钢筋混凝土防腐蚀

钢筋混凝土防腐蚀

（上海法赫桥梁隧道养护工程技术有限公司）

摘要：介质对钢筋混凝土的腐蚀机理，根据规范要求提出防腐蚀措施。

关键词：腐蚀机理；钢筋混凝土；基础

1 引言

钢筋混凝土基础埋置于地下，接触到的腐蚀性介质主要是腐蚀性水和污染土。如果地下水对砼具有腐蚀性，设计师就需要进行防腐蚀设计。

2 钢筋混凝土的腐蚀机理

钢筋混凝土的腐蚀分为两部分；一部分是混凝土的腐蚀，另一部分是钢筋的腐蚀。

混凝土受腐蚀的类型有结晶类腐蚀，分解类腐蚀及结晶分解复合类腐蚀。结晶类腐蚀指水或土中某些盐类浸入混凝土的毛细孔中，经干湿交替作用盐溶液浓缩至饱和，当温度下降时析出盐晶体，晶体不断积累膨胀或与混凝土中某些成分相结合生成新的结晶物质膨胀，致使混凝土破坏。分解类腐蚀指水或土中的盐类与混凝土的化学成分反应生成易溶盐，被溶解或被水带走，从而使混凝土分解破坏。结晶分解复合类腐蚀指水或土中的盐类对混凝土既有结晶破坏又有分解破坏。

水或土对钢筋的腐蚀主要为电化学腐蚀和酸类的腐蚀。电化学腐蚀是指钢铁表面各部位受不同的物理或化学条件作用，形成电位差产生腐蚀电流，使钢铁被氧化导致锈蚀破坏。酸类的腐蚀是指水、土中的酸类对钢铁的化学溶蚀居多，它是因与电介质接触的金属表面形成大量短路微电池的作用而引起的。

当钢筋所处环境中含有氯离子等杂质时，会大为加快上述电化学腐蚀的速度，其作用原因为：①破坏金属钝化膜：当混凝土中存在氯离子等有害杂质时，可使混凝土局部的PH值降低，造成钝化膜的局部破坏，电化学腐蚀可以进行；②导电作用：腐蚀微电池的要素之一是要有离子通路，氯离子和硫酸根离子的存在，降低了混凝土中的电阻，从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程；③阳极去极化作用：氯离子还会加速电化学腐蚀的阳极反应过程，其原理是将阳极反应生成的Fe2+“搬走”，使阳极反应得以顺利进行，也就加速了钢筋的腐蚀过程。同时在这些过程中，氯离子并未被消耗，也即凡进入混凝土中的氯离子均会周而复始地起作用，其危害非常大，建筑物中的金属腐蚀很大程度是由于氯离子造成的。

各主要腐蚀指标（介质）的腐蚀作用为：

2.1 PH值（酸碱度）

PH值较小，表明水中的H+浓度相对较高，具有酸性，可与混凝土的CACO3等物质发生复分解反应，产生分解腐蚀。同时，PH值小显酸性时，会对钢铁产生酸性腐蚀。将11.5称做保护钢筋的“临界PH值”。

2.2 侵蚀性CO2（溶蚀碳酸钙）

地下水中常含有一些游离的碳酸（CO2），而水泥石中的氢氧化钙能与碳酸起化学反应，生成碳酸钙（CaCO3），碳酸钙又与碳酸起化学反应，生成易溶于水的碳酸氢钙：

如果水泥石在有渗滤的压力水作用下生成碳酸氢钙，并溶于水中被冲走，上述反应将永远达不到平衡。氢氧化钙将连续流失，使水泥石中石灰浓度逐渐降低，使硬化了的水泥石结构发生破坏。环境水中含游离碳酸越多，其侵蚀性也越强烈；若水温较高，则侵蚀速度将加快。

2.3 阴离子（HCO3-、Cl-及SO42-）

当水泥石处于软水（矿化度低于0.1g/L）中时，氢氧化钙将首先被溶解，溶出性侵蚀的强弱

程度与水质的硬度有关。如水质较硬，即水中HCO3-，（重碳酸盐）含量较高时，氢氧化钙的溶解度较小，侵蚀性也就较弱；反之，水质越软，侵蚀性也越强。PH值的变化直接影响H2CO3在水溶液中的存在形式。当PH 值小于4~10，主要以HCO3-形式存在；当PH值大于10时，主要以CO32-存在。HCO3-的存在会抑制FeCO3的溶解，促进钝化膜的形成，从而降低钢筋的腐蚀速度。当水中的硬度较大时，HCO3-与Ca（OH）2反应生成CaCO3，形成碳化保护层，阻止Ca（OH）2的进一步被溶出。因此，生活污水中硬度很小（呈软水），而CO2含量相对较多时，对砼腐蚀作用就特别强烈。

SO42-是混凝土结晶腐蚀中最活跃也是最主要的阴离子，而且含SO42-和CI-的盐类都对钢铁具有电化学腐蚀的作用。硫酸盐的腐蚀是盐类腐蚀中最普普遍而具有代表性的，它的腐蚀过程如下：硫酸盐与混凝土中的游离氢氧化钙作用，生成硫酸钙，再与水化铝酸钙作用，生成硫酸铝钙，体积膨胀两倍以上。在硫酸盐中，又以硫酸钠、硫酸铵对混凝土的腐蚀性最大，硫酸钙在硫酸铵溶液中形成复合盐CaSO4·（NH4）2SO4·H2O，溶解度增加。

2.4 阳离子（Na+、k+、Mg2+、NH4+）

水中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+能与SO42-生成结晶物，如：Na2SO4·10H2O、CaSO4·2H2O、MgSO4·7H2O等，使混凝土产生结晶类腐蚀。其中Mg2+比Ca2+活泼，它能把混凝土中的Ca2+置换出来，使混凝土产生分解腐蚀。

NH4+能生成强酸弱碱盐类，与混凝土中的碱性物质反应，使其发生分解腐蚀。

地下水中含有的镁盐能与水泥石中的Ca（OH）2发生反应。在生成物中，氯化钙（CaCI2）易溶于水，氢氧化镁（Mg（OH）2）松软无粘结力，石膏则会产生硫酸盐侵蚀，都将破坏水泥石结构。镁盐侵蚀的强烈程度，除决定于Mg2+含量外，还与水中SO42-含量有关，当水中同时含有SO42-时，将产生镁盐与硫酸盐两种侵蚀，故显得特别严重。

3 防腐蚀设计

最大限度地保证混凝土的高碱度和防止有害离子入侵，是防腐蚀措施的出发点。我国著名防腐蚀专家洪乃丰教授把钢筋防腐蚀措施分为基本措施和附加措施两大类：

（1）基本措施主要是提高混凝土自身的防护能力：选择优质水泥、增加水泥用量、降低水灰化、使用优良外加剂、掺合料、增加保护层厚度等。

（2）附加措施实践证明，在较严酷的腐蚀环境条件下，单靠“基本措施”尚不能达到耐久性要求，必须采取相应措施，如：

①外涂层、渗透层、覆盖层、隔离层；水泥基层、聚合物、树脂类涂层等。外涂层有隔离腐蚀环境的功能，对于保护混凝土的碱度和防止有害离子入侵都是有效的。但大多数涂层自身寿命不长（10年左右），且再次涂覆困难，故外涂层在“耐久性保护”方面其应用受到一定限制。

②钢筋阻锈刑有阴极型、阳极型、复合型等类型，系由无机和有机物构成。加入混凝土中，除能阻止、减缓钢筋锈蚀外，对混凝土的基本性能无不利影响。

③特种钢筋：环氧涂层钢筋、耐蚀钢筋、不锈钢筋、镀锌钢筋等。其中环氧涂层钢筋发展较快，美、日等国已批量用于工程。连续完整的环氧薄膜，能有效的隔离渗入混凝土内的有害离子与钢筋的接触，从而能保护钢筋不受腐蚀。然而，施工中需要小心绑扎（改用尼龙丝），并随时补涂运输、施工过程中划伤、碰坏的膜层部分，否则会加速该部位的腐蚀。价格较贵也是限制因素。目前，我国已有产品标准。

④阴极保护：根据阴极保护原理，采用施加外加电流或牺牲阳极的方法，使混凝土内钢筋电位处于-0.85V左右（饱和硫酸铜电极），则钢筋就不会腐蚀。对于新工程，阴极保护可用于海中、水域或地下潮湿的独立构筑物。须严格控制保护电位范围，防止析氢引起“握裹力”降低和氢脆发生，对于预应力混凝土更应慎重。