水泥混凝土中氯离子的来源及危害

水泥混凝土中氯离子的来源及危害
摘要：探讨了混凝土中氯离子的来源、危害和对钢筋的腐蚀作用机理。

关键词：建筑工程；混凝土结构；氯离子；腐蚀；作用机理
前言：混凝土具有结构性能优越，造价成本低等优点，因而成为建筑工程主
要施工材料。

混凝土结构的性能和质量直接影响着建筑工程的质量和效果。

但对
于其耐久性的问题，一直是工程材料界关注的重点。

而钢筋的锈蚀是影响钢筋混
凝土结构耐久性的主要因素。

其中氯离子去钝化引起的钢筋腐蚀是最为严重和普
遍的。

鉴于此，对混凝土结构中钢筋的的侵蚀机理和氯离子的来源进行研究，对
于有效控制和减少氯离子对混凝土钢筋的腐蚀影响，提高混凝土结构的质量和效
果具有重要意义。

一、混凝土中氯离子的来源
混凝土中氯离子的来源主要是水泥、砂子、水和外加剂等主要原材料以及建
筑所处环境中的渗透进入。

1、水泥中的氯离子
水泥中氯离子的来源主要是原料、燃料、混合材料和外加剂，由于氯盐在水
泥生产中具有明显的经济价值：一方面，它可以作为熟料煅烧的矿化剂，能够降
低烧成温度，有利于节能高产；它不仅能有效的提高水泥的3天强度，而且可以
降低混凝土中水的冰点温度，防止混凝土早期受冻。

故而在广泛的应用的同时。

也带入了一定的氯盐到水泥中。

2、砂石料中的氯离子
天然砂石料中，河砂中氯离子含量较低。

天然海砂，盐渍土地区的沙石料中，砂子和石子表面吸附了很多的氯盐，其氯离子含量必然较大。

即使经过多次清洗
也不可避免的会有氯离子的残留。

如果清洗沙石料的水存在氯盐，会对砂石料二次污染。

3、水中的氯离子
常规混凝土拌合用水为城市自来水，其氯离子含量较少。

如果使用地表水、地下水、再生水、生产企业循环水和冲洗设备用水，甚至海水，则可能导致氯离子含量超标。

尤其是盐渍土地区的水，未经过净化处理,氯离子含量较高。

4、外加剂中的氯离子
为改善混凝土的工作性能常常需要添加各种外加剂，比如减水剂、早强剂、防水剂、防冻剂等，很多都含有氯盐成分，如氯化钙、硝酸盐等，在使用时不仅要考虑混凝土的工作性能，还要严格控制外加剂的掺量，以防止氯离子超标。

5、从建筑物所处环境中渗透进入
如海洋环境中的氯离子以海水、海风、海雾等形式渗入，影响沿海地区混凝土结构的使用性能和寿命。

冬季向道路、桥梁及城市立交桥等撒盐或盐水化雪防冰，以便交通畅行，但是氯离子也会渗入到混凝土中的孔隙中去。

同样盐湖和盐渍土、工业环境等地区，由于混凝土结构物所处的环境含有氯盐，故而受氯离子侵蚀也会较为严重。

二、氯离子对混凝土结构的危害
1、降低强度
混凝土中的氯离子会在混凝土水化过程中与钙结合生成氯化钙，其为粉末状无强度的化合物，固化后的混凝土中含有无粘结强度的氯化钙，氯离子还会对混凝土本身自带的抗化学腐蚀能力进行破坏，直接影响到混凝土的耐磨性，进而降低了混凝土的强度，在混凝土结构中引起松散、承载不足的问题，缩减了混凝土在工程中的使用寿命，导致混凝土提前进入失效的状态。

当混凝土中氯离子含量偏高时，混凝土此时会处于低强度与腐蚀的情况中，氯离子浓度高的位置有腐蚀问题，其会破坏周围的混凝土结构，致使混凝土有剥
离的情况，建筑构件使用状况就会和原设计标准出现偏差，直接影响到混凝土的
结构状态。

2、会对钢筋造成腐蚀
氯离子对混凝土中钢筋的锈蚀是对混凝土最大的破坏和负面影响。

钢筋的锈
蚀过程是一个电化学反应过程。

使钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐
渐被腐蚀；与此同时，在钢筋表面形成红铁锈，体积膨胀数倍，钢筋混凝土结构
中钢筋锈蚀部分附近的混凝土将会膨胀开裂，同时又进一步促进了钢筋的腐蚀。

氯离子在混凝土结构中的破坏性作用主要是腐蚀钢筋的材料从而降低钢筋材
料的强度和承载能力，钢筋在混凝土结构中丧失了承载力，无法支撑混凝土结构，进而对钢筋混凝土结构造成了破坏。

氯离子腐蚀钢筋后，引起了混凝土建筑工程
早衰的情况，导致混凝土工程提前进入了不稳定的状态，增加了混凝土工程的安
全风险。

3、影响混凝土耐久性
氯离子对混凝土强度和钢筋的双重影响作用，导致了混凝土的整体耐久性的
降低。

在氯离子含量较高的环境中，就会引起钢筋腐蚀，从而导致混凝土的建筑
结构被破坏，使混凝土的建筑无法按照原先的设计荷载进行承载，也不能够在原
先规定设计的年限内保证安全和稳定。

三、氯离子的侵蚀作用机理
1、氯离子进人混凝土的方式
氯离子进人混凝土的方式主要有两种，一是作为混凝土拌合物的组分掺入混
凝土中；另一种外界使用环境中的氯离子通过渗透、扩散、毛细作用侵入混凝土。

外界氯离子侵入混凝土是一个复杂的物理化学过程，包括四种不同的侵入机制：
(1)、渗透作用，即盐水向混凝土内部干燥的部分移动；
(2)、毛细作用，即在水压力作用下，盐水向水压力较低的方向移动；
(3)、自由氯离子的扩散作用，由于浓度差的作用，氯离子由浓度高的地方
向浓度低的地方移动；
(4)、电化学迁移，即氯离子向电位较高的地方移动。

这四种机制所需要的一个共同条件是：混凝土的孔隙中必须有一定的水份存在。

氯离子在混凝土中的侵入过程通常是几种作用共同存在的。

对特定的条件，
其中的一种侵蚀方式是主要的。

另外混凝土中氯离子浓度还受到温度、保护层厚
度以及氯离子和混凝土材料之间产生化学结合和物理吸附的影响。

虽然氯离子在
混凝土材料中的侵入迁移过程非常复杂，但是在许多情况下，扩散被认为是最主
要的侵入方式。

2、氯离子对钢筋的侵蚀
在自然环境中，金属铁并不稳定，容易与周围环境发生化合反应，即具有侵
蚀的趋势。

而混凝土结构是一种多孔体，通常其孔隙中含有大量水泥水解时产生
的氢氧化钙溶液和少量可溶的钙、钾、钠等碱性金属，使得混凝土具有很强的碱性。

钢筋在这种环境下，表面生成一层“钝化膜”阻止钢筋发生锈蚀。

混凝土结构在使用的过程中，当受材料、环境等因素的影响导致碱性降低。

氯离子进入混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处pH
值迅速降低。

当“钝化膜”被破坏，使钢筋处于活化状态、失去保护作用。

氯离子先在较小区域的钢筋表面破坏钝化膜，露出的铁基体形成阳极，与尚
完好的钝化膜区域构成腐蚀电池，产生电位差。

反应最终的产物为铁锈。

阳极反应的过程为：
在不均质的混凝土中氯离子能够破坏钢筋表面钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀。

在阳极区铁发生腐蚀生成铁离子，当钢筋混凝土界面环境存在氯离子时，在腐蚀
电池产生的电场作用下，氯离子不断向阳极区迁移、富集。

和生成可
溶于水的，然后向阳极区外扩散，与本体溶液或阴极区的生成俗称“褐锈”的，遇孔隙液中的水和氧很快又转化成其他形式的锈。

生成后，同时放出，新的又向阳极区迁移，带出更多的。

不构成腐蚀产物，在腐蚀中也未被消耗，如此反复对腐蚀起催化作用。

可见对钢筋的腐蚀起着阳极去极化作用，加速钢筋的阳极反应，促进钢筋局部腐蚀，这是氯离子侵蚀钢筋的特点。

其化学反应如下：
同时混凝土中氯离子的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极之间的电阻，提高了腐蚀电池的效率，加速了电化学腐蚀过程。

四、结语
氯离子侵蚀混凝土是一个漫长的、极其复杂的过程，要进一步深入对氯离子
侵蚀混凝土过程的研究，从而找到有效阻止氯离子腐蚀的方法，减少经济损失。

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