氯盐对混凝土结构耐久性的危害分析及对策

混凝土结构已成为一种主要的结构形式，在土木工程中得到了广泛的应用。但是，由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点，混凝土结构耐久性能的衰退是目前我国工程建设领域所面临的非常严峻的问题，它极大地危害了结构的可靠性和安全性，现已引起了研究者的高度重视。在1991年召开的第2届混凝土耐久性国际会议上，P.K.Mehta 教授在题为《混凝土耐久性——

—50年进展》的报告中指出：“当今世界，混凝土破坏的原因，按重要性递降顺序排列是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用[2]。在2001年“土建结构工程的安全性与耐久性”工程科技论坛上，有关专家也明确指出我国混凝土破坏的主要原因是“南锈北冻”。

我国从70年代末开始大量建造混凝土路面道路和立交桥，80年代末开始建造高速公路。在北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠（NaCl）和氯化钙（CaCl2），氯盐具有很强的腐蚀性，会造成金属结构、混凝土中钢筋、排水装置以及地下管线等加速腐蚀，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀。我国有超过1万km的海岸线，大规模的基本建设集中于沿海地区，而海边的混凝土工程由于长期受氯离子侵蚀，混凝土中的钢筋锈蚀现象非常严重，已建的海港码头等工程多数都达不到设计寿命的要求。因此使用防冰盐和海洋环境中的氯离子，是造成钢筋锈蚀的主要原因。鉴于此，本文主要以氯离子对钢筋混凝土结构侵蚀破坏来进行分析，作为混凝土结构耐久性的一个重要部分。

氯盐对混凝土结构耐久性的危害

分析及对策Chlorine salt to concrete structure durable harm analysis and countermeasure

高永航解耀魁（西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055）

摘要：钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的最主要原因，而氯盐又是影响钢筋锈蚀的主要因素之一。因此，本文

以氯盐对钢筋混凝土结构腐蚀破坏为研究对象，指出了钢筋锈蚀的机理，钢筋锈蚀对结构性能的影响等，并对防

氯盐侵蚀破坏提出了几点措施。

关键词：钢筋混凝土结构;氯盐;耐久性;钢筋锈蚀;机理

Abstract:Reinforcement corrosion affects durability of concrete structures as most primary cause.And the chlorine salt

also affects one of steel bar corrosion primary factors.Therefore,the paper take the chlorine salt to the reinforced con-

crete structure corrosion and destroy as the object of study,points out the steel bar corrosion the mechanism,Steel bar corrosion to structure performance influence and so on.,and proposed several measures to against chlorine salt corrosion destruction.

Key words:reinforced concrete structure;chloride salt;durability;reinforcement corrosion;mechanism

中图分类号：TU528.33;TU511.3+2文件标识码：B文章编号：1003-8965（2009）01-0013-05

图1氯离子侵蚀钢筋锈蚀机理

2.1氯离子侵蚀钢筋锈蚀机理

已有的结果表明，混凝土空隙中是碱度很高的Ca(OH)2饱和溶液，PH值在12.5左右。在这样高碱度的环境中，钢筋表面被氧化，形成一层厚约20～60A的λ-Fe2O3·nH2O的钝化膜保护层，这种膜是一种致密、稳定的共格结构，水和氧气不能渗透过去，使钢筋处于钝化膜状态而不被氧化。但由于混凝土结构在许多情况下与含有氯离子的溶液相接触，Cl-以扩散的方式或由毛细孔吸附而被传输到混凝土内部的钢筋表面，当钢筋表面的混凝土空隙溶液中游离Cl-浓度超过一定值时，即使在碱度较高，PH值大于11.5时，Cl-也能破坏钝化膜，从而使钢筋发生锈蚀。Cl-对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部，使这些部位露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域之间构成腐蚀电池，腐蚀电池作用的结果是在钢筋表面产生蚀坑。Cl-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作用，混凝土中Cl-的存在强化离子通路，降低阴阳极之间的电阻，加速化学腐蚀过程。但Cl-在整个腐蚀过程中并没有被消耗掉，只是起到了“搬运”的作用，凡进入混凝土中的Cl-会周而复始地起到破坏作用，这是Cl-危害的特点之一[7]。

氯离子对钢筋的腐蚀作用概括总结主要表现在以下几个方面：

(1)作为去钝化剂，破坏钢筋表面的保护性钝化膜。

(2)形成腐蚀电池，造成局部坑蚀或均匀腐蚀。

(3)发挥了阳极的去极化作用，加速腐蚀进程。

(4)形成离子通路，起到导电的作用，提高锈蚀速率。

其锈蚀过程见图1[3]。

①在阳极，铁失去电子变成铁离子，由于水溶性氯化铁(FeCl2·4H2O)的形成，钢筋表面钝化膜破坏。阳极反应过程是：

Fe-2e=Fe2+(1)

Fe2++2Cl-+4H2O=FeCl2··4H2O(2)

②在阴极，电子、水、氧转化成氢氧根离子，起到了保护钢筋的作用。阴极反应是：

O2+2H2O+4e-=4(OH)-(3)

③阴极反应产生的氢氧根离子通过带电区域向阳极方向传递带有负电荷的离子。而阳极形成的FeCl2·4H2O向含氧量较高的混凝土孔溶液中迁移，分解为Fe(OH)2，在湿度和通风的条件下，继续反应生成最终的铁锈。

FeCl2·4H2O

=Fe(OH)2+2HCl+2H2O(4)

4Fe(OH)2+O2+2H2O

=Fe(OH)3(5)

2.2氯离子在混凝土中的扩散模型[2]

基于所处环境不同，外部氯离子一般通过渗透、扩散、毛细管作用及化学迁移等方式侵入混凝土。通常，氯离子的侵入是几种方式的组合结果。

对于现有的没有开裂且水灰比不太低的结构，大量的检测结果表明氯离子的浓度可以认为是一个线性的扩散过程，用Fick定律可以很方便地将氯离子的扩散浓度、扩散系数及扩散时间联系起来，可以直观地体现结构的耐久性。目前，Fick第二定律已经成为预测氯离子在混凝土中扩散过程的经典理论。Fick第二定律可以表示为：