混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕因素及預(yù)防辦法

支業(yè)勝

（巢湖市路橋工程有限公司，安徽 巢湖 238000）

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，其中的堿與堿活性集料間發(fā)生反應(yīng)，引起膨脹）。

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，同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導(dǎo)致整個結(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，對混凝土保護層產(chǎn)生巨大的輻射壓力，其數(shù)值可達30MPa（大于混凝土的抗拉極限強度）使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫（俗稱順筋裂縫）。這些裂縫進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度，即抗?jié)B性能?；炷劣軐崳纯?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大小不等彌散分布的腐蝕坑后，每個腐蝕坑相當(dāng)于一個缺口，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，其集中的應(yīng)力即可達到斷裂應(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，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，腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用，而拉應(yīng)力則促進了腐蝕的發(fā)展。

(4) 加強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型工藝的優(yōu)化研究。目前，應(yīng)用于軌道車輛承載結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料中，CFRP是比較受關(guān)注的一類材料，但其制造成本高、生產(chǎn)周期長，制約了該材料的推廣應(yīng)用。如果能將成型工藝和材料研究結(jié)合起來，在不降低產(chǎn)品性能的前提下，優(yōu)化出更適合軌道車輛結(jié)構(gòu)的低成本、高效率的成型工藝，在自動鋪帶、集成自動生產(chǎn)等方面實現(xiàn)更新?lián)Q代，滿足批量生產(chǎn)的需要，那么低成本、自動化的生產(chǎn)工藝必將推動復(fù)合材料在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用。

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)力腐蝕的機理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽極，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，生成的原子氫會迅速結(jié)成分子氫，在常溫下是無害的，但當(dāng)這一過程受到阻礙時，氫原子就會向鋼筋內(nèi)部擴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臨界值的拉力作用時，便會發(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理與普通混凝土基本相同，但纖維的直徑較細，且均勻分布，其耐久性相對普通混凝土要強一些。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鋼筋進行表面涂覆保護層，而且加氣混凝土表面氣孔多，不容易進行保護，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

對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防應(yīng)針對其不同的結(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。水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結(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，對保證工程的耐久性與節(jié)約投資有重要意義。

2.1.2 粗、細集料發(fā)生堿-集料反應(yīng)的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細集料的耐蝕性和表面性能對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)對混凝土的耐蝕性有一定影響?；炷林兴捎么旨毤?，應(yīng)保證致密，同時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)護用水混凝土拌合及養(yǎng)護用水，應(yīng)考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。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，除了對水泥石有腐蝕作用外，對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。

2.1.4 外加劑混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入，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，我國外加劑的品種目前已超過百種，其中包括減水劑、早強劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實劑、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。實踐證明，采用加入外加劑的方法，可以在一定范圍內(nèi)達到提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力，是一種經(jīng)濟而有效的技術(shù)措施。但由于外加劑的化學(xué)組成，來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)物帶來隱患。在進行外加劑選擇時需對其中氯鹽的含量進行檢測，并做相關(guān)實驗。

2.2 防腐混凝土的配合比設(shè)計

為提高混凝土的密實性和抗中性化能力，混凝土的強度等級宜大于或等于C25，受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時，鋼筋混凝土構(gòu)件中可摻入鋼筋阻繡劑。對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其混凝土強度等級不小于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，應(yīng)按以下兩種情況進行：一是按設(shè)計要求的強度（即按正常要求的強度）進行配合比設(shè)計；二是按密實度的要求（即按最大水灰比和最小水泥用量的要求）進行配合比設(shè)計，但強度等級往往大于前者。腐蝕環(huán)境中的混凝土配合比設(shè)計，必須取用上述兩種情況中強度等級的較高者。

2.3 針對不同的腐蝕環(huán)境應(yīng)設(shè)計不同的保護層厚度。

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

[1]嚴(yán)心娥，閆偉鋒.混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕方法研究進展[J].山西建筑，2009-05-10.