氯离子对钢筋水泥结构的腐蚀

摘 要：随着水下混凝土结构工程的不断增多，人们越来越关心钢筋混凝土的抗腐蚀能力。氯离子引起的钢筋混凝土结构的腐蚀是导致混凝土耐久性降低的最主要因素。文章从氯离子侵蚀钢筋机理以及氯离子侵蚀对混凝土碳化的影响出发，探讨了预防氯离子侵蚀的技术措施。

关键词：钢筋混凝土；氯离子；混凝土碳化；耐久性

1 氯离子侵蚀钢筋机理

与其他的离子相比，氯离子的穿透能力相对较强。一般情况下，钢筋表面都有一层保护钢筋的钝化膜。所以，氯离子对钢筋进行腐蚀时，首先附着在其表面的钝化膜上，使膜上的 pH 值迅速降低进而破坏这个保护膜，最后造成钢筋的局部腐蚀。但并非所有氯离子都是有害和都能对混凝土钢筋进行氯离子侵蚀的。例如，在水化作用之前部分氯盐会和混凝土中的一些其他的成分反映形成难溶性水化铝酸盐等，有些部分氯化物是不能腐蚀钢筋。所以，我们可以发现对钢筋进行腐蚀的只是游离氯离子，换个说法就是水溶性氯离子。由于建筑物的钢筋周围都是有混凝土保护的，来源于外部环境的游离氯离子慢慢扩散穿透钢筋外层的混凝土，最终引起钢筋的腐蚀。

砼是一种非均质性的材料，氯离子在侵蚀钢筋表面的钝化膜时，不可能大范围的进行，发生部位一定会在一个点上，而这个局部点则成为了阳极，而此时未被腐蚀的大部分钢筋则相对成为了阴极，形成了电化学腐蚀。而这个腐蚀的结果是钢筋表面形成局部腐蚀，故又可以称呼为点蚀或坑腐蚀。这种腐蚀对断面小和应力高质地脆的预应力筋有很大的影响。在混凝土中含有大量的氯离子的情况下，同时钢筋外只有较小的混凝土保护层厚度，空气中的氧可以大范围的穿过混凝土抵达钢筋的外层，如此就会在钢筋的表面引来更大剂量的氯离子去破坏钝化膜，使一个点蚀部位逐渐扩大，由于附近的点蚀部位太多，结果可想而知，大范围的钢筋腐蚀面就会形成。在整个电化学腐蚀的过程中，负价氯离子与正价铁离子相遇形成可溶性物质，不仅加大了钢筋的腐蚀范围，而且由于生成物是可溶的，并没有使氯离子减少，可进行持续的腐蚀。在溶解后的正价铁离子遇各种化学反应，最终生成铁锈。

据研究发现，引起钢筋锈蚀的最主要原因就是混凝土中的氯离子，这种危害发生的几率会因为氯离子的增加而提高和更加剧烈。当混凝土中的氯离子浓度大于临界值时，再加上特有的环境，即是有氧气和水，钢筋腐蚀的现象就会发生。

2 氯离子侵蚀对混凝土碳化的影响

混凝土的碳化就是混凝土经过一系列的化学反应而导致的腐蚀现象。众所周知，混凝土是呈现碱性的，根据相应的化学研究发现，水泥在与水、砂石等搅拌制成混凝土的过程中，经过一系列的化学反应而形成混凝土，同时表明混凝土中所加的水泥越多，反映中产生的负价氢氧根例子越多，水泥的碱性也就越强。当空气中CO2气体经过长时间的渗透，到达了混凝土内部，与混凝土中氢氧根离子起化学反应后生成碳酸盐和水，同时使整个混凝土碱度降低的过程就叫做混凝土碳化，或者称为混凝土的中性化。一般情况下，混凝土中都是含有氯盐的，其中包含的氯离子与C3A进行化学反应生成不稳定的低氯型水化氯铝酸钙，然后再与扩散进入混凝土中的CO2 进行反应生成氯盐和碳酸盐。上述的反应过程并不是一蹴而就的，它是一个循序渐进的过程。首先在混凝土被碳化之前，这种叫作低氯型水化氯铝酸钙的盐类是均匀分布于砂浆中的， 空气中的CO2首先与表面的混凝土发生碳化反应，而低氯型水化氯铝酸钙分解后产生的氯离子是溶于混凝土中的孔溶液的，并且其可以在溶液中自由随机的移动，当分解出来的氯离子迁移到未碳化区，就可以重新形成低氯型水化氯铝酸钙，并与扩散的该区域的CO2再发生碳化作用。这种循环的碳化作用不仅使碳化范围越来越大，引起了混凝土的变质，而且在碳化作用中的氯离子逐步向内部扩散，与水和氧在钢筋表面相遇，引起钢筋的锈蚀，更重要的是碳化作用使混凝土的保护作用降低，更加加剧了钢筋的锈蚀现象。

3 预防氯离子侵蚀的技术措施

经过多年的实践经验发现， 采取相应的措施是可以增加混凝土的使用年限的，例如，减小混凝土水灰比、掺加微细矿物成分、增加混凝土密实性以及增加保护层厚度等都是有效的措施。

3.1 控制原材料带入氯离子的含量。钢筋不仅可以与酸反映，而且也可以被碱腐蚀。因为混凝土是呈现碱性的，所以控制混凝土中碱的浓度和应尽量减少混凝土中的 Cl-的含量是可以有效延长混凝土的使用寿命的。

3.2 控制混凝土的湿度。由于混凝土结构含有较多的氯盐， 同时必定会受到干湿条件的影响， 但对钢筋锈蚀影响最大的还是混凝土的渗透性和厚度。经研究发现，氧气在湿饱和条件下的液体中拥有相对较慢的扩散速率，有效的减少了钢筋锈蚀现象的发生。而如果混凝土是半干状态的，氧气的扩散速率就会大大加强， 钢筋的腐蚀就会更加快。所以，使用质量较好且对氯离子的抗渗透性较大的混凝土，有效的防止钢筋的腐蚀。

3.3 采用表面处理方法。在钢筋表面涂上一层更加容易锈蚀的金属材料，可以有效的减少钢筋锈蚀的可能。

3.4 掺入阻锈剂。钢筋阻锈剂顾名思义就是阻止氯盐对钢筋产生腐蚀的作用。阻锈剂可以消除或者减缓钢筋锈蚀过程中的化学反应，使Cl-在进行电化学反应中扮演角色的作用减小或者消除，最终达到延缓腐蚀的过程的目的，可以让混凝土结构更加持久安全的使用。亚硝酸钠是一个良好的阻锈剂，但由于在使用过程中各种不利的因素，使它并不能得到人们的认可。目前，世界上使用最广而且效果较好的阻锈剂亚硝酸钙。研究发现，亚硝酸盐类阻锈剂是一种氧化型缓蚀剂，所以在使用过程中必须保证它的用量达到要求，否则腐蚀现象会比未使用之前更加严重。

3.5 电化学保护。电化学保护是依据电化学腐蚀现象而找出的一种解决钢筋锈蚀的方法，根据上文所述知道，在钢筋腐蚀的过程中引起了电位的变化，而这种电化学保护的方法就是利用外部电流的流入改变钢筋表面的电位，最终降低钢筋的腐蚀速度。同时，电化学保护的方法分为阴极保护与电化学处理。阴极保护法在易受碳化的混凝土或者是氯化物污染较严重的混凝土中应用最为广泛，此方法较有效而且经济。在采用阴极保护法的时候我们又可以从两个方面来进行考虑，一种就是牺牲阳极保护法，而另一种是外加电流阴极保护法。而后者在目前有广泛的使用同时随着科技的发展也在技术上有了较大的进步。而电化学处理的方法亦可用于混凝土碳化或有氯化物污染的地方，该方法既可以节约资源成本，而且能够提高社会效益，引起了高度重视。

4 结语

水下工程或者部分水下工程，钢筋混凝土结构会受到氯离子的腐蚀。所以需要采取相应的措施，才能够降低氯离子带来的影响。目前普遍的方法有：控制原材料带入氯离子的含量、控制混凝土的湿度、采用表面处理方法、掺入阻锈剂、电化学保护等方法都能够有效的降低氯离子带来的影响。

参考文献

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