氯离子对混凝土性能的影响

氯离子对混凝土性能的影响

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性和安全性的重要因素。其中，对近海、沿海地区导致

钢筋混凝土结构性能劣化的最普遍、最严重的原因是氯离子侵蚀作用引起的钢筋锈蚀，决定了结构的使用寿命。

随着氯离子对钢筋混凝土结构破坏的影响越来越受到重视，为此我国即将实施的水泥新

标准对水泥中氯离子的含量进行了规定：水泥中氯离子含量不大于0.06%。

一、水泥中氯离子含量规定

各国对氯即「含己的叛远妇卜

1、欧洲所有品种小于0.1%。但对于用于预应力场合时，应严格控制。

2、日本普通硅酸盐（相当于我国的P I、P H型水泥）小于0.035%。早强、超早强、中热、低热、抗硫酸盐小于0.02%，其他品种未作规定。

3、中国新标准，要求所有品种水泥中氯离子含量不大于0.06%。

二、混凝土中氯离子的来源

引起钢筋锈蚀的氯离子存在具有广泛性。其主要来源有：

1、混凝土的原材料。如含氯化物的减水剂、滥用海砂、直接用海水搅拌混凝土或掺入的粉煤灰使用海水排湿工艺等。

2、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；还有盐湖和盐碱地、工业环境等。当混凝土中氯离子含量达 1.19kg/m3时，侵蚀已经很严重了。据此，一些国家规定不准在钢筋砼桥面板上喷洒盐水化

冰。

三、氯离子对混凝土的侵蚀作用

1、氯离子侵入混凝土的方式

氯离子位入混凝十的方式.卞娈有

1 ）扩散作用：氯离子从浓度高的地方向浓度低的地方移动；

2）毛细管作用：含有氯离子的溶液向混凝土内部移动；

3）渗透作用：在水压力作用下，盐水向压力较低的方向移动；

4）电化学迁移：电解质溶液在阴阳极吸附作用下的离子的定向移动。

C-在混凝土中的侵入过程通常是几种作用共同存在的。但和速度最快的毛细管吸相比，渗透和电化学迁移产生的迁移可以忽略。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CI-和混凝土材料之间产生化学结合和物

理吸附的影响。虽然CI-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，尤

其是在海洋环境，扩散被认为是最主要的侵入方式。

2、氯离子作用下混凝土结构的破坏分析

1）氯离子引起钢筋侵蚀的机理

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Ca（OH）2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，PH 一般为12~13。钢筋在这种环

境下，表面生成一层致密的、分子和离子难以穿透的、厚为2~10x 10-9m的“钝化膜”（主

要成分为Fe2O3和Fe3O4）阻止钢筋发生锈蚀。然而，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。相关研究与实践表明，当PH<11.5时，钝化膜开始不稳定（临界值）;当PH<9时，钝化膜逐渐破坏，使钢筋处于活化状态、失去保护作用。

氯离子侵蚀作用引起钢筋锈蚀，是一个极为复杂的电化学过程。CI-是极强的阳极活化剂，

且具有比其它阴离子如0H-、02-等优先被吸附的趋势。当CI扩散到钢筋表面并吸附于局部

钝化膜时，会通过局部酸化作用破坏钢筋周转的高碱性环境，使钢筋表面和PH值降低至3.5

左右，从而溶解钝化膜。即使混凝土的碱度很高，只要CI-达到临界浓度值（通常用CI与0H-的浓度比值来表示）也能破坏钢筋的钝化膜。然后，在充足的02和H20的条件下引起

钢筋局部锈蚀。其电化学腐蚀机理是：当CI-破坏局部钝化膜，露出的铁基体作为阳极、沿

完好的大面积钝化膜区域作为阴极，形成“活化-钝化”腐蚀电池，反应的最终产物为铁锈。

阳极反应过程是： Fe-2e=Fe2+ 一 I）

如果生成的Fe2+不能及时搬运走而积累于阳极表面，则阳极反应就会受阻；如果生成的Fe2+

能及时被搬运走，阳极反应就会顺利进行乃至加速进行。CI-与Fe2+相遇会生成FeCI2使Fe2+被搬运走，从而加速阳极反应。CI-发挥了阳极去极化作用的功能，其反应式为：

（CI-+H20=H++CI-+0H-）CI-/0H-达到临界溶度，优先吸附

2CI-+Fe2++2H20+2Fe=Fe（0H）2 +2H++2CI- （2 一2）

4Fe（0H）2+02+2H20=4Fe（0H）3 （一3）

由上式可以看出，CI-本身不构成腐蚀产物，起到催化剂的作用，它在整个过程中并没有消耗掉，而是周而复始地起到破坏作用。另一方面，由于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。

2）CI-引起混凝土结构中钢筋锈蚀的过程

由于CI作用引起钢筋锈蚀的过程一般可分为4个介及

（1）潘仁

其时间长短取决于混凝土中原始氯离子的含量及Cl- C02在混凝土中的扩散速度。

（2），在钢筋与混凝土之间形成一层铁锈层，随着锈蚀物聚集、

膨胀导致混凝土保护层开裂破坏所需的时间。主要受温度、湿度、C02的扩散速度和混凝土

电阴的影响。

（3）. 3~4倍，使混凝土保护层出

现沿钢筋方向的纵向裂缝。而后，钢筋锈蚀速度就会大大加快，变形也会加大，有时甚至会

出现保护层鼓起及脱落等现象。从而降低了结构的刚度与可靠度，影响结构的正常使用。该阶段除受温湿度、02的扩散速度和混凝土电阴的影响外，还受荷载作用的影响。由于钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力，使混凝土承受双向或三向应力，再加上钢筋应力腐蚀，

从而大大降低结构的延性和疲劳性能，改变其破坏形态。

（4），钢筋的有效截面积减少、钢筋与混凝土粘

结性退化。使混凝土结构破坏的因素是Cl^和02含量。前者决定锈蚀的起始时间，后者决定

锈蚀速度。

3、防止氯离子钢筋侵蚀的应对方法