浅谈混凝土腐蚀及其预防措施

浅谈砼腐蚀以及防腐措施

赵党锋刘华武石磊

(天津工业大学纺织学院天津300160)

摘要：本文介绍了混凝土腐蚀的主要因素，包括碳化、氯化物的侵蚀、冻融等因素。并在分析原因的基础上论述了基本的防腐措施，主要有添加矿物质粉末、改善施工工艺、纤维混凝土结构等方法。通过防腐措施可以有效改善混凝土使用的耐久性和安全性。

关键词：混凝土；腐蚀；防腐措施；耐久性；

The discussion of concrete corrosion and anticorrosion methods

Zhao Dangfeng，Liu Hua wu ，Shi Lei

(Shool of Textiles, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160, China)

Abstract: This paper introduces the main factors of concrete corrosion, including carbonation, chloride corrosion, freeze-thaw and other factors. It also discusses the basic anticorrosion methods based on the analysis of the main factors of concrete corrosion. The main methods include adding mineral powder, improving the construction technology, structures of fiber reinforced concrete etc. the durability and safety of concrete can be effectively improved through the using of these methods.

Keywords: concrete; corrosion; anti-corrosion measures; durability;

前言

混凝土即“砼”，混凝土是主要的建筑材料, 随着我国经济的高速发展,土木工程建设所用的主要建筑材料混凝土用量稳居世界前列[1]。通常用的混凝土是由胶凝材料（水泥）、水和粗、细骨料按适当比例配合，拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。当在混凝土中配以适量的钢筋，则为钢筋混凝土。混凝土的腐蚀直接影响着混凝土使用的耐久性和安全性。本文将混凝土的腐蚀以及防腐措施给予论述，希望给予大家参考。

1.混凝土腐蚀的原因分析

1.1 混凝土碳化的影响

CO2是全球变暖的温室气体主要组分,近年来人们为获得能源而向大自然索取的煤、石油、天然气的量在迅速增加,燃烧产生的CO2也在与日俱增,且由于全球人口猛增,森林草原迅速减少,碳源增加,碳源减少,综合结果使全球大气中CO2含量急剧增加[1]。由于空气中含有大量的CO2 ,当CO2进入混凝土中的孔隙并溶解在孔隙水中形成一种酸性溶液,它与混凝土中的碱性物质发生中和反应,即

CO2＋NaOH→Na2CO3＋H2O CO2 + 2Ca (OH)2→2CaCO3 + H2O

Na2CO3溶于水后呈碱性,但碱性较弱。而CaCO3是不溶于水的, 所以反应后会使孔隙水中的CO2含量减少,同时混凝土的pH 值将降低,而空气中的CO2会继续溶入孔隙水中,使反应继续进行,结果是降低了混凝土的高碱性,这样碳化就开始转向深一层的混凝土。当碳化的深度到达钢筋时,钢筋的钝化保护就会失稳、消失,这时就会引起钢筋的腐蚀[2][4]。混凝土碳化的速度除与空气中CO2浓度和混凝土中碱性物质浓度有关外,主要取决于CO2与混凝土中碱性物质的化学反应速度、CO2向混凝土的扩散速度以及氢氧化钙的扩散速度。

1.2 氯化物的侵蚀

在沿海、内陆(如盐桥、盐碱地) 或盐碱工业区,混凝土的集料和用水的氯盐含量较高;而且其工作环境也受氯盐的侵蚀,氯盐对混凝土和钢材有如下的腐蚀作用。

(1)对混凝土的腐蚀:①MgCl2与混凝土中的Ca生成CaCl2能溶于水,形成多孔混凝土；②海水中的MgSO4与混凝土中的Ca(OH)2生成CaSO4 ,又与铝酸钙生成硫铝酸钙——水泥杆菌,混凝土膨胀破坏；③盐分子在混凝土毛细管内上升,不断结晶、聚集,胀裂混凝土。

(2) 对钢筋的腐蚀:①氯离子破坏钝化层；②氯离子与铁构成了腐蚀电池,在钢筋表面形成特有的坑蚀；③氯离子与铁离子生成FeCl2 ,再溶于水,转换成Fe(OH)2 ,释放出氯离子,周而复始,腐蚀钢筋,称为去极化作用。

然而，并非氯离子一到达钢筋表面就能破坏其钝化保护膜，也就是引起钢筋的腐蚀，而是当氯离子的浓度超过引起钢筋腐蚀的临界氯离子浓度才会发生钢筋的腐蚀[2]。有研究表明：氯离子临界浓度与pH 值间存在一定的关系，Huasmann发现当[Cl-]/[OH-]>0.6 时，钢筋开始腐蚀。而且，只要少数的氯离子就可以周而复始的引发腐蚀，造成恶性循环。Gouda认为氯离子临界浓度与pH 值之间的关系为：pH=0.83logCl-+K（其中K为常数）。到目前为止，关于临界氯离子浓度引起钢筋腐蚀的观点已得到许多科学工作者的认可，同时也取得了一些研究成果[3]。

1.3冻融[1] [6]

冻融破坏是我国东北、西北和华北低温地区水工混凝土建筑在运行过程中产生的主要病害,对于混凝土破坏来说,无论酸蚀冻融如图1b、碱蚀冻融如图1c、还是盐蚀冻融如图1d,都是物理作用及化学作用的综合效应,而单一的冻融因素破坏过程,则基本上是一个物理变化过程，如图1a所示。

图1.试件内部结构变化结果示意图

Fig.1 sketch of changes in the internal structure of specimen

混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的毛细多孔体。在拌制混凝土时加入的水总要多于水泥的水化水,以得到必要的和易性。多余的水便以游离水的形式滞留在混凝土中连通的毛细孔里。这种毛细孔里的自由水是导致混凝土遭受冻害的主要内在因素,因为水遇冷结冰产生体积膨胀会引起混凝土内部结构的破坏。当这种压力超过混凝土抗拉强度时,混凝土就会开裂。在反复冻融循环作用后,混凝土中的损伤会不断扩大,裂缝会相互贯通,其强度会逐渐降低,最后甚至完全丧失。

混凝土在冻融破坏过程中,主要反映其密实度和强度上的宏观特性呈逐步下降的趋势,宏观特性呈逐