混凝土结构的腐蚀及防腐措施 - 副本

混凝土结构的腐蚀及防腐措施

摘要：腐蚀是影响混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。为深入了解混凝土结构的腐蚀，从影响混凝土结构的腐蚀性介质，混凝土结构的腐蚀原理，混凝土结构的腐蚀预防措施，并结合工程中混凝土防腐措施的施工要点进行了阐述。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。

关键词：混凝土结构,腐蚀原理,防腐措施

随着社会的不断进步,人们对环境资源的重视,对建筑质量有更高的要求,也越来越重视建筑工程中的腐蚀现象。腐蚀是影响混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素,而关系民生的诸如大批的中小水厂和加压工程中的储水构筑物(如清水池);各类建筑物的地基基础。它们常用的结构形式一般为钢筋混凝土结构,而且都跟地基土或地下水直接接触。由于某些地基土及地下水对钢筋混凝土具有腐蚀作用,为了保证这些建筑结构使用的耐久性,我们必须采用合适的防腐措施。

1 影响混凝土结构的腐蚀性介质

腐蚀性介质按其形态分为五种:气态介质、腐蚀性水、酸碱盐溶液、固态介质和污染土。各种介质对材料的腐蚀程度,可按介质类别、环境相对湿度和作用条件等因素分为强腐蚀性、中等腐蚀性、弱腐蚀性、无腐蚀性四个等级。

1)介质包括腐蚀性气体和以液体为分散相的气溶液(酸雾、碱雾),其作用的部位主要是室内外上部建筑结构的构配件。

2)腐蚀性水系指在工业生产过程中受到各种介质污染的工业水(生产水和废水)或地下水,介质在腐蚀性水中的含量较低。腐蚀性水作用的部位主要是地基、基础、地面和墙面等。

3)酸碱盐溶液指含有不同浓度介质的酸碱盐液体,其作用的部位主要是地面、水沟、墙面、设备基础的地上部位等。

4)气态介质包括腐蚀性碱、盐的颗粒、粉尘和以固体为分散相的气溶液,主要作用于地面和墙面及室内外上部建筑结构的构配件。

5)污染土系指建筑场地由于生产或自然环境等综合因素造成地基土的污染,主要作用于地下混凝土构筑物。

2 混凝土结构的腐蚀原理

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:一是由于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,引起钢筋的腐蚀。从化学成分来看,钢筋锈蚀物为Fe(OH)3,Fe(OH)2,Fe3O4,H2O,FeO3等,其体积比原金属体积增大2倍~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30 MPa(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,混凝土保护层开始剥落,最终使构件丧失承载能力。

通常情况下,混凝土空隙中可充满由于水泥水解时产生的氢氧化钙饱和溶液,其碱度很高,pH值在12以上。钢筋在高碱度的环境中,表面沉积一层致密的氢氧化铁薄膜,而转入钝化状态,即使有空气和钝化状态转化为活性状态,此时若有空气和水分进入,钢筋便开始生锈,造成混凝土液相碱度降低的原因,一般说来是由于酸性气体与混凝土中氢氧化钙作用的结果。酸性气体沿着混凝土中的空隙或裂缝,从外部逐渐向内部渗透,与混凝土空隙中的氢氧化钙溶液发生中和反应,大大降低了混凝土空隙中氢氧化钙的浓度。空气中的二氧化碳属于酸性气体,它与混凝土中的氢氧化钙作用(俗称碳化作用),其反应式如下“Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O。生成的碳酸钙为微融的化合物,其饱和溶液pH值为9,远远小于钢筋保持钝化状态所要求大于11.5的数值。其他酸性气体如SO2,H2S,HCl,NO也可以与混凝土中的氢氧化钙作用(称为混凝土的中性作用)但它们对钢筋的腐蚀,除了使钢筋成活化状态外,还与它们中性化后生成的盐类的性质及种类有关。某些卤离子(如Cl-,I-,Br-)对钝化膜有特殊的破坏作用。它们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,使腐蚀过程得以进行。氯离子是这一类离子中最常遇到的。氯离子半径很小,穿透力强,很容易吸附在钢筋阳极区的钝化膜上,取代钝化膜中的氧离子,使钢筋起保护作用的氢氧化铁变为无保护作用的氯化铁。氯化铁的溶解度比氢氧化铁的溶解度大得多。由于氯离子到达钢筋表面的不均匀性,特别是氯离子作用在钢筋局部区域时,则局部区域为阳极,形成了大阴极小阳极的腐蚀。这种抗蚀或局部腐蚀对结构的危害较大。

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,即抗渗性能愈好,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含量不同,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 %,其碱度比其他品种的水泥高,中性化速度相对要慢。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,从而降低了混凝土空隙中的液相碱度,加快了碳化或中性化的速度。

3混凝土抗腐蚀性的影响因素

混凝土是一种多孔结构，在存在内外压差的情况下，必然存在液体或气体从高压处向低压处渗透的现象，这种现象称为混凝土的渗透性。混凝土的抗渗性和混凝土的抗碳化能力对抵抗外界有害物质的耐腐蚀性及抗冻融性都有着密切的关系。一般来说，抗渗性、抗碳化能力好的混凝土耐腐蚀也就好。通常情况下，威胁混凝土结构和耐久性的最主要形式是氯化物渗入结构内部导致的钢筋腐蚀，通过对配合比进行优化，减小水灰比降低用水量，提高混凝土自身的密实度，切断带有侵蚀性的物质进入混凝土内部的通道，降低渗透性，都将显著改善混凝

土抗腐蚀性。

4提高混凝土抗腐蚀性能的措施

4.1混凝土原材料的选择

（1）水泥。水泥是水泥砂浆和混凝土的胶结材料。水泥类材料的强度和工程性能，是通过水泥砂浆的凝结、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蚀，水泥砂浆和混凝土的性能将不复存在。由于各种水泥的矿物质组份不同，因而它们对各种腐蚀性介质的耐蚀性就有差异。正确选用水泥品种，对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义。

（2）粗、细集料。发生碱—集料反应的必要条件是碱、活性集料和水。粗、细集料的耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。集料与水泥石接触的界面状态对混凝土的耐蚀性有一定影响。

混凝土中所采用粗细集料，应保证致密，同时控制材料的吸水率以及其它杂质的含量，确保材质状况。我国幅员辽阔，集料种类千差万别，在不少地域均发现过活性集料。这些活性集料共分两类，一类为碱—硅酸反应（ASR），一类为碱—碳酸盐反应（ACR）。施工中要严格加强对活性集料的控制。

（3）拌合及养护用水。混凝土拌合及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，除了对水泥石有腐蚀作用外，对钢筋的腐蚀也有影响，因此在腐蚀环境中的混凝土不宜采用海水拌制和养护。

4.2优化配合比