路桥工程钢筋混凝土的腐蚀与防护

摘要：对路桥工程中钢筋混凝土的腐蚀进行了环境分析，对主要的腐蚀类型进行了相关介绍，最后提出了一些防护的方法。

关键词：路桥；钢筋混凝土；腐蚀；防护

钢筋混凝土是由水泥、集料(碎石、砂子)和钢筋复合而成的结构材料，广泛应用于各种工程建设中。通常条件下，钢筋混凝土在自然环境中的腐蚀并不严重，因此未引起人们的足够重视。随着环境的污染恶化，环境介质中腐蚀性物质含量增加，混凝土结构遭受而破坏的现象日益严重。因混凝土腐蚀而造成的经济损失占国民经济的比例逐年增高，因腐蚀造成的破坏事故也时有发生，因此，钢筋混凝土的腐蚀与防护问题逐步得到人们的重视，成为研究和关注的一个重要方向。

一、腐蚀环境分析

钢筋混凝土的腐蚀包括混凝土中钢筋的腐蚀及混凝土材料本身的腐蚀，其中钢筋的腐蚀属于电化学腐蚀，混凝土材料本身的腐蚀属于化学腐蚀和物理腐蚀。路桥工程中，钢筋混凝土所处的环境属于自然环境(大气、水、土壤)。表面上看，自然环境的腐蚀问题不及工业环境腐蚀那么明显，但这类腐蚀情况十分复杂，影响因素很多，特别是在环境污染严重的地区，SO2、CO2等腐蚀性物质含量增大，而且不同地域之间，甚至同一地域的不同位置，环境的腐蚀性是不同的。世界各国对自然环境的腐蚀问题十分重视，建立了众多的环境腐蚀试验网站，取得了大量的数据。我国也开展了这方面的研究、试验工作，为自然环境的腐蚀研究打下基础。

二、主要的腐蚀类型

1、化学腐蚀

钢筋混凝土的化学腐蚀主要包括：酸性物质腐蚀、分解腐蚀、硫酸盐腐蚀、碱集料反应等。

(1)酸性物质腐蚀。

大气中的SO、CO、C1、酸雨与酸性水、酸性土等，均能与混凝土直接起反应，中和混凝土中的碱〔Ca(OH)2〕，也能与混凝土中的其它成分起作用而发生腐蚀。同时混凝土中碱度的降低，会导致钢筋表面钝化膜的破坏，也加速了其内部钢筋的腐蚀。

(2)分解腐蚀。

水泥水化产生部分Ca(OH)2使混凝土具有强碱性(pH>7)，使其内部钢筋处于钝化状态。但Ca(OH)2是不稳定的，一方面易与酸性物质发生中和反应，另一方面能不断溶于软水中。在大气中，也能不断从混凝土内部向表面析出。

(3)硫酸盐腐蚀。

硫酸盐能与混凝土中的水泥水化产物起化学反应，生成体积更大的新结晶物。

(4)碱集料反应。

水泥在水化过程中会析出碱性物质，如NaOH或KOH，在混凝土的硅质集料中如果含有碱活性的物质，如氧化硅，就会发生反应，形成体积膨胀的硅胶，使混凝土受到破坏。

2、物理腐蚀

物理腐蚀主要是指结晶性破坏，也叫膨胀性腐蚀。这种破坏主要是由硫酸及硫酸盐以及NaCL等盐类引起的。钢筋混凝土结构本身存在很多微小孔隙，在使用过程中随时可能渗入可溶性盐类。当盐分深入到混凝土内部，在干湿交替情况下，水分挥发，盐类结晶析出，晶体体积膨胀导致混凝土开裂、疏松、粉化。既失去结构强度，又失去对钢筋的保护，使混凝土遭受结构性破坏。

3、杂散电流腐蚀

通常把不按预定线路流通的电流称为杂散电流，由杂散电流所引起的腐蚀称为杂散电流腐蚀。杂散电流主要是由电力设备泄漏到周围环境介质(主要是土壤介质)中的电流。输变电设备、输电线路、电车电源、铁路轨道等设备都可能产生杂散电流。

杂散电流通过钢筋混凝土时对混凝土本身并不产生影响，但如果有钢筋存在，钢筋能够起到汇集电流的作用，并把电流引导到排注流点处。在杂散电流由混凝土进入钢筋之处，钢筋呈阴极。如果阴极析氢且氢气不能逸出，则氢气将在钢筋与混凝土的界面处聚集，产生压力、使钢筋与混凝土的结合强度降低甚至剥离。如果有钠或钾的化合物存在，则电流的通过还会在钢筋与混凝土的界面处产生可溶的碱式硅酸盐或铝酸盐，使结合强度显著降低。而在电流离开钢筋的部位，钢筋作为阳极发生腐蚀。腐蚀产物在阳极周围堆积产生膨胀而使混凝土开裂。

4、应力腐蚀

钢筋混凝土在实际应用中同时受到应力和腐蚀介质的双重作用，会发生应力腐蚀。腐蚀的程度与载荷水平、介质浓度和类型，以及混凝土的配合比等因素有关。混凝土应力腐蚀的机理非常复杂，目前国内外还没有统一的说法。

三、钢筋混凝土的腐蚀防护方法

1、表面涂层防护层

涂层可以把混凝土结构与外界腐蚀环境隔绝，对于保护混凝土本身、保持碱度和防止腐蚀介质的渗透是十分有效的。由于混凝土是碱性材料，因此，混凝土表面的涂料要采用有良好耐碱性和附着力的环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、氯化橡胶等涂料。沥青也是一种较好的涂层材料，在桥面上铺设沥青，实际上也可以起到一定的涂层保护的作用。

2、阴极保护

钢筋混凝土中钢筋的腐蚀，同其余钢铁构件的腐蚀一样，都是电化学腐蚀。根据阴极保护的原理，采用外加电流或牺牲阳极的方法，使混凝土内的钢筋受到保护。阴极保护一般适用于导电性良好的腐蚀环境，对于电阻率较大的钢筋混凝土，通常采用导电涂料层来实现，如导电砂浆覆盖层。在实施阴极保护时要严格地控制保护电位，使钢筋处于最佳保护状态。在有杂散电流腐蚀的情况下，阴极保护是一种常用的在有杂散电流腐蚀的情况下，阴极保护是一种常用的影响，在阴极保护设计时要加以注意，或者考虑使用外加电流的阴极保护方案。

3、混凝土中添加缓蚀剂

在混凝土中添加缓蚀剂，能够抑制或减缓混凝土中钢筋的腐蚀程度，使用方便，效果也较好，被认为是钢筋混凝土的一种长效防腐蚀措施。钢筋混凝土中使用的缓蚀剂主是亚硝酸钙。在实际中，往往添加缓蚀剂的方法与其它的防腐蚀措施联合使用，以求达到最佳的保护效果。

4、钢筋混凝土的腐蚀监测

腐蚀监测的方法有物理方法、无损检测方法和电化学方法等。由于混凝土结构中钢筋所处的环境特殊，传统腐蚀监测方法的应用受到限制。人们对适合钢筋混凝土结构的腐蚀监测方法进行了大量的研究工作。

(1)钢筋混凝土腐蚀监测的电化学方法。

根据前面的分析，混凝土中钢筋的腐蚀属于电化学腐蚀，因此基于电化学测试技术的腐蚀监测方法能够应用于钢筋混凝士的腐蚀监测。钢筋混凝土腐蚀监测的电化学方法主要有交流阻抗法、表面电位法(电位图法)、电位梯度法、极化曲线法、线性极化法以及恒电流脉冲技术等方法。

(2)钢筋混凝土腐蚀监测的光纤传感技术。

光纤传感技术利用了光纤耐腐蚀、抗强电磁干扰、耐高温、集信息传感与传输于一体等优点，受到人们的关注，成为钢筋混凝土腐蚀监测技术新的研究重点。主要是将多参数光纤传感器预先埋植在公路和桥梁的钢筋混凝土中，对混凝土内部的腐蚀情况进行监测。

5、选择新型钢筋

(1)涂／镀层钢筋。

钢筋的腐蚀是钢筋混凝土腐蚀的重要方面，人们研究了钢筋表面防护的各种方法，包括镀锌钢筋、包铜钢筋、环氧涂层钢筋等。其中环氧涂层钢筋被认为是防止钢筋腐蚀的有效措施之一，在国内外工程中得到比较广泛的应用。

(2)不锈钢钢筋。

采用奥氏不锈钢或双相不锈钢钢筋来代替普通碳钢钢筋，借助不锈钢优良的耐蚀性能，腐蚀速度大大降低，从而延缓混凝土结构的腐蚀破坏，但这种方法成本较高。

(3)高强度非金属材料代替钢筋。

用玻璃纤维或碳素纤维强化的塑料“钢筋”，具有取代普通钢筋的潜力，彻底摆脱钢筋锈蚀引起的混凝土结构开裂、剥落、破坏的可能。

6、新型混凝土材料的应用

影响混凝土腐蚀及耐久性的因素主要有混凝土的抗渗透性、电阻率、碱度、水灰比等。改变这些因素，就可以改变成为国内外研究及应用的热点方向，出现了所谓的高性能混凝土、长寿命混凝土等新型的混凝土材料。我国三峡工程的混凝土结构中就添加了一级粉煤灰、高效碱水剂等物质，使得其性能大大提高。

参考文献：

〔1〕泰国冶，田志明，防腐蚀技术与应用实例，北京：化学工业出版社，2002.

〔2〕吴贤官，钢筋混凝土结构的腐蚀与涂料防护.腐蚀与防护，1990，20(7)：339—340.

〔3〕魏宝明，储炜，王鹰，混凝土中钢筋的腐蚀与防护.腐蚀与防护。1999．20(2)：56.