氯堿企業(yè)鋼筋混凝土構(gòu)件的腐蝕與防腐

張吉兵，王 露

（重慶天原化工有限公司，重慶 408017）

1 概述

在氯堿工業(yè)中，相對于鋼結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土因具有承載能力高，易于施工，易于表面防腐，成本低廉、堅(jiān)固耐用且材料來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)而被普遍采用。鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土組成的復(fù)合材料，既保持了混凝土抗壓強(qiáng)度高的特性，又保持了鋼筋很好的抗拉強(qiáng)度。同時(shí)鋼筋與混凝土之間有著很好的黏結(jié)力和相近的熱膨脹系數(shù)，混凝土又能對鋼筋起到很好的保護(hù)作用，從而使混凝土結(jié)構(gòu)物更好地工作，提高了混凝土的耐久性。

從多個氯堿企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行看來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象也是非常嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼筋銹蝕已成為導(dǎo)致混凝土破壞的首要因素[1]。減輕腐蝕性介質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕，確保廠房和裝置的使用壽命，也是指導(dǎo)工程施工的一個重要方面。

2 混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的主要原因

2.1 混凝土不密實(shí)或有裂縫

混凝土不密實(shí)或有裂縫時(shí)，尤其是當(dāng)水泥用量偏小，水灰比不當(dāng)和振搗不良，或在混凝土澆筑中產(chǎn)生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的銹蝕。

2.2 混凝土碳化和侵蝕性氣體、介質(zhì)的侵入

混凝土的硬化后顯堿性，pH值＞12，此時(shí)，鋼筋表面生成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護(hù)膜，使鋼筋不生銹。當(dāng)不密實(shí)的混凝土置于空氣中或在含二氧化碳環(huán)境中時(shí)，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣等物質(zhì)，其堿性逐漸降低，甚至消失，稱其為混凝土的碳化。因此，混凝土碳化的結(jié)果就是pH值不斷降低，并不斷向內(nèi)部深化，當(dāng)碳化深度達(dá)到或超過鋼筋保護(hù)層時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜遭到局部破壞，鋼筋開始腐蝕?？諝庵械穆然瘹?、氯等酸性氣體，特別是氯離子會使，混凝土堿度急速下降，鋼筋很快腐蝕。試驗(yàn)證明，即便是pH值較高的溶液（如pH值＞13），只要有4～6 mg/L的氯離子含量，就足以破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去鈍化，在水和氧氣的作用下導(dǎo)致鋼筋銹蝕[2-4]。

2.3 環(huán)境條件

環(huán)境條件是引起鋼筋銹蝕的外在因素，如溫度、濕度及干燥交替作用，鹽水飛濺、鹽滲透等都對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕有明顯影響。調(diào)查結(jié)果表明，混凝土結(jié)構(gòu)在干燥無腐蝕介質(zhì)條件下，其使用壽命要比在潮濕及腐蝕介質(zhì)中使用要長2～3倍。

重慶地區(qū)年相對濕度平均值約為81%（17.4℃），即便是在最低月，也有71%的相對濕度。

3 氯堿生產(chǎn)中的腐蝕介質(zhì)和腐蝕機(jī)理

3.1 腐蝕介質(zhì)及機(jī)理

3.1.1 氯化鈉溶液

氯化鈉溶液對鋼筋混凝土的腐蝕主要是由于在氯化鈉溶液環(huán)境中，鋼筋發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)加速銹蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。氯化鈉中的氯離子對鈍化膜有特殊的破壞作用。氯離子半徑很小，穿透力強(qiáng)，很容易吸附在鋼筋陽極區(qū)的鈍化膜上，取代鈍化膜中氧離子，使鋼筋起保護(hù)作用的氫氧化鐵變?yōu)闊o保護(hù)作用的氯化鐵。由于氯離子到達(dá)鋼筋表面的不均勻性，特別是氯離子作用在鋼筋局部區(qū)域時(shí)，則局部區(qū)域?yàn)殛枠O，形成了大陰極小陽極的腐蝕。氯離子在鋼筋保護(hù)層不被碳化或中性化的情況下也可以破壞鋼筋鈍化膜，發(fā)生銹蝕現(xiàn)象[3]。

3.1.2 氯化氫氣體

氯化氫氣體對混凝土直接腐蝕較輕，但是氯化氫氣體在潮濕的環(huán)境下吸附在建筑物表面形成鹽酸，持續(xù)腐蝕建筑物；當(dāng)氯化氫氣體滲入混凝土內(nèi)部和鋼筋接觸時(shí)，氯離子使鋼筋表面的鈍化膜喪失作用，引起鋼筋的銹蝕膨脹，并對混凝土保護(hù)層產(chǎn)生巨大的輻射壓力，使混凝土保護(hù)層沿著銹蝕的鋼筋形成裂紋（俗稱順紋裂縫）。而這些裂紋又進(jìn)一步成為腐蝕性介質(zhì)滲人鋼筋的通道，加速鋼筋的銹蝕。當(dāng)混凝土表面的裂縫展開到一定程度時(shí)，混凝土保護(hù)層開始脫落，最終導(dǎo)致構(gòu)件喪失承載能力[3]。

3.1.3 氫氧化鈉溶液

常溫下，氫氧化鈉溶液對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性較小，但在堿液蒸發(fā)過程中隨著溫度的升高其對混凝土的腐蝕性急劇增加。氫氧化鈉溶液對混凝土和磚砌體的腐蝕更多的是一種物理作用。氫氧化鈉溶液滲入材料的孔隙后，水分揮發(fā)，經(jīng)過再結(jié)晶，體積膨脹，在材料孔隙內(nèi)部形成內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致材料破壞。

3.2 現(xiàn)場腐蝕示例

根據(jù)“工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范”在氯堿企業(yè)找出了腐蝕點(diǎn)進(jìn)行分析，見表1。

4 鋼筋銹蝕對工業(yè)建筑的影響

鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)的破壞分為3個階段，前期是鋼筋表面局部銹蝕出現(xiàn)銹斑、銹片等；中期是鋼筋整個表面銹蝕，并產(chǎn)生膨脹，與保護(hù)層脫離，發(fā)生層裂；后期表現(xiàn)為鋼筋鐵銹進(jìn)一步膨脹，混凝土本身發(fā)生破壞，出現(xiàn)順筋脹裂，混凝土脫離，直至鋼筋不斷銹蝕。鋼筋銹蝕直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性[1]。

（1）削弱鋼筋的受力，尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的高強(qiáng)度鋼絲，表面積大、截面小、應(yīng)力高，一旦發(fā)生腐蝕，危險(xiǎn)性更大，甚至有造成構(gòu)件斷裂的危險(xiǎn)，

（2）鋼筋腐蝕后，體積膨脹大約增大2～4倍，會使混凝土保護(hù)層破壞甚至脫落，從而降低混凝土的受力性能和耐久性能。

（3）鋼筋腐蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強(qiáng)度有效傳遞給混凝土，降低結(jié)構(gòu)的安全強(qiáng)度。

5 防護(hù)措施

鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的危害，為了保證混凝土建筑物的正常工作，必須采取措施，防止混凝土中鋼筋的銹蝕。在氯堿工業(yè)中建筑物的防腐應(yīng)從多方面綜合考慮。

5.1 設(shè)計(jì)階段

（1）合理設(shè)計(jì)總平面布置，減少相鄰廠房和裝置之間的腐蝕影響。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)預(yù)留一定的設(shè)計(jì)裕度，一方面不致因結(jié)構(gòu)腐蝕削弱結(jié)構(gòu)承載能力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，另一方面也避免結(jié)構(gòu)在高應(yīng)力和大變形的狀況下加速腐蝕。（3）在有腐蝕介質(zhì)存在的重點(diǎn)區(qū)域增加表面防腐措施。（4）工業(yè)廠房產(chǎn)設(shè)計(jì)成敞開式或半敞開式，避免腐蝕性氣體長期滯留而加劇腐蝕。

5.2 在施工階段應(yīng)提高混凝土密實(shí)度和施工質(zhì)量

為了防止鋼筋銹蝕，必須防止混凝土的碳化或減慢碳化速度和防止氯離子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗?jié)B性能不足引起的，所以為防止碳化，必須提高混凝土的抗?jié)B性?？梢酝ㄟ^（1）適當(dāng)提高材料強(qiáng)度等級；（2）控制混凝土的水灰比；（3）加大混凝土保護(hù)層，特別是梁、板的底部鋼筋保護(hù)層；（4）對結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行面層防護(hù)；（5）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理；（6）嚴(yán)格控制用水的氯離子含量等方法，滿足“工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范”中表2和表3的基本要求，延長鋼筋混凝土的使用壽命[2，3]。

當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件處在不同的環(huán)境時(shí)，鋼筋保護(hù)層厚度有著不同的要求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件要達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限，鋼筋的保護(hù)層厚度起著至關(guān)重要的作用。保護(hù)層厚度越小，混凝土由表及里碳化所用時(shí)間就會越短，鋼筋就會愈早被腐蝕?；炷帘Ｗo(hù)層最小厚度[4]見表3。

表1 現(xiàn)場腐蝕示例

表2 結(jié)構(gòu)混凝土的基本要求

表3 混凝土保護(hù)層最小厚度mm

5.3 推動清潔生產(chǎn)，減少廢物排放

嚴(yán)格遵守工藝規(guī)程，拒絕“跑冒滴漏”，從根源上杜絕腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。建筑物的防腐，不應(yīng)只考慮建筑本身的防護(hù)，而應(yīng)致力于建立和完善清潔生產(chǎn)組織，采用新工藝新技術(shù)，通過生產(chǎn)全過程的控制減少腐蝕介質(zhì)的產(chǎn)生。

5.4 限制水、汽的流動，降低環(huán)境濕度[2]

水、汽是腐蝕性介質(zhì)傳播擴(kuò)散最主要的中介，腐蝕性介質(zhì)在水、汽的攜帶下，極大地?cái)U(kuò)展了腐蝕范圍、加大了腐蝕的危害性。因此應(yīng)采取有效措施規(guī)范和限制水的流動，降低環(huán)境濕度。

（1）有腐蝕介質(zhì)存在的廠房屋面和樓面應(yīng)設(shè)計(jì)成集中有組織的排水方式。（2）有腐蝕介質(zhì)存在的預(yù)留孔洞周圍和樓面邊沿應(yīng)設(shè)置擋水肩。（3）在有腐蝕介質(zhì)存在的重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)集中設(shè)置中和池就地中和后排入總管。（4）嚴(yán)格控制檢維修期間的廢水有序排放。（5）機(jī)泵等設(shè)備在二次灌漿時(shí)應(yīng)預(yù)留排水孔。（6）規(guī)范工廠蒸汽及蒸汽冷凝液的有序排放，降低對環(huán)境濕度的影響。

5.5 規(guī)范生產(chǎn)，減少對混凝土保護(hù)層的破壞。

（1）在改造工程或新建工程對原鋼筋混凝土構(gòu)件造成破壞的，應(yīng)及時(shí)對斷面進(jìn)行清理、烘干和修復(fù)。

（2）對有保護(hù)層脫落、裂縫、露筋的應(yīng)及時(shí)采取加強(qiáng)和保護(hù)措施。

6 結(jié)論

氯堿工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，物料如鹽水、燒堿、氯氣、鹽酸、硫酸、次氯酸鹽等都是強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，鋼筋混凝土只能減緩各種腐蝕介質(zhì)的腐蝕速率。因此，必須對工業(yè)生產(chǎn)中的腐蝕引起足夠的重視，根據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)和材料的性質(zhì)，要在設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)維護(hù)各個環(huán)節(jié)，采取有效的防護(hù)措施，以避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕，提高混凝土的使用耐久性。

［1］劉榮生.混凝土中鋼筋銹蝕的原因及危害和預(yù)防措施.山西建筑，2010，（12）：142－143.

［2］渠向陽，謝永輝，李留紅.氯堿工業(yè)中的建筑防腐問題.氯堿工業(yè)，2004，（9）：42－44.

［3］滿傳軍.鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響.山西建筑，2008，（9）：103－104.

［4］GB 50046－2008工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范.