论滨海地区地下混凝土结构防腐的分析

浙江当代建筑设计研究院有限公司 浙江 310000

摘要：随着社会的发展与进步，重视滨海地区地下混凝土结构防腐的分析对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍滨海地区地下混凝土结构防腐的分析的有关内容。

关键词 ：地下；混凝土结构；防腐；滨海地区；

引言：看到最近宁波某民居由于基础受侵蚀，结构耐久性不足导致整体倒塌事件，联想到我地区所属环境和宁波也基本相似，也应该加强地下结构的防腐蚀和耐久性设计。我地区属于滨海地区，地下混凝土结构由于长期处于地下海水等自然环境中，遭受破坏的程度严重，尤其是位于地下水位干湿交替部位的混凝土结构中的钢筋具有腐蚀作用。地下海水环境中混凝土结构的破坏因素主要有：钢筋锈蚀作用、冻融循环作用、溶蚀作用、盐类侵蚀作用、碱—骨科反应作用等。众多沿海地区工程的资料表明，对引起钢筋锈蚀起主导作用的是海水中的氯离子。

一、项目概述

本项目场地自然地面标高为3.10 m（国家85高程系），勘察测得场地地下水埋深1.1 m（以场地自然地面为基准），属孔隙潜水，主要受大气降水及潮汐的影响，地下水位年变化幅度为0.50～1.00 m。场地勘察报告中的水质简分析结果显示，场地地下水属“Cl--Na+型水”，依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年版，地下环境类别为III 类，综合判定地下水对混凝土结构呈弱腐蚀性，长期浸水环境对钢筋混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中腐蚀性。

根据上部建筑物的结构形式、传给基础荷载的大小以及场地地质条件，建筑物下部基础采用预应力混凝土管桩和现浇钢筋混凝土承台的结构形式。由于现浇承台及预应力预制管桩处于干湿交替环境，地下海水中的Cl-对混凝土内的钢筋具有中腐蚀作用。

项目位于亚温带地区，严重的冻融破坏可不予考虑；镁盐、硫酸盐类侵蚀和碱—骨科反应破坏则可以通过控制混凝土的组成成份来避免；这样一来如可解决地下海水中Cl-对钢筋的腐蚀是关键。为了采取有针对性防护措施，增强地下混凝土的耐久性，应首先了解Cl-对混凝土的腐蚀及破坏机理。

二、地下海水中混凝土腐蚀机理与防护

2.1、 Cl- 对混凝土的腐蚀及破坏机理

在水泥水化过程中生成大量的Ca（OH）2，使混凝土空隙中充满饱和的Ca（OH）2溶液，其pH 值大于12。钢筋在碱性介质中，表面能生成一层稳定致密的氧化物钝化膜，使钢筋难于锈蚀。但是当混凝土存在Cl-且Cl-/OH-的摩尔比大于0.6 时，即使pH 值大于12，钢筋表面的氧化物钝化膜也可能被破坏而遭受锈蚀，这是由于氯离子在这些条件下可以穿透或活化钢筋表面的氧化物钝化膜。在钢筋表面的不同部位会出现较大的电位差，产生电化学反应，形成阳极和阴极。

由上面的反应可以看出，Cl-不仅会破坏钢筋的钝化膜，而且作为腐蚀的中间产物，给腐蚀起了催化作用，加速了钢筋的锈蚀。而钢筋的锈蚀会产生膨胀，导致混凝土裂缝的产生和结构的破坏。

氯盐在引起钢筋锈蚀时可以起到以下四种作用：

1）、破坏钢筋的钝化膜

当Cl-进入混凝土中并达到钢筋表面，吸附于局部钝化膜处时，可使该处的pH 值迅速下降至4 以下，使该处的钝化膜遭受破坏。

2）、形成锈蚀电偶

在不均质的混凝土中，“渗入型”氯化物到达钢筋表面的浓度相差很大，首先在很小的钢筋表面上、混凝土孔隙内具有较高的氯化物浓度，钝化膜局部破坏，这些部位露出铁基体，成为小阳极。此时钢筋表面的大部分仍具有钝化膜，成为大阴极，小阳极和大阴极之间存在电位差异并组成锈蚀电偶。锈蚀电偶作用的结果，使钢筋表面产生坑蚀。

3）、Cl-的导电作用

混凝土中的Cl-和氯盐中的阳离子（Na+、K+、Ca2+等）的存在，提高了混凝土的吸湿性，形成了强电解质溶液，强化了离子的通路，降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，从而加速了点蚀速度。

4）、Cl-的去极化作用

关于Cl-的去极化机理，目前较流行的说法是Cl-与OH-争夺锈蚀产生的Fe2+，形成易溶的FeCl·4H2O（绿锈），绿锈从钢筋阳极区向含氧量较高的混凝土孔隙迁移，分解为Fe（OH）2（褐锈），褐锈沉积于阳极区周围，同时放出H+和Cl-，它们又回到阳极区，使阳极区附近的孔隙液局部酸化，Cl-再带出更多的Fe2+。这样Cl-作为促进锈蚀的中间产物，给锈蚀起到了催化作用，即Cl-阳极去极化作用。以上所述Cl-在钢筋锈蚀时起到的四个方面的作用即为Cl-引起钢筋锈蚀的机理。

2.2、Cl- 腐蚀的防护主要方法

1）、在混凝土中掺加钢筋阻锈剂。

能促使钢筋表面产生一层以Fe2O3或Fe3O4为主要组成的氧化物保护膜，该膜厚度约为20～100 m，并修补钢筋的缺陷，使整个钢筋被一层氧化物保护膜所包裹，致密性稳定性很好，能阻止氯离子穿透，降低铁离子的游离速度，从而达到防锈的目的。

2）、采用环氧树脂涂敷钢筋表面，防止钢筋锈蚀。

钢筋表面采用致密材料涂覆，如环氧涂层环氧涂层钢筋在欧美也有一定的应用，其应用效果评价不一。主要不利方面是，表面涂层完整性和施工过程施工质量较难控制。环氧涂层钢筋与混凝土的握裹力降低，使钢筋混凝土结构的整体力学性能有所降低；施工过程中对环氧涂层钢筋的保护要求极其严格，加大了施工难度；另外成本的明显增加也使其推广应用受到制约。

三、本项目采用的防腐设计主要措施

根据上述氯离子破坏机理，考虑到项目投资、工期等因素，按防腐蚀性等级为中级考虑，本项目地下混凝土采取的防腐设计措施如下：

3.1、桩基础选用预应力混凝土管桩，混凝土强度等级为C60，抗渗等级为S10；管桩壁厚为110mm，钢筋保护层厚度不少于35mm；桩尖采用闭口型。桩身混凝土内掺入钢筋阻锈剂，桩顶3米内范围内的混凝土表面采用环氧沥青涂层涂抹，涂层的厚度一般不小于500 μm。

3.2、垫层、承台和基础梁有两种防护措施：

1）、在础混凝土中直接掺入钢筋阻锈剂，使其性能满足抗腐蚀设计要求。

2）、仅在基础混凝土表面做防护。垫层采用150mm厚C20沥青混凝土，基础梁和承台采用C30。基础梁和承台表面可采用聚合物水泥砂浆涂抹，厚度为10mm，或采用环氧沥青涂抹，厚度为500 μm。

四、地下混凝土耐久性设计措施

采用混凝土内掺钢筋阻锈剂及混凝土结构表面涂刷辅助防腐涂层的方法来实现地下混凝土防腐设计，同时保证结构混凝土耐久性是防腐蚀设计的重要环节。为更好地增强地下结构混凝土的耐久性能，在结构类型的确定、水泥材料的选用及结构构造措施方面等均应给予重视。

1）采用的结构类型、结构布置和结构构造应尽可能有利于阻挡或减轻环境对结构的作用，便于施工并有利于保证施工质量，便于工程今后使用过程中的检查和维修。

2）选用抗海水侵蚀性能好的水泥品种。选用抗硫酸盐硅酸水泥，能够对硫酸根离子与混凝土游离的氢氧化钙生成二水硫酸钙、与水化铝酸钙生成硫酸钙的膨胀反应有抑制作用，具有较好的抗硫酸盐性能。

3）提高混凝土的密实度。密实度高的混凝土孔隙率低，抗海水渗入的能力强，使用寿命也就长。混凝土的抗渗性能主要决定于混凝土的密实度，而对混凝土密实度起控制作用的是水灰比和水泥用量，其中水灰比起主要作用。因此，泥凝土浇筑时要严格控制水灰比。

4）防止混凝土开裂或严格控制裂缝的宽度。钢筋腐蚀产物———铁锈的体积约为原先铁体积的2.5倍，所产生的膨胀压力会造成混凝上的开裂、剥落，裂缝的产生又会招致更严重的腐蚀。因此在结构设计和施工管理上，应尽量避免裂缝出现，或严格控制裂缝宽度。

结束语

从施工过程来看，无论混凝土采用工厂商品混凝土还是现场搅拌的方式，施工可操作性强，同时易于检测。当然，如何减少地下海水对混凝土结构的腐蚀，增强结构混凝土耐久性是一项涉及面较广的系统工程。随着工程界对此类问题的关注度提高，相信将来会有更好的新技术、更多的新材料运用到此类工程当中。

参考文献

[1]GB 50046-2008，工业建筑防腐蚀设计规范[S].

[2]CCES 01-2004，混凝土结构耐久性设计与施工指南[S].

[3]洪乃丰.基础设施腐蚀防护和耐久性[M].北京：化学工业出版社，2003.