建筑结构腐蚀破坏的分类及材料损伤机理分析

０ 引言 从 混凝土 结构 出现裂损 的原 因来 看 ， 了物理 、 除 力 学方 面 的作用 （ 如荷 载作用 、 温度 作 用 、 碰撞 作 用） 引起 的混凝土 裂损外 ， 还有钢 筋腐 蚀胀 裂 、 混凝 土碱 骨 料反 应裂缝 、混凝 土碳化 收缩 裂缝 等化 学反 应裂 缝 引起 的裂 损 。【 近二 十 年 内对混 凝 土 结 构 的实 ］ 最 际调 查发 现 ，混凝 土结 构 囚化学 裂损 而引 起 的损 坏 或失 效更加严 重 ， 应该 引起关 注 。
坏；
的外壳 尚好 ， 内部混凝土却已受到严重破坏 ， 破坏层
厚 度达 １ ｍ。 起来 ， 泥石 几乎 已全部 被水 淘空 。 ． 看 ５ 水
因为施 工 时模板 附 近的混凝 土捣得 比较 密实 ，而 且 表 层混 凝 土受到 碳化作 用 ， 小 了 Ｃ （Ｈ）的溶蚀 ， 减 ａＯ 所 以保 存 了较好 的一 层外壳 。 内部却 遭 到破坏 ， 种 这
Ｃ （Ｈ）的不 断溶 出又 导致 其 他 水 化物 的分 解熔 ａ Ｏ ：
溶盐或无胶结性能的物质 ， 使水泥石结构被破坏 ， 混
凝 土结 构也 就毁 了。
最常见 的这类腐蚀性酸｝ 生 介质是碳酸、 盐酸、 硫 酸、 硝酸等无机酸及醋酸、 甲酸、 乳酸等有机酸。 当环 境水 的 ｐ Ｈ值小于 ６ 时就会对混凝土造成酸腐蚀。 ． ５
；
构腐蚀破坏的分类及材料损伤机理分析 Ｊ １
Ｂ ｉｄ ｎ ｔ ｕ ｔ ｒ ０ ｒ ｓ Ｏ ｌ ｓ ｉ ｉ ａ ｉ ｕ ｉ９ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ Ｃ ｒ ０ ｉ ｎ Ｃ ａ ｓ ｆ ｃ ｔ ｌ Ｏ ｎ ａ ｅ ｉ ｌＤ ｍ ｇ ｅ ｈ ｎ ｌＡ ａ ｙ ｉ ｎ ａ ｄ Ｍ ｔ ｒ ａ ａ ａ ｅ Ｍ ｃ ａ ｉｉ ｎ ｌ ｓ Ｓ ｌ ｓ １ ｊ
水 泥 在水化 过程 中产生 大 量 Ｃ （ Ｈ ａＯ ） 。密实 性
渗 流水 从水 泥石 结构 中冲刷 出 ，或 是 以非 结 晶体形 式 聚集 ， 种非 结 晶体 无胶黏 Ｉ 不会 影 响腐蚀 破坏 这 生， 过程 的进一 步发 展 。 句话说 ， 解 于水 中 的酸类 或 换 溶 盐 类 与 水 泥 石 中的 Ｃ （ Ｈ： 置 换 反 应 【 生 成 易 ａＯ ）起 ４ 】 ，
融， 最终使水泥石被破坏。
随 着 Ｃ （Ｈ）的 不 断流失 ， ａＯ ： 混凝 土 的抗 压 强 度
最常见的碱性腐蚀介质是镁盐 、 苛性碱等。 当碱 的水
溶 液浓 度 大 于 １％ ， ５ 温度 高 于 ５ ℃时 ， 融状 的碱 ０ 熔
不断下降。当以 Ｃ Ｏ计 的 Ｃ Ｏ ）溶出量为 ２％ ａ ａ（Ｈ ５
Ａｂ ｔ ｃ ： ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｃａ ｓｆ ｄ ｔ ｅ ｂ ｉ ｉ ｇ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ ｒｏ ｉ ｎ ｄ ｍ ａ ｅ ａ ｄ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｔ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｍ ｅ ｈ ． ｓ ｒ ｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｌ ｓ ｉ ｅ ｈ ｕ ｌ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｏ ｒ ｓ ａ ｇ ， ｎ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ａ ｇ ｃ ａ ａ ｉ ｄ ｏ
第二类 ： 溶解性化学腐蚀。
溶 解性 化学 腐蚀 是指水 泥石组 成成分 和酸或 碱 溶 液发 生化 学反 应 引起 的腐蚀 。此 种化学 反 应所 生
成 的反 应产 物或 是 由于扩散原 因易 于溶解 ，或是被
本类型的基础上 ， 略作修改， 补充细分为六种基本类
型。
第 一类 ： 流动有 压软水 溶 出性侵蚀 。
一
等， 很容易吸收空气中的水分或周 围的水分而溶解 ， 溶解 后 渗入混 凝 土 、 等材料 的孔 隙 中 ， 砖 干燥后 盐会 再结 晶， 膨胀压力可把材料胀裂 ， 使材料酥松。 第五类 ： 钢材的电化学腐蚀。
某一人造纤维厂的钢筋混凝土结构 的酸泵房 ， 在使用四年后就遭破坏ｐ 】 ；
某一大型石油化工联合企业 ，其用于安装设备
５７
—
一
一
的露天框架结构 ， 投入使用几年就遭到破坏；
某海 上建造 的钢 筋混凝 土护 堤 ， 用 ４ 在使 ～５年
时 ， 压 强 度将 下 降 ３ ． ， 出量 更 大 ， 拉 强 度 抗 ５８ 溶 ％ 抗 下 降更 大 ， 大 达 ６．％。 最 ６ ４ 雨水 、 雪水 、 馏 水 、 蒸 工厂 冷 凝水 及 含 重碳 酸盐
建筑结构中 使用的混凝土、 钢材、 砖石等， 在试 重要性， 本文将着重讨论这类结构。 腐蚀性介质对建
用期间常常受到腐蚀性介质的腐蚀 。如果建筑物在 建造时对结构材料未采取防腐措施 ，或虽采取了防 腐措施 ， 但工程质量不佳、 维护使用不 当， 防腐 措 使 施失效 ， 则腐蚀性介质就可能损坏建筑结构 ， 甚至使 其破坏 ， 失去使用价值 。 筑结构的损伤实质上 就是对构成结构 的材料 的损 伤 ，所以我们集 中讨论腐蚀性介质对水泥石及钢筋 的腐蚀问题。 １ 腐蚀分类及材料损伤机理 世界上有许多建筑构物 已存在 了几百年依然健
物 理 破 坏作 用 。有 些 盐 类如 硝 酸 铵 、 化 钠 （ 盐 ） 氯 食
建
＾
巩
结 构
腐
蚀 破
坏 的
分
对各有侵蚀性介质的工业建筑物进行 了调查 ， 发现 建 筑 物 的围护 结构 如墙 壁 、 盖 等遭 受 腐 蚀 的程 度 屋 般都较严重。这是因为围护结构处于许多不利 因 素作用下 的缘故。建筑物内生产装置的腐蚀物质可
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涂 斌 余 丽
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（ 华东 交通 大学 理工 学 院 ， 江西 南 昌 ３ ０ ０） ３ １０
（ ｓ ｔ ｅ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｅ ｓ Ｃ ｉａ ｉｏｏ ｇ ｉｅｓｙ Ｊ ｎ ｘ ｎ ｈ ｎ ３ １０ Ｉ ｔｕ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ａｔ ｈｎ ａ ｔｎ ｖｒｉ ，ｉ ｇ ｉ ｃ ａ ｇ ０ ０ ） ｎ ｉｔ ｏ Ｊ Ｕｎ ｔ ａ Ｎａ ３
隐蔽 的破坏 尤应 注 意。
某 出租 汽车停 车场 ， 使用 ｌ～ １ 时 ， 在 Ｏ ２年 因受 到氯 化物 的腐蚀 ， 肋 型楼板 中的 （２ 其 ｐ ０钢筋 的点腐 蚀 深 度达 ２４ ． ｍｍ， 其极 限强 度 比未受 腐蚀 部 分 的平
均值低 １．％。 ４８
如 果 由于温 度 变化 造 成裂 缝或 施 工 缝开 裂 、 接
５８
会 对 混凝 土造成碱 腐蚀 。要 注 意 的是 ，苛性 碱 Ｎ Ｏ Ｋ Ｈ与水泥石中的组成成分发生化学反应 ａ Ｈ、 Ｏ 后， 在一种条件下可生成胶黏性差 、 易于溶解 的产 物， 发生溶解性化学腐蚀 ； 在另一种条件下 ， 则可产 生结晶性的膨胀破坏 ， 属下面要讲 的第三类腐蚀 。 兰州化学工业公司所属的兰州化肥厂及兰州橡 胶厂是苏联援建的两个项 目， １５ 年开工 ， 于 ９５ 分别
在 冶金 、 化工 、 纸 、 品及其 他工 业部 门 中 ， 造 食 有 ２％￣７ ％的建 筑 物常 常受 到 各种 腐蚀 性 介质 的作 ０ ０ 用， 引起结构 材料 的腐 蚀 。据一些 国外 专家 的估计 ， 由于混凝 土 和钢筋 混凝 土 的腐 蚀造 成 的经济损 失 约 占国民收入 的 １ ５ ． ％。这些 经济 损失 中包 括 了修 复 ２ 或 重建建 筑物 的工程 造 价及修 复或 重建期 间生 产所 造 成 的经济损 失 。 鉴于混 凝 土及钢 筋混 凝土 建筑结 构 的广泛 性及
较 差 、 透性 较大 的混凝 土 ， 渗 在一 定压力 的流动 软水
作用下 ， ａ Ｈ Ｃ（ ） Ｏ 会不断溶出并流失。 这一方面使水 泥石变得孑 隙增多 ， Ｌ 变得酥松 ； 另一方面使水泥石的 碱度降低 。而水泥水化物如水化硅酸钙、 水化铝酸 钙等只有在一定的碱度环境 中才能稳定存在。 以， 所
缝质量低劣、沉降缝和温度缝有缺陷等原 因造成 了
水 在缝 中的渗流 ， 容易产生水 溶性 侵蚀 。 就
由此 可见 ， 境介 质 与建 构 筑 物材 料之 间 的关 环 系 十分 复杂 。为研 究 方便 起见 ， 作者 在前 苏 联学 者 Ｂ． 莫 斯科 文 将混凝 土及 钢筋 的腐 蚀 分为 三种 基 Ｍ．
而复始地浸蚀铁路路堤护坡混凝土护板， 、湿循 干 环， 结果使盐类在ｔ 凝土孔隙内结 晶， 昆 造成护板的破
坏；
在水与混凝土 中水泥石接触后的干燥部位 ， 如
水渗 透 进 混 凝 土 或沿 混 凝 土 表 面流 动 后 并 随 之 干 燥， 溶解 在 水 中的 Ｃ （ Ｈ 空气 中的 Ｃ 用 碳 ａＯ ）与 Ｏ作 化 后 生成 Ｃａ Ｏ， 积下来 ， 混凝 土表 面 生 成 白色 Ｃ 沉 在 沉 淀物 ， 引起腐 蚀 ， 种现象 是颇 为常见 的 。 这 美 国有一 座堤 坝建于 １０ ９０年 ，被水 强 烈渗 透 。 １３ 修 复 该堤 时 ， 现混 凝 土外 部厚 １￣７ ｍ ９９年 发 ２ ５ ｍ
兰州某化肥厂硝酸铵（ Ｅ造粒塔周围的基座 氮Ｈ） 顶层混凝土， 因硝酸铵颗粒吸收空气 中水分潮解 ， 渗
入混 凝土孔 隙 中， 后 又结 晶， 凝土胀坏 ； 干燥 将混 某 一输 水 管 道 铺 设 在 由矿 化 水 所饱 和 的土 壤 中， 矿化水 中含有 硫 酸根离 子 ５ Ｏ ， ～１ Ｌ 氧化 物 ２ ～ ６ ， ０２ ． 。输水 管 由混凝ｉ Ｎ成 ， 镁 ．～Ｏ Ｌ ４ 因矿化 水渗 入管子 的混凝 土 ， 用不久 ， 使 管子 即遭受严 重破
于 １５ ９８年及 １６ 先后 建成投 产 。 产后 没几 年 ， ９０年 投
还会提高 ， 更能使人迷惑。所以， 第三类腐蚀 的初始 形式有时很难察觉 ， 只有当持续发展下去 ， 最后使混 凝土开裂、 破坏 ， 人们才易发现。 在实际工程 中，常常是第二种或第三种腐蚀情 况会 同时出现，但各种形式的破坏程度和性状并不 相同。 重要的是弄清哪一种类型的腐蚀起主导作用。 第 四类 ： 盐类潮解 、 渗透、 干燥 、 结晶——膨胀的
ｊ ：
：
摘
分 析。
要 ： 文对建 筑结 构腐蚀 破 坏进 行 了分 类 ， 讨 了材 料 的损 伤机 理 ， 别 对钢 材 的腐蚀 机 理进 行 了 本 探 特
ｊ
ｊ ●
关键词 ： 构腐蚀 ； 结 破损 ； 机理
中 图分 类号 ： Ｕ ７ Ｔ ３５ 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：６ １ ７ ２（０ ２ １０ ５ ．４ １ ７ ． ９ 一 １）—０ ７０ ４ ２
后， 因遭受海水作用而损坏；
一
些桥 墩 混凝 土 因遭 受 含 １ ￣２３ ． ． ８ Ｌ硫 酸盐
甚少的河水与湖水都属于软水。在流动及压力水作
用下的软水才会引起水溶性侵蚀 ，这种腐蚀在多种
建构 筑物 中都 能看 到 。
离 子和 Ｏ３ ． ． ～Ｏ５ Ｌ镁 离 子 的水 浸蚀 ， 快就破 坏 ； 很 在一 座 横跨 盐渍 土 地带 的桥梁 附近 ， 囚盐 水周
在工业建构筑物中 ， 在海岸工程中 ， 在盐渍土与
矿化水地Fra Baidu bibliotek的建构筑物中， 建筑结构直接与气态 、 液
在， 而许多建筑物却仅仅使用几年后就遭到破坏 ， 这
样 的事例不胜枚举。例如 ：
态等外部腐蚀性介质接触 ，或者被产品和生产中排 放的腐蚀性物质所污染 ，造成建筑结构的损伤或破
坏。圄
ｎｉｍ ｍ ａｅ ｉ ｌ， ｓ ｅ ｉ ｌ ｎ ｔ ｅ ｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｏ ｈ ｔ ｅ ． ｓ ｏｆ ｔｒａ ｓ ｅ ｐ ｃａ ｌ ｏ ｈ ｏ ｓｏ ｆｔ ｅ ｓｅ １ ｙ
Ｋ ｙ ｒ ｓ Ｓ ｒ ｃ ｒ ｒｏ ｉ ｎ Ｄａ ａ ｅ ； ｅ ｈ ｎ ｓ ｅ ｗｏ ｄ ： ｔ ｔ ｅＣｏ ｓｏ ； ｍ ｇ ｄ Ｍ ｃ ａ ｉ ｕ ｕ ｍ