鋼筋銹蝕與混凝土紻構(gòu)的耐久性

騰旭東

（七煤集團公司土建工程處，黑龍江，七臺河，154600）

鋼筋銹蝕與混凝土紻構(gòu)的耐久性

騰旭東

（七煤集團公司土建工程處，黑龍江，七臺河，154600）

耐久性是近來受到廣泛關(guān)注的問題，雖然耐久性的研究還有很長一段路要走，但隨著研究的進一步深入，耐久性的機理，表示方法，檢測手段以及修補措施等必將得到完善和發(fā)展。

碳化；氯化物；去鈍化；耐久性

作為主要建筑材料的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土，已廣泛應(yīng)用于各種建筑工程中，然而近年來由于混凝土的碳化，特別是化合物污染結(jié)構(gòu)混凝土引起鋼筋銹蝕、混凝土的順筋脹裂、層裂和剝落破壞，已成為威脅我國乃至世界各國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要災(zāi)害。在 1991年召開的第二屆混凝土耐久性國際學(xué)術(shù)會議上Mehta教授在所作的題為《混凝土的耐久性——五十年進展》報告中指出：?當(dāng)今世界，混凝土結(jié)構(gòu)破壞原因中按重要排序為：鋼筋銹蝕，寒冷氣候下的凍害，侵蝕環(huán)境中的物理化學(xué)作用。?鋼筋銹蝕一方面減少鋼筋的截面積，另一方面使混凝土保護層脹裂剝落。前者可近似線性地降低構(gòu)件的承載力，顯著降低構(gòu)件的延性韌性和和疲勞性能，特別對于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，一旦有了初始腐蝕跡象，則會在局部腐蝕破壞處喪失了剩余承載力，常常會在無任何前兆的前提下忽然崩塌。而混凝土保護層脹裂、剝落會發(fā)生鋼筋混凝土之間粘結(jié)破壞，由此產(chǎn)生的順筋裂縫會導(dǎo)致鋼筋從混凝土中的撥出破壞?？梢婁摻钿P蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的頭號殺手。

一、鋼筋銹蝕的產(chǎn)生是個電化學(xué)過程，而這一過程的前提是鋼筋表面的鈍化膜的破壞，即去鈍化。

一般情況下混凝土固有的堿性使得鋼筋表面的鈍化膜得以穩(wěn)定存在。混凝土中鋼筋鈍化膜的破壞機理有二種：一種是混凝土的碳化，另一種是氯化物的侵入。

1、混凝土的碳化與鋼筋去鈍化

空氣中的二氧化碳氣體不斷地透過未完全水化的粗毛細孔道進入，擴散到混凝土中部分充水的毛細孔中，與其中的孔隙液中的氫氧化鈣進行中和反應(yīng)：Ca(OH)2+CO2?CaCO3+H2O

隨著反應(yīng)的進行，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡原理：毛細孔周圍水泥石中的鈣石補充為Ca2+和(OH)，反向擴散到孔隙液中，與繼續(xù)擴散進來的CO2反應(yīng)，直到該層孔隙液中不再發(fā)生中和反應(yīng)為止，此時PH值已有很大下降。該層混凝土表面碳化后，大氣中 CO2繼續(xù)沿混凝土深處氣相擴散，進行更深入的碳化反應(yīng)，當(dāng)混凝土碳化深度到達鋼筋表面時，鋼筋鈍化膜就遭到破壞。碳化深度與時間的關(guān)系可以表示為以下關(guān)系式：

K是碳化系數(shù)，主要取決混凝土的滲透和環(huán)境條件。而混凝土的滲透性取決于水泥種類，水灰比，澆筑和養(yǎng)護質(zhì)量等。環(huán)境條件包括溫度，濕度和CO2濃度。最合適混凝土碳化的相對濕度為50%—75%，當(dāng)濕度相同時，風(fēng)速越高，溫度越高，混凝土碳化也越快。

對于正常制備的混凝土，一般每年碳化深度小于1 mm，因此混凝土碳化引起鋼筋腐蝕破壞問題大多數(shù)是由于混凝土質(zhì)量低劣，混凝土不密實或保護層厚度不夠造成的。與混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕破壞相比，氯化物侵入引起的腐蝕破壞尤為嚴重。試驗表明：同是 C45等級的混凝土，如果去鈍化時間為50年，則在一般環(huán)境下，混凝土的最小保護層厚度只是10 mm，而在含氯化物環(huán)境中，卻至少要70mm。

2、氯化物與鋼筋去鈍化

氯離子是極強的陽極活化劑。在水泥的浸出液中，即使PH值還很高，只要4—6mg／L，濃度的CIL－，就足以使鋼筋去鈍化。關(guān)于去鈍化機理，有人認為氯離子易滲入鈍化膜(氧化膜理論)，有人認為遷移較慢的氯離子優(yōu)先于氧和氫氧根離子吸附(吸附理論)。后者的反應(yīng)式：

Fe2+2CL－+H2O—Fe CL24H2O

Fe CL24H2O—Fe(OH)2+2CL－+2H++ H2O

這種觀點認為：CL－與(OH)－爭奪腐蝕產(chǎn)生的Fe2+形成易溶的Fe CL24H2O，俗稱綠銹。綠銹從鋼筋陽極區(qū)向含氧量高的孔隙液中遷移，分解為Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2沉積于陽極區(qū)周圍，同時放出H+和CL－，它又回到陽極區(qū)，又更帶出許多的Fe2+，可見CL－在鋼筋腐蝕破壞中起催化作用。

氯化物的來源主要有以下三方面：(1)拌制混凝土用的原材料；(2)海水暴露；(3)除冰鹽。近年來商品混凝土及高性能混凝土的推廣，外加劑得到了廣泛應(yīng)用，但同時也導(dǎo)致了氯化物這一對耐久性危害極大的成分的引入。另一方面除冰鹽的使用對耐久的影響亦不容忽視。在干濕交替下，氯化物被帶人混凝土內(nèi)部，使得混凝土孔隙液中的氯離子濃度增高。

二、提高耐久性的措施

混凝土中鋼筋腐蝕過程要分為二個階段：預(yù)備階段和發(fā)展階段。預(yù)備階段指從混凝土澆筑到鋼筋開始銹蝕，以t1表示；第二階段是從第一階段末到結(jié)構(gòu)產(chǎn)生劈裂破壞，以t2表示。一般地t1＞t2所以提高耐久性的重點是設(shè)法延長第二階段的時間。

提高耐久性的措施主要有兩方面：一方面限制裂縫的開展。利用鋼筋約束區(qū)的概念，通過合理的配筋來使鋼筋筋處的裂縫在控制范圍內(nèi)。另一方面是提高混凝土的密實度和適當(dāng)增加混凝土保護層厚度。這對減緩混凝土的碳化和氯化物的侵入有重要作用。雖然在短期看來裂縫表面處鋼筋銹蝕嚴重，但在侵蝕介質(zhì)長期作用下，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性取決于混凝土的密實度和保護層厚度。特別是在裂縫較小時，后者更是起主導(dǎo)作用。因此提高混凝土密實度和保護層厚度是提高耐久性的根本途徑。近年來逐漸被采用的雙摻法高性能砼技術(shù)可有效提高混凝土的密實度，彌補普硅水泥混凝土由于多孔而帶來的強度低、耐久性差的缺點，充分利用高效減速水劑的?減水?效應(yīng)和摻合料的?增漿?、?微集料?和?活性效應(yīng)?來提高混凝土的密實度，以此為提高強度和耐久性。

耐久性是近來受到廣泛關(guān)注的問題，雖然耐久性的研究還有很長一段路要走，但隨著研究的進一步深入，耐久性的機理，表示方法，檢測手段以及修補措施等必將得到完善和發(fā)展。

TU984

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1674-3954（2011）02-0145-01