耐蝕性有一定影響。

混凝土中所采用粗細(xì)集料，應(yīng)保證致密，同時(shí)控制材料的吸水率以及其它雜質(zhì)的含量，確保材質(zhì)狀況。

2.1.3 拌合及養(yǎng)護(hù)用水

混凝土拌合及養(yǎng)護(hù)用水，應(yīng)考慮其對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強(qiáng)度值的大小。拌合水應(yīng)檢查其雜質(zhì)情況，防止影響砂漿及混凝土生成時(shí)雜質(zhì)影響其耐久性。

海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，除了對(duì)水泥石有腐蝕作用外，對(duì)鋼筋的腐蝕也有影響，因此在腐蝕環(huán)境中的混凝土不宜采用海水拌制和養(yǎng)護(hù)。

2.1.4 外加劑

混凝土外加劑是在拌制混凝土過(guò)程中摻入，用以改善混凝土性質(zhì)的物質(zhì)。

混凝土外加劑的范圍很廣，品種很多，我國(guó)外加劑的品種目前已超過(guò)百種，其中包括減水劑、早強(qiáng)劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實(shí)劑、抗凍劑等。

在建筑防腐工程中，外加劑的使用主要是為了提高混凝土密實(shí)性或?qū)︿摻畹淖桎P能力，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。實(shí)踐證明，采用加入外加劑的方法，可以在一定范圍內(nèi)達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力，是一種經(jīng)濟(jì)而有效的技術(shù)措施。

但由于外加劑的化學(xué)組成，來(lái)自外加劑中的氯鹽可能使混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋脫鈍，給結(jié)構(gòu)物帶來(lái)隱患。在進(jìn)行外加劑選擇時(shí)需對(duì)其中氯鹽的含量進(jìn)行檢測(cè)，并做相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

2.2 防腐混凝土的配合比設(shè)計(jì)

為提高混凝土的密實(shí)性和抗中性化能力，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)宜大于或等于C25。受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時(shí)，鋼筋混凝土構(gòu)件中可摻入鋼筋阻繡劑。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C35，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)整體制作，不得采用塊體拼裝的構(gòu)件。

混凝土配合比的設(shè)計(jì)，應(yīng)按以下兩種情況進(jìn)行：一是按設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度（即按正常要求的強(qiáng)度）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)；二是按密實(shí)度的要求（即按最大水灰比和最小水泥用量的要求）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，但強(qiáng)度等級(jí)往往大于前者。腐蝕環(huán)境中的混凝土配合比設(shè)計(jì)，必須取用上述兩種情況中強(qiáng)度等級(jí)的較高者。

2.3 針對(duì)不同的腐蝕環(huán)境應(yīng)設(shè)計(jì)不同的保護(hù)層厚度。

2.4 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，控制混凝土表面裂縫，確保施工質(zhì)量。