簡述混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕產(chǎn)生的原因及防治方法

任拓

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

隨著人們對建筑質(zhì)量的要求越高，建筑物的使用壽命是土建工程得以量化的集中表現(xiàn)，保證建筑物混凝土結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟合理的使用壽命，節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展。因此混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象也越來越被重視，混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的范圍很廣，介質(zhì)種類繁多，腐蝕形式多種多樣。在建筑工程中，應(yīng)采取“預(yù)防為主，防護結(jié)合”。

1 混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕產(chǎn)生的原因

混凝土結(jié)構(gòu)的劣化機理，環(huán)境作用決定混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，也是引起混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的主要原因。在一般環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是碳化引起的鋼筋銹蝕?；炷脸矢叨葔A性，鋼筋在高度堿性環(huán)境中會在表面生成一層致密的鈍化膜，使鋼筋具有良好的穩(wěn)定性。當空氣中的二氧化碳擴散到混凝土內(nèi)部，會通過化學反應(yīng)降低混凝土的堿度，使鋼筋表面失去穩(wěn)定性并在氧氣與水分的作用下發(fā)生銹蝕。飽水的混凝土在反復(fù)凍融作用下會造成內(nèi)部損傷，發(fā)生開裂甚至剝落，導(dǎo)致骨料裸露。環(huán)境中的氯化物以水溶氯離子的形式通過擴散、滲透、和吸附等途徑從混凝土構(gòu)件表面向內(nèi)部遷移，可引起混凝土內(nèi)鋼筋的嚴重銹蝕，氯離子引起的鋼筋銹蝕難以控制、后果嚴重。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料是混凝土與鋼筋的復(fù)合體，它的腐蝕形態(tài)可分為兩種：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破壞，同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞；二是混凝土本身并未腐蝕，但由于外部介質(zhì)的作用，導(dǎo)致混凝土本身化學性質(zhì)的改變或引入了能激發(fā)鋼筋腐蝕的離子，從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失，引起鋼筋的銹蝕。從化學成分來看，鋼筋的銹蝕物一般為Fe（OH）3、Fe（OH）2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等，其體積比原金屬體積增大2～4倍。由于鐵銹膨脹，對混凝土保護層產(chǎn)生巨大的輻射壓力，其數(shù)值可達30MPa（大于混凝土的抗拉極限強度）使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫（俗稱順筋裂縫）。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加速了鋼筋的腐蝕，等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度，混凝土保護層則開始剝落，最終使構(gòu)件喪失承載能力。

影響混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密實度，即抗?jié)B性能?；炷劣軐?，抗?jié)B性能愈高，則外界的氣體只能作用于混凝土表面，向內(nèi)部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕除了具有普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型外，由于采用高強度鋼筋和鋼筋在高應(yīng)力條件下工作，所以可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和鋼材的氫脆。應(yīng)力腐蝕是鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機械應(yīng)力破壞不同，它可以在較低的拉應(yīng)力作用下破壞，這種破壞又與單純的電化學腐蝕破壞不同，它可以在腐蝕性介質(zhì)很弱的情況下而破壞。

腐蝕性介質(zhì)與鋼筋作用，在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分布的腐蝕坑后，每個腐蝕坑相當于一個缺口，鋼筋在拉應(yīng)力的作用下，形成應(yīng)力的不均勻分布和應(yīng)力集中。在缺口的邊緣，當鋼筋平均應(yīng)力不高時，其集中的應(yīng)力即可達到斷裂應(yīng)力的水平，而引起鋼筋的斷裂。預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的結(jié)果。腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用，而拉應(yīng)力則促進了腐蝕的發(fā)展。

氫脆是預(yù)應(yīng)力鋼筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應(yīng)力腐蝕的機理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽極，而氫脆發(fā)生在鋼筋的陰極區(qū)域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫，而使其變脆，所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中，表面可能有少量氫氣產(chǎn)生，在通常情況下，生成的原子氫會迅速結(jié)成分子氫，在常溫下是無害的，但當這一過程受到阻礙時，氫原子就會向鋼筋內(nèi)部擴散而被吸收到金屬內(nèi)部的晶格中去，如果鋼筋內(nèi)部有缺陷存在，氫原子很可能重新結(jié)合成為氫分子。氫分子的生成產(chǎn)生很大的壓力，出現(xiàn)“鼓泡”現(xiàn)象，使鋼筋變脆。產(chǎn)生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時，便會發(fā)生斷裂，硫化氫是能引起預(yù)應(yīng)力鋼筋氫脆的介質(zhì)之一。

2 混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的防治方法

對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防應(yīng)針對其不同的結(jié)構(gòu)組成制定不同的辦法。

原材料的選擇：水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結(jié)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(jié)、硬化而形成。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。

粗、細集料：發(fā)生堿-集料反應(yīng)的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細集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。集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集料，應(yīng)保證致密，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?；炷涟韬霞梆B(yǎng)護用水，應(yīng)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(yīng)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?；炷镣饧觿┦窃诎柚苹炷吝^程中摻入，用以改善混凝土性質(zhì)的物質(zhì)?；炷镣饧觿┑姆秶軓V，品種很多，我國外加劑的品種目前已超過百種，其中包括減水劑、早強劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實劑、抗凍劑等。

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?qū)︿摻畹淖桎P能力，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力，是一種經(jīng)濟而有效的技術(shù)措施。但由于外加劑的化學組成，來自外加劑中的氯鹽可能使混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋脫鈍，給結(jié)構(gòu)物帶來隱患。在進行外加劑選擇時需對其中氯鹽的含量進行檢測，并做相關(guān)實驗。

防腐混凝土的配合比設(shè)計：為提高混凝土的密實性和抗中性化能力，混凝土的強度等級宜大于或等于C25。受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時，鋼筋混凝土構(gòu)件中可摻入鋼筋阻繡劑。對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其混凝土強度等級不小于C35，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)整體制作，不得采用塊體拼裝的構(gòu)件。

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

綜上所述，預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕和對混凝土腐蝕的防護是確保主體結(jié)構(gòu)能夠達到規(guī)定的設(shè)計使用年限，滿足建筑物的合理使用年限的要求，保證建筑物混凝土結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟合理的使用壽命，節(jié)約資源，滿足社會的需要。

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