城市鋼筋混凝土結構腐蝕與防護的必要性探討

李曉雪+劉麗蕓

摘 要：鋼筋混凝土結構在城市建設中使用廣泛，腐蝕損壞是比較常見的嚴重破壞形式。文章分析了國內(nèi)部分典型城市中的鋼筋混凝土結構的腐蝕機理，對城市大氣環(huán)境中的鋼筋混凝土結構提出了建設性防護措施。

關鍵詞：鋼筋混凝土；腐蝕機理；腐蝕防護

中圖分類號：TU375 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0180-02

1 概述

目前，鋼筋混凝土結構仍是現(xiàn)代建筑中的主體結構之一，橋梁、樓房、道路、碼頭等建筑都離不開鋼筋混凝土結構。但鋼筋混凝土結構往往在使用較短時期后就開始出現(xiàn)裂縫、鋼筋腐蝕等劣化現(xiàn)象，需要花費大量費用進行經(jīng)常性維修維護。發(fā)達國家的腐蝕維護費用中，約50%是用來修復鋼筋腐蝕造成的混凝土結構損壞[1]。因此如何對鋼筋混凝土結構進行有效防護、提高其耐久性是國內(nèi)外共同研究和關注的重大問題。

本文就國內(nèi)部分典型城市的大氣腐蝕環(huán)境和鋼筋混凝土的腐蝕機理進行了分析，并對城市鋼筋混凝土結構的保護措施進行了探討。

2 城市大氣腐蝕環(huán)境分析

國際標準化組織頒布的涂料與涂裝技術指導性國際標準ISO12944-1～8：1998《色漆和清漆——保護漆體系對鋼結構的防腐保護》中，將大氣腐蝕環(huán)境大致分為鄉(xiāng)村大氣、城市大氣、工業(yè)大氣和海洋大氣四種類型。腐蝕共分為5個級別，其中城市大氣腐蝕環(huán)境為C3級，主要受工業(yè)氣體污染，或有低鹽分的海濱地區(qū)，腐蝕等級為中等。

2.1 居住城市

居住城市人口眾多，腐蝕性氣體來源主要是冬季供暖燃煤排放的氣體及車輛排放的尾氣，這些排氣中含有大量的酸性氣體，如CO2、NO2及SO2。以北京為例，根據(jù)北京市2004、2005年大氣污染檢測情況（圖1）可以看出，北京市大氣中主要腐蝕性氣體，除CO2外，還含有大量NO2及SO2。NO2含量變化不明顯而SO2在每年冬季時含量增多，主要是由于冬季供暖燃煤所致。

2.2 工業(yè)城市

工業(yè)城市的主要腐蝕性氣體來源是冶金、化工、機動車排氣等。以遼寧各市為例，遼寧省沈陽、鞍山、本溪等城市是典型的重工業(yè)城市，大氣污染屬于煤煙、汽車尾氣和自然揚塵混合型污染，其中以煤煙型污染為主，大氣中主要污染物為TSP和SO2，同時含有大量的NOX（圖2）。除SO2、NOX、CO2酸性氣體本身對混凝土的侵蝕外，大量懸浮顆粒吸附水分、腐蝕性氣體附著在混凝土表面，加重了對混凝土的腐蝕。

圖2 遼寧省中部5個城市2002年SO2的季節(jié)變化[3]

（1、2、3、4分別代表春夏秋冬，5 代表平均）

2.3 沿海城市

沿海城市混凝土結構主要受水分、Cl-與酸雨的三重侵害。以青島市為例，青島是典型的沿海城市，受海洋大氣環(huán)境與內(nèi)陸大氣環(huán)境綜合影響。由于沿海，空氣濕潤且含有大量的Cl-離子，另外由于城市內(nèi)汽車保有量大，尾氣排放量大，以及北方城市冬季供暖燃煤，都排放大量的酸性氣體SO2與NOx。

另外，北方城市與南方城市的大氣腐蝕環(huán)境也有區(qū)別。北方城市主要CO2、SO2與NOx含量高，而南方城市主要由于氣候潮濕多雨，水分對混凝土的腐蝕更為嚴重。

3 城市大氣環(huán)境鋼筋混凝土腐蝕機理

鋼筋混凝土結構由于常常處于室外環(huán)境中，容易受溫度、天氣及大氣環(huán)境影響而腐蝕，嚴重的影響了混凝土結構的耐久性和安全性。城市大氣環(huán)境中的鋼筋混凝土結構主要腐蝕機理為中性化、凍害和氯離子侵害。

3.1 中性化[4]

由于混凝土是強堿性的，容易被空氣中的酸性氣體腐蝕。以北京市為例，由于人口、機動車輛、工廠較多，每天排放大量的CO2、SO2等酸性氣體[5]。當大氣中的CO2、SO2遇水后變成酸性液體，不斷地滲透侵蝕混凝土，使其pH值逐漸降低，水泥水化產(chǎn)物發(fā)生分解，使其強度大大降低。中性化反應過程為：

CO2+H2O+Ca（OH）2→CaCO3+2H2O

3.2 凍害[6]

北方城市，冬季時天氣寒冷，溫度低，混凝土中本身含有的水分和降水侵入，當溫度達到0℃以下時，混凝土中的水分就會結冰，這就使得混凝土表面和內(nèi)部由于冰的體積增大而出現(xiàn)脹裂。當氣溫升高時冰融化，反復的凍融使混凝土淺表面產(chǎn)生裂紋而變得疏松，從而導致脫落。凍融不僅使混凝土本身遭到破壞，同時也使其中的鋼筋失去保護層而加速腐蝕。

3.3 氯離子侵害

氯離子是一種滲透力極強的腐蝕介質(zhì)，當它接觸到鋼筋表面時便會迅速破壞鋼筋表面的鈍化層，即便在強堿環(huán)境中依然會引起腐蝕。鋼筋混凝土結構施工時，往往引入大量Cl-，例如使用海砂、施工用水中含Cl-、加入含Cl-的防凍劑等。另外，鋼筋構件長期服役于含氯的環(huán)境中，例如城市立交橋冬季使用的“融雪劑”及沿海城市建筑等會長期受高氯環(huán)境的影響。氯離子透過混凝土覆蓋層內(nèi)的孔隙或裂縫，擴散到達鋼筋表面，使鋼筋去鈍化，破壞了鈍化膜，在水和氧的共同參與下形成腐蝕電池，鋼筋便發(fā)生腐蝕。

4 城市大氣環(huán)境鋼筋混凝土的防護

城市大氣環(huán)境中的鋼筋混凝土結構，無論新建結構還是已建結構，均有必要進行防腐保護，可從提高混凝土自身抗腐蝕能力及增加抗腐蝕涂層等方面加以考慮。

4.1 提高鋼筋混凝土自身抗腐蝕性能[7]

提高鋼筋混凝土的密實性，提高鋼筋混凝土的自身強度即提高自身對鋼筋的保護能力是最重要、最根本的措施。可以通過摻入外加劑，包括粉煤灰、礦渣、海水耐蝕劑、減水劑等來提高混凝土的密實性；可以在混凝土中摻入一定數(shù)量纖維增強材料，形成一種均質(zhì)的纖維增強水泥基復合材料，增強混凝土的韌性、抗沖擊性和抗裂性，減緩混凝土裂紋的產(chǎn)生；在新建鋼筋混凝土構件時，可以在鋼筋表面加防護處理，例如表面涂刷防腐涂料及緩蝕劑等，對鋼筋進行防腐預處理。endprint

4.2 鋼筋混凝土陰極保護

陰極保護主要包括犧牲陽極保護及外加電流保護兩種。犧牲陽極保護具有無需提供輔助電源，施工簡便，不必經(jīng)常維護管理的優(yōu)點，由于陽極材料在實施陰極保護過程中可溶，金屬可以被消耗，所以常用于受鹽污染的混凝土結構。外加電流陰極保護是以直流電源的負極與被保護的鋼筋相接，正極與溶性輔助陽極相接提供保護電流。電流通過連續(xù)的混凝土介質(zhì)，到達混凝土表面使鋼筋發(fā)生陰極極化而受到保護，優(yōu)點是電源的電流可以調(diào)控，鋼筋可以處于一定的電流之下。

4.3 外加涂層防護[8]

表面涂層技術是提高鋼筋混凝土工程防腐蝕性能最簡便、經(jīng)濟有效的方法。涂層技術不僅可以運用到新的混凝土建筑，還可以運用到在役混凝土建筑的修復中。使用防腐涂料對鋼筋混凝土結構表面進行涂裝，可以起到防腐蝕、防水、防潮及裝飾作用。涂料可以在混凝土表面形成一層屏蔽阻隔層，阻止腐蝕介質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部造成腐蝕，同時阻止水侵入混凝土內(nèi)部，使混凝土構件一直處于干燥的環(huán)境中，有利于減緩鋼筋混凝土銹蝕。

5 結束語

鋼筋混凝土結構的腐蝕是無法徹底避免的，但可以通過各種措施進行保護，以提高其結構耐久性。城市中的工業(yè)建筑、民用建筑、道路、橋梁等混凝土結構，均有必要采取防腐措施進行保護。混凝土表面進行防腐涂層涂裝保護是最經(jīng)濟有效的保護方法。

參考文獻：

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