钢筋混凝土结构的腐蚀与维护

钢筋混凝土结构的腐蚀与维护

摘要：钢筋混凝土是重要的建筑材料之一，其腐蚀是影响工程结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。在建筑工程中，由于多种因素的影响，腐蚀无处不在。为深入了解钢筋混凝土结构的腐蚀，本文从影响钢筋混凝土结构的腐蚀性介质，腐蚀原因进行分析，进一步指出钢筋混凝土结构的防腐维护措施。

关键词：钢筋混凝土；结构；腐蚀；原因；维护措施

一、钢筋混凝土结构的腐蚀的类型

1、溶蚀性腐蚀

水泥水化物生成物中的Ca(OH)2最容易被渗入的水溶解，又促使水化硅酸钙、水化铝酸盐等碱性化合物发生水解，最终完全破坏水泥石结构。某些酸盐溶液渗入混凝土，生成无凝胶型的松软物质，易被水溶蚀。水泥石的溶蚀程度随渗流速度增大而增大，溶蚀后，胶结能力减弱，混凝土材料的整体性被破坏。

2、结晶膨胀性腐蚀

含有硫酸盐的水渗入混凝土中，与水泥水化产物Ca(OH)2起置换反应生成硫酸钙（CaSO42H2O）以溶液形式存在。硫酸钙再与水化物铝硫酸盐起作用生成含有多个结晶水的水化铝硫酸钙，体积膨胀1.5倍以上，在混凝土结构中产生内应力，造成极大的膨胀性破坏作用。

3、电化学腐蚀

钢筋与潮湿介质、水、土壤接触时，表面覆盖一层水膜，水中溶有来自空气中的各种离子，这样便形成了电解质。首先钢筋中的铁素体失去电子即Fe→Fe2++2e成为阳极，渗碳体成为阴极。在酸性介质中H+得到电子变成H2跑掉；在中性介质中，由于氧的还原作用使水中含有的OH-随之生产不溶于水的Fe(OH)2；进一步氧化成Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3，即红褐色铁锈的主要成分。

二、钢筋混凝土结构腐蚀的原因

1、混凝土结构腐蚀

1.1环境介质的侵蚀

环境介质对混凝土的侵蚀主要是对水泥石的侵蚀。当混凝土结构处在有侵蚀介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理与物理化学变化，而逐步受到侵蚀，严重的使水泥石强度降低，以致破坏。常见的侵蚀介质可分为淡水腐蚀、一般酸性水腐蚀、碳酸腐蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷，

会溶解水泥石中的组分，使水泥石孔隙增加，密实度降低，从而进一步造成对水泥石的破坏；当水中溶有一些酸类时，水泥石就受到溶析和化学溶解双重作用，腐蚀明显加速，这类侵蚀常发生在化工厂；碳酸对混凝土的影响主要表现在溶析水泥石的同时，破坏混凝土内的碱环境，降低水泥水化产物的稳定性，影响水泥石的致密度，造成对混凝土的侵蚀；硫酸盐的腐蚀则表现为SO42-离子深入混凝土内与水泥石组分反应，生成物体积膨胀开裂造成损坏；海水中由于存在多种离子，侵蚀形式较为复杂，但主要是由于镁盐使硬化水泥石的结构组分分解，同时硫酸盐作用会造成对水泥石的损坏，而氧化镁沉淀会堵塞混凝土孔隙，会使海水侵蚀有所缓和。

1.2混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空气中的CO2在潮湿（有水存在）的条件下与水泥石中的Ca(OH)2发生的碳化作用，生成CaCO3和H2O的过程。这个过程是由表及里向混凝土内部缓慢扩散的。碳化后可使混凝土的组成及结构发生变化，使混凝土的碱度降低，会使混凝土对钢筋的保护作用降低，使钢筋易于锈蚀，对钢筋混凝土的结构有很大的影响。碳化还会引起混凝土收缩，导致表面形成细微裂缝。

1.3混凝土的碱-骨料反应

混凝土的碱-骨料反应，是指混凝土中的碱（钠、钾离子）与骨料中的活性矿物组分（活性SiO2或石灰质白云石）在一定的条件下发生的化学反应，并生成体积膨胀的产物引起混凝土开裂，甚至破坏。因为碱-骨料反应造成的混凝土破坏要在工程竣工后很长一段时间发生，因此往往不被人们所重视。碱-骨料反应造成危害作用往往是不能根治的，是混凝土工程中的一大隐患。混凝土碱-骨料反应需同时具备三个条件：①相当数量的碱；②相应的活性骨料；③水分。反应通常有三种类型：碱-硅酸反应、碱-碳酸盐反应、慢膨胀型碱-硅酸盐反应。

2、钢筋的腐蚀

在通常情况下，水泥水化产物中有1/5的Ca(OH)2产生，混凝土空隙中充满了由水泥水解时产生的Ca(OH)2饱和溶液，其碱度很高，pH值达到13左右，钢筋在高碱度的环境中，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜，即使有空气和水分进入，也不可能导致钢筋的腐蚀，因此混凝土中钢筋是不易生锈的。但大气中的CO2以扩散的方式进入混凝土中，与Ca(OH)2作用而使混凝土中性化，当混凝土的液相碱度降低到11.5以下时，钢筋钝化膜可能破坏，使钢筋表面呈活性状态，此时若有空气和水分进入，钢筋表面即开始发生电化学作用，由铁变成氧化铁，其体积发生膨胀，钢筋的锈蚀物一般为Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe2O3等,根据最终产物的不同，铁锈的体积比原金属大2～4倍，则可导致混凝土顺筋开裂，腐蚀物质从裂纹处进一步浸入，加速钢筋的腐蚀，从而降低混凝土强度。混凝土中的钢筋钝化膜遭破坏有两种原因：

2.1混凝土的碳化或中性化：造成混凝土

碳化或中性化的原因，主要是混凝土的密实度即抗渗性不足，酸性气体（如CO2、SO2、H2S、HCl）渗入混凝土内与Ca(OH)2作用。

2.2Cl的腐蚀：Cl的腐蚀是破坏混凝土最主要的因素，特别是沿海的混凝土建筑物和公路

腐蚀破坏更严重。环境中游离的Cl一旦渗入，对钝化膜有特殊的破坏作用。即使在钢筋保护层不被碳化或中性化的情况下也可以破坏钢筋钝化膜，成为活化态，使腐蚀过程得以进行。在氧和水充足的条件下，活化的钢筋表面形成一个小阳极，大面积钝化膜的区域作为阴极，结果阳极金属铁溶解，形成腐蚀坑，一般称这种腐蚀为“点蚀”。点蚀对结构的危害较大，能最终使构件失去承载力。

三、钢结构混凝土防腐维护措施

1、掺磨细矿粉和高性能的外加剂

磨细矿粉跟粉煤灰都具有火山灰的活性。存在于磨细矿粉中的SiO2、Al2O3跟水泥水化的产物Ca(OH)2反应生成CaSiO3和Al2O₃。同时,受到氢氧化钙激发剂的作用,矿粉中的Al2O3跟水泥中的石膏产生反应,生成水化硫铝酸钙，使得混凝土的强度增高,降低了混凝土的碱度，混凝土的密实度也得到了相应提高。但如果磨细矿粉含量过高，就会使混凝土产生过大的自收缩,稍有不慎就会使混凝土产生收缩裂缝。笔者在进行过多次的反复实验之后,提出了掺入磨细矿粉的含量：宜在30%至35%之间,最大不能超过50%。粉煤灰还会跟水泥水化产物Ca(OH)2产生反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,这样大大降低了混凝土的碱度,使混凝土内部的孔结构、骨料界面结构得到很好的改善,从而有助于提高混凝土的密实度。

2、相关腐蚀性检测的要求

定期对钢筋混凝土结构重点部位进行检测,及时发现混凝土的裂缝及存在的潜在威胁。通过获得的检测结果和数据,对工程条件进行调整和优化,从而采取相应有效的维修、维护措施。目前来说，对钢筋混凝土结构进行检测的方法有物理方法和电化学方法，比较常用的检测装置有:试验导管、嵌入的试验试件、参照电极、腐蚀速度计等。

3、降低水灰比

在满足设计、施工的要求下，降低混凝土的水灰比会降低混凝土的孔隙率,提高混凝土的密实度，同时减少混凝土的吸水率,有效阻止外部环境中有害介质进入混凝土内部的概率。

4、涂覆防护层

在钢筋混凝土表面或钢筋表面刷一层保护膜,可有效阻止外部介质与钢筋接