鋼筋混凝土結構的腐蝕及防治措施

周 玲（云南林業(yè)職業(yè)技術學院，云南 昆明650224）

現(xiàn)代建筑工程離不開混凝土，特別是鋼筋混凝土結構，混凝土在各種物理、化學及它們的綜合作用下，會發(fā)生碳化和劣化，導致混凝土強度降低，從而縮短建筑物的使用壽命。隨著人們對建筑質(zhì)量有了更高的要求，也越來越重視建筑工程中的腐蝕現(xiàn)象。由于多種因素影響，在建筑工程中腐蝕無所不在。腐蝕給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失，也給我們生存的建筑空間帶來不確定的安全隱患，如果建筑物在建造時對結構材料不采取或不實施防腐措施，則腐蝕性介質(zhì)就可能損壞建筑結構，甚至使其喪失使用價值。在大多數(shù)情況下，鋼筋混凝土結構的損壞主要是結構中的鋼筋先受到腐蝕而引起的。

1 鋼筋混凝土結構的腐蝕的類型

鋼筋混凝土在通常條件下具有優(yōu)良的耐久性，但在某些侵蝕性介質(zhì)的作用下，混凝土結構會逐漸遭到破壞，這種現(xiàn)象稱為混凝土的腐蝕。與混凝土相接觸的周圍空氣、水和土壤中含有不同濃度的酸、堿、鹽類侵蝕性介質(zhì)時，當其進入混凝土內(nèi)部，與之相關成分發(fā)生物理化學反應后，混凝土變得疏松遭受腐蝕，逐漸發(fā)生綻裂剝落，進而引起鋼筋腐蝕、強度下降，最后導致結構失效?；炷粮g的原因和機理隨侵蝕介質(zhì)和環(huán)境條件而異，一般分為三類：

1.1 溶蝕性腐蝕

水泥水化物生成物中的Ca(OH)2最容易被滲入的水溶解，又促使水化硅酸鈣、水化鋁酸鹽等堿性化合物發(fā)生水解，最終完全破壞水泥石結構。某些酸鹽溶液滲入混凝土，生成無凝膠型的松軟物質(zhì)，易被水溶蝕。水泥石的溶蝕程度隨滲流速度增大而增大，溶蝕后，膠結能力減弱，混凝土材料的整體性被破壞。

1.2 結晶膨脹性腐蝕

含有硫酸鹽的水滲入混凝土中，與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2起置換反應生成硫酸鈣（CaSO42H2O）以溶液形式存在。硫酸鈣再與水化物鋁硫酸鹽起作用生成含有多個結晶水的水化鋁硫酸鈣，體積膨脹1.5 倍以上，在混凝土結構中產(chǎn)生內(nèi)應力，造成極大的膨脹性破壞作用。

1.3 電化學腐蝕

鋼筋與潮濕介質(zhì)、水、土壤接觸時，表面覆蓋一層水膜，水中溶有來自空氣中的各種離子，這樣便形成了電解質(zhì)。首先鋼筋中的鐵素體失去電子即Fe →Fe2++2e 成為陽極，滲碳體成為陰極。在酸性介質(zhì)中H+得到電子變成H2跑掉；在中性介質(zhì)中，由于氧的還原作用使水中含有的OH-隨之生產(chǎn)不溶于水的Fe(OH)2；進一步氧化成Fe(OH)3及其脫水產(chǎn)物Fe2O3，即紅褐色鐵銹的主要成分。

2 鋼筋混凝土結構腐蝕的原因分析

2.1 混凝土結構腐蝕

混凝土的腐蝕往往是多種腐蝕介質(zhì)同時存在的一個極其復雜的物理化學作用過程。

2.1.1 環(huán)境介質(zhì)的侵蝕

環(huán)境介質(zhì)對混凝土的侵蝕主要是對水泥石的侵蝕。當混凝土結構處在有侵蝕介質(zhì)作用的環(huán)境時，會引起水泥石發(fā)生一系列化學、物理與物理化學變化，而逐步受到侵蝕，嚴重的使水泥石強度降低，以致破壞。常見的侵蝕介質(zhì)可分為淡水腐蝕、一般酸性水腐蝕、碳酸腐蝕、硫酸鹽腐蝕、鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實度降低，從而進一步造成對水泥石的破壞；當水中溶有一些酸類時，水泥石就受到溶析和化學溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠；碳酸對混凝土的影響主要表現(xiàn)在溶析水泥石的同時，破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境，降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，影響水泥石的致密度，造成對混凝土的侵蝕；硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥石組分反應，生成物體積膨脹開裂造成損壞；海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結構組分分解，同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙，會使海水侵蝕有所緩和。

2.1.2 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空氣中的CO2在潮濕（有水存在）的條件下與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生的碳化作用，生成CaCO3和H2O 的過程。這個過程是由表及里向混凝土內(nèi)部緩慢擴散的。碳化后可使混凝土的組成及結構發(fā)生變化，使混凝土的堿度降低，會使混凝土對鋼筋的保護作用降低，使鋼筋易于銹蝕，對鋼筋混凝土的結構有很大的影響。碳化還會引起混凝土收縮，導致表面形成細微裂縫。

2.1.3 混凝土的堿-骨料反應

混凝土的堿-骨料反應，是指混凝土中的堿（鈉、鉀離子）與骨料中的活性礦物組分（活性SiO2或石灰質(zhì)白云石）在一定的條件下發(fā)生的化學反應，并生成體積膨脹的產(chǎn)物引起混凝土開裂，甚至破壞。因為堿-骨料反應造成的混凝土破壞要在工程竣工后很長一段時間發(fā)生，因此往往不被人們所重視。堿-骨料反應造成危害作用往往是不能根治的，是混凝土工程中的一大隱患。

混凝土堿-骨料反應需同時具備三個條件：①相當數(shù)量的堿；②相應的活性骨料；③水分。反應通常有三種類型：堿-硅酸反應、堿-碳酸鹽反應、慢膨脹型堿-硅酸鹽反應。

2.2 鋼筋的腐蝕

在通常情況下，水泥水化產(chǎn)物中有1/5 的Ca(OH)2產(chǎn)生，混凝土空隙中充滿了由水泥水解時產(chǎn)生的Ca(OH)2飽和溶液，其堿度很高，pH 值達到13 左右，鋼筋在高堿度的環(huán)境中，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為純化膜，即使有空氣和水分進入，也不可能導致鋼筋的腐蝕，因此混凝土中鋼筋是不易生銹的。但大氣中的CO2以擴散的方式進入混凝土中，與Ca(OH)2作用而使混凝土中性化，當混凝土的液相堿度降低到11.5 以下時，鋼筋鈍化膜可能破壞，使鋼筋表面呈活性狀態(tài)，此時若有空氣和水分進入，鋼筋表面即開始發(fā)生電化學作用，由鐵變成氧化鐵，其體積發(fā)生膨脹，鋼筋的銹蝕物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe2O3等,根據(jù)最終產(chǎn)物的不同，鐵銹的體積比原金屬大2 ～4 倍，則可導致混凝土順筋開裂，腐蝕物質(zhì)從裂紋處進一步浸入，加速鋼筋的腐蝕，從而降低混凝土強度?；炷林械匿摻钼g化膜遭破壞有兩種原因：

（1）混凝土的碳化或中性化：造成混凝土碳化或中性化的原因，主要是混凝土的密實度即抗?jié)B性不足，酸性氣體（如CO2、SO2、H2S、HCl）滲入混凝土內(nèi)與Ca(OH)2作用。

（2）Cl-的腐蝕：Cl-的腐蝕是破壞混凝土最主要的因素，特別是沿海的混凝土建筑物和公路腐蝕破壞更嚴重。環(huán)境中游離的Cl-一旦滲入，對鈍化膜有特殊的破壞作用。即使在鋼筋保護層不被碳化或中性化的情況下也可以破壞鋼筋鈍化膜，成為活化態(tài)，使腐蝕過程得以進行。在氧和水充足的條件下，活化的鋼筋表面形成一個小陽極，大面積鈍化膜的區(qū)域作為陰極，結果陽極金屬鐵溶解，形成腐蝕坑，一般稱這種腐蝕為“點蝕”。點蝕對結構的危害較大，能最終使構件失去承載力。

3 預防鋼筋混凝土結構腐蝕的措施

為了提高建筑結構在各種腐蝕性介質(zhì)中的抗腐蝕性和耐久性。針對具體情況可采取下列措施防止鋼筋混凝土結構腐蝕。

3.1 選擇適當?shù)脑牧?/h3>

3.1.1 合理選擇水泥品種，使其適應于混凝土的使用環(huán)境

水泥是混凝土的膠結材料。水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結、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存在。因此水泥的選擇需注意水泥的品種具體性能，選擇堿含量小，水化熱低、抗?jié)B性、抗腐蝕性能好的水泥，并結合具體情況進行選擇。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。

3.1.2 選用質(zhì)量好，技術條件合格的砂石骨料

發(fā)生堿-骨料反應的必要條件是堿、活性骨料和水。粗、細骨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。骨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。 混凝土中所采用粗細骨料，應有較好的級配及合理砂率，使骨料有最密實的堆積，以保證混凝土的致密性，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。施工中要嚴格加強對活性骨料的控制。

3.1.3 拌合及養(yǎng)護用水

混凝土拌合及養(yǎng)護用水，應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。

3.1.4 合理摻入外加劑

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對鋼筋的阻銹能力，從而提高混凝土結構的耐久性。實踐證明，采用加入外加劑的方法，可以在一定范圍內(nèi)達到提高混凝土結構的耐腐蝕能力，是一種經(jīng)濟而有效的技術措施。大量研究表明摻入粉煤灰、礦渣等混合材料能改善混凝土的性能，改善混凝土內(nèi)孔結構，填充內(nèi)部空隙，提高密實度。摻入減水劑，可明顯地減少拌合水量，從而提高混凝土的密實性。

3.2 防腐混凝土的配合比設計

混凝土配合比的設計，應按以下兩種情況進行：一是按設計要求的強度（即按正常要求的強度）進行配合比設計；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計，必須取用上述兩種情況中強度等級的較高者。

3.3 提高混凝土的密實度

防止混凝土中鋼筋的腐蝕最經(jīng)濟而有效的方法是提高混凝土的密實度和堿度?；炷恋目紫堵试叫?，抗?jié)B能力越強，侵蝕介質(zhì)也越難進入，侵蝕作用越輕。在實際工程中，可采用多種措施提高混凝土與砂漿的密實度。如混凝土施工中，均勻攪拌、合理澆筑、振搗密實、加強養(yǎng)護，確保生產(chǎn)耐久性的混凝土，攪拌設計確保高質(zhì)量、高密度、永久性和耐用型混凝土。加強混凝土養(yǎng)護，控制混凝土表面裂縫，確保施工質(zhì)量。

3.4 表面設置隔離層或保護層

當侵蝕作用較強或上述措施不能滿足要求時，可在混凝土表面設置耐腐蝕性高且不透水的隔離層或保護層，使混凝土與周圍侵蝕介質(zhì)隔離開來或阻止有害物質(zhì)的侵入。

4 結語

腐蝕的存在不可避免，但腐蝕的消除并不是不能實現(xiàn)。只要我們深入了解腐蝕產(chǎn)生的原因，了解鋼筋混凝土結構產(chǎn)生腐蝕的機理，從而針對性地采取措施，針對性進行鋼筋混凝土結構的防腐蝕設計，通過各個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量控制，并針對有可能出現(xiàn)腐蝕的結構提前預備腐蝕防治手段，我們就能夠控制腐蝕。

[1]GB50212-91《建筑防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》，中國計劃出版社，1991 年。

[2]劉祥順，《建筑材料》，中國建筑工業(yè)出版社，2011 年。

[3]涂湘緗等，《實用防腐蝕施工技術手冊》，化工部化工防腐蝕科技情報中心站，1992 年。

[4]尤勇等，淺談鋼筋混凝土的腐蝕機理及防腐措施，北方交通，2010 年