混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕及防腐蝕措施

■葉振北 ■貴州建工集團第四建筑工程有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550004

近年來，混凝土在房屋建筑、公路、橋梁、大壩等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。同時，此結(jié)構(gòu)在長期自然環(huán)境和使用條件下會出現(xiàn)逐漸老化、損傷甚至破壞，從而有可能會直接影響到結(jié)構(gòu)的安全，因此混凝土耐久性已是當(dāng)今世界的重大問題。國際混凝土耐久性會議上曾指出:“當(dāng)今世界混凝土破壞原因，按遞減順序是:鋼筋銹蝕、凍害、物理化學(xué)作用”。并明確將“鋼筋銹蝕”排在影響混凝土耐久性因素的首位。我國海港碼頭不能耐久，北方使用化冰鹽，橋梁道路遭破壞。我國存在著廣泛的腐蝕環(huán)境，北方地區(qū)使用化冰鹽有增無減，而橋梁道路卻未采取應(yīng)有的防護措施;我國海岸線很長，而大規(guī)模的基本建設(shè)大都集中于沿海地區(qū)，以往的海港碼頭等工程，多數(shù)達不到設(shè)計壽命要求;特別是沿海一帶河砂已呈短缺現(xiàn)象，濫用海砂則其害無窮;我國還有廣泛的鹽堿地，其腐蝕條件更為苛刻;特別應(yīng)該指出的是，我國工業(yè)環(huán)境中的建筑物，其鋼筋銹蝕破壞十分普遍與嚴重，據(jù)初步統(tǒng)計，大多數(shù)工業(yè)建筑達不到設(shè)計壽命的年限，目前正在進入大規(guī)模修復(fù)的時期。因此，我國鋼筋銹蝕破壞的形勢是嚴峻的。本文就混凝土中鋼筋銹蝕機理及影響因素、防腐蝕措施等方面談兒點粗淺認識，僅供大家交流和探討。

1 混凝土中鋼筋銹蝕機理及影響因素

1.1 混凝土中鋼筋銹蝕機理

鋼筋未被腐蝕的混凝土是呈高堿性的，其pH 值一般在12.5 左右，當(dāng)混凝土中含有少量的Na2O、K20 時，pH 值可能會大于13。在高堿性環(huán)境中，鋼筋很容易發(fā)生氧化作用，表面生成一層很薄的氧化膜。主要成分為水化氧化物nFe2O3·mH2O，它是一種致密、穩(wěn)定的共格結(jié)構(gòu)，水和氧氣不能滲透過去，使混凝土中鋼筋處于鈍化狀態(tài)，能夠有效阻止混凝土中鋼筋的銹蝕，因此被稱為鈍化膜?；炷林袖摻钿P蝕只有在這層鈍化膜遭到破壞的情況下才可能實現(xiàn)。鋼筋表面鈍化膜破壞的原因有兩個:一是混凝土中性化;二是足夠濃度的游離CI—擴散到鋼筋表面。當(dāng)鈍化膜發(fā)生破壞后，混凝土中鋼筋銹蝕是一個電化學(xué)過程。

(1)混凝土中性化作用。碳化使混凝土孔溶液中的Ca(OH)2含量逐漸減少，pH 值逐漸降低，當(dāng)pH 值下降到11.5 左右時，鈍化膜不再穩(wěn)定;當(dāng)pH 值降至9～10 時，鈍化膜的作用完全被破壞，鋼筋處于脫鈍狀態(tài)，銹蝕就有條件發(fā)生了。一般大氣環(huán)境下混凝土中性化的過程非常緩慢，視保護層厚度等因素不同，一般要數(shù)年甚至數(shù)十年才能達到鋼筋表面。由于部分碳化區(qū)的存在，鋼筋經(jīng)歷了從飩化狀態(tài)經(jīng)逐步脫鈍轉(zhuǎn)化為完全脫鈍狀態(tài)的過程。

(2)CI—作用。當(dāng)鋼筋表面的混凝土孔溶液中的游離CI—濃度超過一定值時，即使在堿度較高，pH 值大于11.5 時，CI—也能破壞鈍化膜，從而使鋼筋發(fā)生銹蝕。因為CI—的半徑小，活性大，溶液吸附在位錯區(qū)，晶界區(qū)等氧化膜有缺陷的地方。CI—有很強的穿透氧化膜的能力，在氧化物內(nèi)層(鐵與氧化物界面)形成易溶的FeCI2，使氧化膜局部溶解，形成坑蝕現(xiàn)象。如果CI—在鋼筋表面分布比較均勻，這種坑蝕現(xiàn)象便會廣泛地發(fā)生，點蝕坑擴大、合并，發(fā)生大面積的腐蝕。

(3)混凝土中鋼筋銹蝕的電化學(xué)機理。混凝土中鋼筋銹蝕的發(fā)生必須具備三個條件:一是鋼筋表面存在電位差，構(gòu)成腐蝕電池;二是鋼筋表面鈍化膜遭到破還，處于活化狀態(tài);三是鋼筋表面有電化學(xué)反應(yīng)和離子擴散所需的水和氧氣。

1.2 混凝土中鋼筋銹蝕的影響因素

(1)鋼筋銹蝕不僅與混凝土保護層厚度、混凝土密實度有關(guān)，還涉及到混凝土的組成、空隙中液相的pH 值、環(huán)境的濕度、溫度、有害離子含量及混凝土含水量等相關(guān)。

(2)環(huán)境濕度是影響鋼筋銹蝕速度的重要因素，相對濕度低，鋼筋腐蝕速率減慢。試驗和分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明，相對濕度達到80%時，鋼筋銹蝕的速率最快保護層厚度的加大，鋼筋銹蝕速度減慢。

(3)鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH 值有著密切的關(guān)系。在不同的溫度和不同pH 值的影響下，鋼筋的銹蝕情況也會出現(xiàn)明顯的差別。

(4)有害離子(如氯離子等)會嚴重的影響對鋼筋的銹蝕，其含量的多少也就會影響到鋼筋銹蝕速度的快慢。

2 鋼筋銹蝕的防御措施

2.1 基本防腐蝕措施

根據(jù)混凝土中鋼筋銹蝕的影響因素可知提高混凝土的密實度、增加混凝土的保護層厚度是最基本的防止鋼筋銹蝕的措施，從而達到提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的目標(biāo)。

(1)增加保護層厚度，可以推遲由碳化引起的鋼筋銹蝕;還可以減緩氧氣擴散，減慢由氧氣擴散控制的鋼筋銹蝕;同時還可以減緩氯離子在混凝土中的滲透量。(2)適當(dāng)增加混凝土的攪拌時間和振搗力度等方法最大限度提高混凝土的密實度，降低混凝土的孔隙率，減緩混凝土的碳化速度，減緩有害離子的傳遞速度甚至可以阻止有害離子的擴散。(3)控制混凝土中的最大水灰比和最小水泥用量，在混凝土中摻入適宜的減水劑，減小混凝土中水的含量。

2.2 防腐蝕的附加措施

(1)添加鋼筋阻銹劑。鋼筋阻銹劑是混凝土外加劑的一種，添加鋼筋阻銹劑是鋼筋銹蝕長期防護的有效措施之一，摻入混凝土或灌漿中能提高混凝土結(jié)構(gòu)自身的保護能力，使鋼筋表面的鈍化膜更為完整、致密。但是，必須注意的是采用阻銹劑同時應(yīng)使用低滲透性混凝土，以防止阻銹劑流失。

(2)環(huán)氧涂層鋼筋。常用的鋼筋表面涂層有環(huán)氧樹脂涂層和鍍鋅等，其中環(huán)氧樹脂涂層鋼筋應(yīng)用最為廣泛，它是在鋼筋表面涂保護膜，隔離鋼筋與腐蝕介質(zhì)的接觸。可以與鋼筋阻銹劑聯(lián)合使用，但在復(fù)雜的交叉部位，鋼筋彎曲時存在較大的應(yīng)力，會影響到環(huán)氧樹脂涂層鋼筋的粘結(jié)性，則不宜使用環(huán)氧涂層鋼筋。

(3)陰極保護。陰極保護常作為一種補助措施來防止混凝土中鋼筋的腐蝕。陰極保護可以應(yīng)用外加電流的方法，也可以將比鐵更活潑的金屬與鐵相連。但是陰極保護應(yīng)在克服其自身缺陷的條件下采用，否則也會加速鋼筋的銹蝕，起到負面的作用。

(4)混凝土外涂層。混凝土表面涂層是降低氯離子滲透速度和混凝土碳化速度的有效輔助措施?；炷镣馔繉踊旧峡梢苑譃榍秩胄秃透綦x型兩種，它可以包括薄涂層、復(fù)合型涂層或厚涂層、滲透型涂層等。

(5)采用高強度混凝土。高強度混凝土可以降低氯離子在混凝土中的滲透速率，同時還可以增加混凝土的電阻率增加，延遲腐蝕的開始和降低腐蝕開始后的速率。

3 結(jié)語

雖然鋼筋銹蝕會給混凝土建筑物帶來嚴重的危害，但在實際施工中，只要加強領(lǐng)導(dǎo)，嚴格管理，精心施工，并根據(jù)環(huán)境的特點和材料的性質(zhì)，采取相應(yīng)的措施，是完全能夠防止和推遲混凝土中鋼筋的銹蝕，從而提高混凝土的適用性和耐久性。

［1］張譽，蔣利學(xué)等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003:64-91.

［2］劉乘京.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計［M］.北京:人民交通出版社，2007.