论钢筋混凝土的腐蚀原因及混凝土防腐措施

摘要：混凝土是当今社会广泛应用的建筑材料，常用的混凝土是由粗、细骨料、水泥、水按适当比例配合拌制而成，经过一定时间的养护硬化而成的人造石材。在混凝土中配以适量的钢筋，则为钢筋混凝土。混凝土的腐蚀将使钢筋失去保护而锈蚀，直接影响着结构的耐久性和安全性。本文论述了钢筋混凝土基本的防腐措施。

关键词：混凝土；碳化；腐蚀；防腐措施

混凝土腐蚀的原因分析

1.1氯化物的侵蚀

在沿海、内陆(如盐桥、盐碱地) 或盐碱工业区，混凝土的骨料和拌制用水的氯盐含量较高，而且其工作环境也受氯盐的侵蚀，氯盐对混凝土和钢材有如下的腐蚀作用：

（1）对混凝土的腐蚀：①MgCl2与混凝土中的Ca结合形成CaCl2能溶于水，形成多孔混凝土；②海水中的MgSO4与混凝土中的Ca(OH)2反应生成CaSO4，又与铝酸钙生成硫铝酸钙――水泥杆菌，混凝土发生膨胀破坏；③盐分子在混凝土毛细管内上升，不断结晶、聚集，从而胀裂混凝土。

（2）对钢筋的腐蚀：①氯离子破坏钝化层；②氯离子与铁构成了原电池，在钢筋表面形成特有的坑蚀；③氯离子与铁离子生成FeCl2，再溶于水并转换成Fe(OH)2，释放出氯离子，周而复始，腐蚀钢筋，此为极化作用。然而并非氯离子一到达钢筋表面就能破坏其钝化保护膜，也就是引起钢筋的腐蚀，而是当氯离子的浓度超过引起钢筋腐蚀的临界氯离子浓度才会发生钢筋的腐蚀。有研究表明：氯离子临界浓度与pH值间存在一定的关系，Huasmann发现当[Cl-]/[OH-]>0.6时，钢筋开始腐蚀。而且只要少数的氯离子就可以周而复始的引发腐蚀，造成恶性循环。Gouda认为氯离子临界浓度与pH值之间的关系为：pH=0.83logCl-+K（其中K为常数）。到目前为止，关于临界氯离子浓度引起钢筋腐蚀的观点已得到许多科学工作者的认可，同时也取得了一些研究成果。

1.2冻融

冻融破坏是我国北方地区水工混凝土建筑在运行过程中产生的主要病害，对于混凝土破坏来说，无论酸蚀冻融、碱蚀冻融、还是盐蚀冻融，都是物理作用及化学作用的综合效应，而单一的冻融因素破坏过程，则基本上是一个物理变化过程。

混凝土在冻融破坏过程中，主要反映其密实度和强度上的宏观特性呈逐步下降的趋势，冻结温度越低和冻结速率越快，混凝土的冻融破坏力越强。混凝土在冻融破坏过程中反映在微观结构上的变化为微孔含量在逐步增加，微孔直径在逐步扩大，此时混凝土由密实体逐渐转变为松散体。可见混凝土微孔结构的增加和微裂缝的发展，导致了混凝土宏观强度和密实度的降低。

1.3 其他影响因素

（1）二氧化硫、硫酸盐及细菌的影响

二氧化硫能与混凝土发生中和作用，生成微溶的钙盐，此钙盐结晶时结合大量的水，使固相体积大大增加，导致混凝土发生结晶性腐蚀。若有硫氧化菌存在时，由于反应：S+O2+H2OH2SO4生成的 H2SO4不但会引起混凝土的碱度降低，而且还会导致混凝土发生结晶腐蚀。同时，硫酸根离子也能对钢筋直接产生破坏作用，硫酸根的去钝化作用能导致钢筋发生腐蚀。

（2）碱―骨料反应

碱―骨料反应是混凝土中某些活性矿物骨料与混凝土孔隙中的碱性溶液之间发生的反应。必备的三个条件是活性矿物集料（活性二氧化硅、白云质类石灰岩或粘土质页岩等）、碱性溶液（KOH、NaOH）和水。温度、湿度和含盐量对碱―骨料反应有促进作用。

（3）环境湿度的影响

钢筋腐蚀与环境湿度有直接关系，在十分潮湿的环境中，其空气相对温度接近于100%时，混凝土孔隙充满水分，阻碍了空气中氧气向钢筋表面扩散，二氧化碳也难以透入，使钢筋难以腐蚀。当相对湿度低于60%时，在钢筋表面难以形成水膜，钢筋几乎不生锈，碳化也难以深入。而空气湿度在80%左右时，有利于碳化作用，混凝中钢筋锈蚀发展很快。由于环境湿度往往随气候和生产情况而变化，因而混凝土会在条件满足时会碳化，钢筋会腐蚀。

（4）微生物的腐蚀

混凝土的腐蚀是一个非常复杂的问题，混凝土的腐蚀往往是各种因素综合作用所产生的结果，因此分析混凝土腐蚀的原因有利于我们能够更好的来预防混凝土的腐蚀。

2、混凝土腐蚀致钢筋锈蚀的主要表征

混凝土中的钢筋一旦具备了腐蚀条件，锈蚀便会发生和发展。钢筋锈蚀是一个电化学过程，由铁变成氧化铁，其体积发生膨胀，根据最终产物的不同，可膨胀2～7倍。钢筋锈蚀破坏的主要破坏特征可归纳为：

（1）混凝土顺钢筋开裂

混凝土具有较好的抗压性能，但其抗拉、抗折、抗裂性差，尤其在钢筋表面混凝土保护层缺乏足够的厚度时，钢筋锈蚀产物体积发生膨胀，足以使钢筋表面发生混凝土顺钢筋开裂。大量试验研究和工程实践表明，钢筋表面锈层厚度很薄时（如20～40μm），便可导致混凝土顺钢筋开裂。换言之，钢筋锈蚀导致混凝土开裂是容易发生的。设计、施工、使用、管理及维护人员认识到这一点十分重要。要使混凝土不发生顺钢筋开裂，提高结构构件的耐久性，其方法就是要最大限度地阻止钢筋生锈，而不应立足于锈蚀发生后再采取补救措施。

混凝土一旦发生顺钢筋开裂，腐蚀介质更容易到达钢筋表面，钢筋锈蚀的速度将会大大加快。研究和工程实践表明，这时钢筋锈蚀的速度，有可能快于于大气中的钢筋。这是由于裂缝处更易促成电化学腐蚀的发生和发展。由此引出两个重要观念：一是要阻止钢筋生锈，二是钢筋锈蚀一旦发生或初见混凝土顺钢筋开裂时，就立即采取防护措施。这是被提高了的新认识，对于防止钢筋锈蚀破坏、提高结构构件的耐久性具有重要指导意义，更具有巨大经济价值。

（2）“握裹力”下降与丧失

混凝土初步发生顺钢筋开裂时，结构物物理力学性能、承载能力等，可能还没有发生明显变化（这是人们不重视初始顺钢筋开裂的重要原因之一）。然而随着裂缝的不断加宽，混凝土与钢筋之间的粘结力（握裹力）也随之下降（下降速度取决于钢筋锈蚀速度），钢筋滑移增大，构件变形。当“握裹力”丧失到一定限度时，局部或整体失效便会发生。这时的钢筋锈蚀程度也并不一定十分严重。那些对“握裹力”敏感的构件，更具重要性。

（3）钢筋应力腐蚀断裂

处在应力状态下的钢筋（包括预应力钢筋），在遭受腐蚀时有可能发生突然断裂。世界上曾发生过此类事故，如钢筋混凝土桥梁、建筑物突然倒塌等。柏林议会大厦屋顶突然塌落，即与钢筋应力腐蚀断裂有关。

应力腐蚀断裂可在钢筋未见明显锈蚀的情况下发生，断裂时钢筋属于脆断。这是“腐蚀”与“应力”相互促进的结果：应力可使钢筋表面产生微裂纹、腐蚀沿裂纹深入、应力再促裂纹开展。如此周而复始，直到突然断裂。这是一种危险的形式，应引起重视。此外应力腐蚀断裂与环境介质有关。

3、混凝土防腐措施研究分析

3.1 添加矿物质粉末

矿物质粉末包括硅灰、粉煤灰和磨细高炉矿渣微粉，从而提高水泥浆的密实性，以阻断腐蚀介质侵入的通道，从而达到防腐的目的。高强黑曜石玻璃粉末是凝固的火山熔岩重新配方熔炼改性而成、直径小于2微米的特种材料，无毒，生产过程无污染，防辐射、耐高温、耐腐蚀、耐磨、隔热、防渗透、强度高达钢铁的12倍以上。高强黑曜石玻璃粉末中含有大量纳米级微粒，能堵塞毛细微孔，提高混凝土致密性从而提高防水性能和耐腐蚀性能。此外粉末均为光滑高强玻璃状微粒，可以大大改善混凝土的均匀性，减少混凝土的结构薄弱点，提高制品的整体结构强度，并且能够释放因凝絮作用被水泥颗粒包裹的游离水，起到解絮、减少用水量的作用。还可以和水泥浆中的碱性物质发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，能堵塞混凝土中的毛细组织，提高防水性能。所以添加高强黑曜石玻璃粉末以后混凝土因为强度、防水、耐腐蚀和耐磨性能大大提高。

3.2 改善施工工艺

（1）选择合理的水泥种类和钢筋类别

配制水利工程、海洋工程用混凝土时，水泥要求耐腐蚀能力强、抗冻融性好、水化热低，应优先选用普通硅酸盐水泥或其他耐腐蚀水泥，而不应采用快硬硅酸盐水泥等。掺有高炉矿渣、火山灰、粉煤灰、硅藻土等活性熟料可有效阻止腐蚀性离子向混凝土内部渗透。

选用不锈钢筋是国外的一种发展趋势。这种钢筋的价格是普通碳素钢的4～6倍，但它长期的耐腐蚀性足以补偿初期投入的成本。无论混凝土种类和暴露状态，采用这种钢筋的混凝土保护层厚度可降低到30mm，裂缝宽度允许值放宽到0.3mm，并不需要对不锈钢筋进行硅处理。

（2）增加水泥用量

混凝土中钢筋的锈蚀是由于钢筋周围的碱性环境不复存在，保护环境消失。如果提高水泥的含量，碱性环境就会增加，碳化使碱性消失就会需要更长的时间，从而使钢筋受到保护的时间相应延长了，增加了混凝土结构的耐久性。

（3）增加混凝土保护层厚度

增加混凝土保护层厚度，使毛细孔更加不连续，各种物质侵入的难度增大，混凝土碳化到达钢筋表面的时间就大大延长，从而减少了钢筋锈蚀和混凝土腐蚀的可能。

（4）采用较低的水灰比

使用较低的水灰比和对混凝土进行足够的养护，减少毛细孔的数量，使氯化物的侵入和碳化作用的发生更加困难。另外在混凝土浇筑过程中，应加强对混凝土的振捣，减少混凝土中的气泡，增大混凝土的密实性，减少混凝土的空隙。

3.3 对混凝土进行表面处理

（1）对混凝土表面涂覆防腐涂料

在施工中常用的而且使用效果比较好的涂料有氯化橡胶漆类、聚氨脂漆类和氟树脂涂料等。氯化橡胶面漆性能稳定，耐侯性较好，干燥也较好，漆膜具有重涂性，多年以后重涂也可以保持良好的附着力；聚氨脂面漆与氯化橡胶面漆相比性能更为优异，且其保色、保光性更好，重涂也较为简单，保护周期可达20年左右；氟树脂涂料是将氟树脂与多元醇和固化剂多异氢酸混合，形成氨脂键的一种涂料，耐侯性及重涂性都很优异，同时光泽度也较好，保光、保色及抗紫外线和抗老化能力较强，该涂料防腐效果最好，但价格也最贵。

（2）对混凝土表面添加保护层

在钢筋混凝土的表面增加保护层，可以有效地避免混凝土与土壤、海水以及其他腐蚀混凝土物质的接触，可以有效地达到防腐的目的，延长混凝土的使用寿命。

4、结论

钢筋混凝土基本的防腐措施，主要有添加矿物质粉末、改善施工工艺、采用纤维混凝土结构、对混凝土进行表面处理等方法。