小议腐蚀混凝土结构的几种因素

小议腐蚀混凝土结构的几种因素

腐蚀是影响混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。为了保证防腐蚀工程的质量，在设计中应根据腐蚀介质的性质、浓度和作用条件，结合工程部位的重要性等因素，正确选择防腐蚀材料和构造；在施工中应严格执行科学的制度，精心施工，确保建筑工程质量，提高建筑物使用寿命，执行可持续发展。本文就腐蚀混凝土结构的因素进行分析，进一步指出预防腐蚀混凝土结构的处理办法。

标签：混凝土结构腐蚀因素预防办法

随着结构的老化和环境污染的加重，钢筋混凝土结构耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注。混凝土中的钢筋锈蚀已构成影响钢筋混凝土结构物耐久性的最主要原因，给世界各国造成了巨大损失。必须认识到防腐技术和预防措施的紧迫性。

1 腐蚀混凝土结构的因素

1.1素混凝土结构

素混凝土的基本组成材料是水泥、砂、石和水。影响素混凝土结构的耐久性的主要因素为碱-集料的反应（混凝土中碱含量超标，暴露在水或潮湿环境使用时，其中的碱与碱活性集料间发生反应，引起膨胀）。

1.2 钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构材料是混凝土与钢筋的复合体，它的腐蚀形态可分为两种：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破坏，同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构的破坏；二是混凝土本身并未腐蚀，但由于外部介质的作用，导致混凝土本身化学性质的改变或引入了能激发钢筋腐蚀的离子，从而使钢筋表面的钝化作用丧失，引起钢筋的锈蚀。从化学成分来看，钢筋的锈蚀物一般为Fe（OH）3、Fe（OH）2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等，其体积比原金属体积增大2～4倍。由于铁锈膨胀，对混凝土保护层产生巨大的辐射压力，其数值可达30MPa（大于混凝土的抗拉极限强度）使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝（俗称顺筋裂缝）。这些裂缝进一步成为腐蚀性介质渗入钢筋的通道，加速了钢筋的腐蚀。钢筋在顺缝中的腐蚀速度往往要比裸露情况快，等到混凝土表面的裂缝开展到一定程度，混凝土保护层则开始剥落，最终使构件丧失承载能力。

影响混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密实度，即抗渗性能。混凝土愈密实，即抗渗性能愈高，则外界的气体只能作用于混凝土表面，向内部渗透比较困难。影响混凝土密实度的主要因素是混凝土的水灰比和单位水泥用量。水泥品种对混凝土的中性化速度有一定的影响；不同品种的水泥，因其掺合料的品种及含量不同，水解时生成的碱性物质数量不同，使混凝土的中性化速度也就不同了。

普通硅酸盐水泥的熟料含量多，掺合料的含量一般不大于15%，其碱度比其它品种的水泥高，中性化速度相对的要慢。火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，由于掺合料中的活性氧化硅与水泥熟料中水解时产生的氢氧化钙结合，从而降低了混凝土孔隙中的液相碱度，加快了碳化或中性化的速度。

1.3 预应力混凝土结构

预应力混凝土结构的腐蚀除了具有普通混凝土结构的腐蚀类型外，由于采用高强度钢筋和钢筋在高应力条件下工作，所以可能发生应力腐蚀和钢材的氢脆。

1.3.1 应力腐蚀应力腐蚀是钢筋在拉应力和腐蚀性介质共同作用下形成的脆性断裂。这种破坏与单纯的机械应力破坏不同，它可以在较低的拉应力作用下破坏；这种破坏又与单纯的电化学腐蚀破坏不同，它可以在腐蚀性介质很弱的情况下而破坏。

腐蚀性介质与钢筋作用，在钢筋表面形成一个大小不等弥散分布的腐蚀坑后，每个腐蚀坑相当于一个缺口，钢筋在拉应力的作用下，形成应力的不均匀分布和应力集中，在缺口的边缘，当钢筋平均应力不高时，其集中的应力即可达到断裂应力的水平，而引起钢筋的断裂。由于缺口的存在，形成了拉应力三轴不相等状态，阻碍了钢筋塑性变形的开展，使塑性变形性能在钢筋断裂前不能充分发挥出来，延伸率、冷弯等塑性指标均有明显下降。预应力钢筋的腐蚀是拉应力与腐蚀性介质共同作用的结果，腐蚀因素对钢筋断裂的最初形成起主要作用，而拉应力则促进了腐蚀的发展。

1.3.2 氢脆氢脆是预应力钢筋在酸性与微碱性的介质中发生脆性断裂的另一中类型。氢脆与应力腐蚀的机理完全不同。应力腐蚀发生在钢筋的阳极，而氢脆发生在钢筋的阴极区域。氢脆是由于钢筋吸收了原子氢，而使其变脆，所以称为氢脆。钢筋在腐蚀过程中，表面可能有少量氢气产生，在通常情况下，生成的原子氢会迅速结成分子氢，在常温下是无害的，但当这一过程受到阻碍时，氢原子就会向钢筋内部扩散而被吸收到金属内部的晶格中去，如果钢筋内部有缺陷存在，氢原子很可能重新结合成为氢分子。氢分子的生成产生很大的压力，出现“鼓泡”现象。使钢筋变脆。产生氢脆的钢筋在受到超过临界值的拉力作用时，便会发生断裂。硫化氢是能引起预应力钢筋氢脆的介质之一。

1.4 纤维混凝土结构

纤维混凝土的腐蚀机理与普通混凝土基本相同，但纤维的直径较细，且均匀分布，其耐久性相对普通混凝土要强一些。开裂的纤维混凝土构件在潮湿的环境下，裂缝处的混凝土碳化后，碳化区的钢纤维开始锈蚀。有研究表面，钢纤维混凝土中钢筋的锈蚀较普通混凝土钢筋的锈蚀减轻，其原因除了钢纤维阻裂作用的影响外，还在于细小纤维在混凝土中乱向均匀分布，从而改变了钢筋电化学锈蚀的离子分布状态，阻止了钢筋的锈蚀。

1.5 轻骨料混凝土结构及加气混凝土

轻骨料混凝土的腐蚀机理与类型基本与普通混凝土相同，由于大多数轻骨料抵抗气体扩散能力较低，腐蚀性气体较易渗入内部，因此必须控制轻骨料混凝土的密实度。

加气混凝土的显气孔较多，不致密，吸水率高，碳化速度较快，在正常使用条件下尚需对钢筋进行表面涂覆保护层，而且加气混凝土表面气孔多，不容易进行保护，所以在腐蚀环境下不宜使用加气混凝土。

2 防护措施

2.1 改变传统观念钢筋混凝土腐蚀的内因是混凝土本身的多孔性和脆性，又存在干缩裂纹；腐蚀的外因是介质的逐渐侵入，改变了钢筋环境。这种侵入的过程要有几年时间。针对腐蚀的内因首先要改变混凝土裂纹“难免论”和存在裂纹“无害论”，着眼于提高混凝土的致密性和耐久性，应改变传统的高强度追求，高强度是提高水泥标号、降低水灰比增加级配中的水泥量，要从这种传统思路中解脱出来。

2.2 克服不作为职务观念“职务任期之内不出明显的工程质量事故就完事了，何必管它50年100年呢”，“投资工程建设施工验收合格就完成任务了，至于腐蚀大修是生产成本的事”。持这种观念的也许是少数当事者，笔者把他称谓“不作为职务”，这是由于体制、机制上的不完善，一些技术规范、规程相对滞后而造成的。国务院279号令要求執行“全寿命责任制”，因此，提高认识，克服不作为职务观念，应当列为防腐蚀工程的重要原则。

2.3 努力攻克高性能混凝土的技术关键20世纪80年代末90年代初出现高性能混凝土(HPC)之后，各国投入了大量的研究，我国也投资了数百万元开展“高强与高性能混凝土”课题研究。2000年12月，国家交通部颁发的行业标准中把高性能混凝土列入《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》[JTJ275-2000]。目前世界上已有许多大的基础设施工程应用了高性能混凝土。

目前因各种原因停建、缓建的钢筋混凝土工程项目为数不少,采取既经济又有效的维护措施,确保工程结构的安全,应当引起足够重视。对计划长期停工的工程,在停工时应对停建的钢筋混凝土工程在管理、设计、施工等方面切实采取防护措施,才能确保续建工程的结构安全。