林樂琴

(樂清市水利局，浙江樂清 325600)

0 引言

根據(jù)近年來國內(nèi)外實際調(diào)查資料可知，水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，因鋼筋的銹蝕而引起構(gòu)件損壞，甚至整個結(jié)構(gòu)失效的事例屢見不鮮，問題的嚴(yán)重性已越來越引起人們的重視［1－3］.

混凝土中鋼筋銹蝕有兩種情況:一種是先裂后銹，另一種是先銹后裂.一般構(gòu)件表面無裂縫，由于腐蝕氣體介質(zhì)從保護(hù)層中全面涌透，擴(kuò)散到鋼筋表面而導(dǎo)致鋼筋的銹蝕，引起鋼筋體積膨脹(鋼筋銹蝕產(chǎn)物——鐵銹的體積比原來大2～4倍)使混凝土保護(hù)層產(chǎn)生相當(dāng)大的拉力，造成混凝土保護(hù)層順著鋼筋方向開裂，削落而破壞.這種先銹后裂類型與橫向裂縫關(guān)系不大，主要與保護(hù)層有關(guān).當(dāng)然，鋼筋的銹蝕還與結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、構(gòu)件受力方式等因素有關(guān).

對于混凝土材料的耐久性問題長期以來已經(jīng)得到了廣泛深入研究.但是混凝土的耐久性不應(yīng)當(dāng)僅在材料問題上進(jìn)行分析和評價，而應(yīng)當(dāng)把混凝土材料放在構(gòu)件和工程結(jié)構(gòu)的整體中進(jìn)行研究和評價.外界環(huán)境對混凝土材料的腐蝕與損傷主要發(fā)生在混凝土的淺層，進(jìn)而使得混凝土截面和強度受到損失，影響結(jié)構(gòu)的外觀和安全.對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，更重要的是因表層混凝土發(fā)生腐蝕或損傷而削弱了對鋼筋的保護(hù)能力，加速鋼筋銹蝕進(jìn)程.

混凝土保護(hù)層一般定義為鋼筋外表面到混凝土構(gòu)件表面的這層混凝土，位于鋼筋與外界環(huán)境之間，是保護(hù)鋼筋及內(nèi)部混凝土不受外界侵蝕的重要防線，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性具有十分重要的意義.因此，對于混凝土保護(hù)層的結(jié)構(gòu)與性能需要進(jìn)行深入研究.

1 鋼筋的銹蝕

鋼筋在混凝土中銹蝕是一種特定的電化學(xué)腐蝕.通常條件下，混凝土中孔隙水為水泥水化時析出的大量氫氧化鈣和少數(shù)鉀、鈉氫氧化物.PH值約為12.5～13.5之間.在這種高堿性環(huán)境中，鋼筋表面會形成一層薄的純化保護(hù)膜，其成分為r—Fe2O3，盡管空氣中的氧可以通過混凝土中孔隙滲到鋼筋表面，但該純化膜可有效地控制鋼筋的銹蝕，所以只有當(dāng)純化膜破壞時，在水、氧氣作用下，鋼筋才會發(fā)生銹蝕.導(dǎo)致鋼筋表面純化膜破壞(即脫純)機(jī)理有如下兩種:混凝土的碳化、氯鹽滲入混凝土中.

1.1 混凝土的碳化

大氣中的CO2與混凝土孔隙液中的Ca(OH)2，反應(yīng)生成弱堿性CaCO3.該反應(yīng)使混凝土的PH值下降，這種將使混凝土從表層開始向內(nèi)逐步失去堿性現(xiàn)象，稱為混凝土的碳化.當(dāng)PH≤9時，則混凝土完全被碳化.

混凝土碳化速度與水泥的品種、用量、所處環(huán)境、水灰比、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量等有密切的關(guān)系.在具有良好配比的密實混凝土中，幾十年碳化層深度僅只有幾毫米，因此混凝土對鋼筋起著防護(hù)作用.但當(dāng)混凝土保護(hù)層密實性較差，保護(hù)層厚度較薄時，在環(huán)境濕度(50% ～90%)下，碳化深度將會顯著增大，一旦達(dá)到鋼筋表面，純化膜將被破壞——脫純.

鋼筋銹蝕時，脫純的鋼筋表面為電化腐蝕的陽極，而未脫純鋼筋表面區(qū)域成為陰極.其電化學(xué)作用可簡單的表示為:

① 在陽極:Fe→Fe++2e

② 在陰極:O2+H2O+4e→OH－

③ 在陽極:20H－+Fe++→Fe(OH)2

最后氧化成鐵銹nFe2O3·mH2O，鐵銹到一定厚度就會使混凝土保護(hù)層開裂式脫落.如安微蚌埠水泵廠一九五九年建成的鑄工車間，一九七九年因混凝土碳化鋼筋銹，混凝土保護(hù)層大面積脫落而重新改建.

凡是碳化深度達(dá)到鋼筋表面的，即使混凝土未裂，鋼筋也會有不同程序的銹蝕.碳化深度小于保護(hù)層厚度時，鋼筋一般不銹蝕.因此碳化深度也就成為確定保護(hù)層厚度的依據(jù).

1.2 氯鹽的滲入

無論是摻氯鹽的混凝土，還是與海水、海洋、大氣接觸的鋼筋混凝土構(gòu)件，當(dāng)氯離子濃度達(dá)到某一臨界值時(國外資料通常認(rèn)為是水泥重量的0.4%)，即使混凝土孔隙液中PH值還相當(dāng)高，但游離的氯離子Cl－將取代氧化膜中的氧離子，生成金屬氯化物，從而使鋼筋脫純，在潮濕環(huán)境中仍發(fā)生上述電化學(xué)腐蝕.導(dǎo)致鋼筋局部銹蝕［4］.

據(jù)四航局科研所測定，Cl－隨保護(hù)層加厚而急劇減少，見表1.

表1 Cl－保護(hù)層變化表

綜上所述，鋼筋銹蝕的必要條件是氧和水.只有在混凝土飽水或空氣濕度過低(＜40%)情況下，鋼筋幾乎不發(fā)生銹蝕.

鋼筋的銹蝕在很大程度上取決于CO2，氯鹽、氧這三者的擴(kuò)散程度.而影響這三者的主要是混凝土保護(hù)層的質(zhì)量.

2 混凝土保護(hù)層質(zhì)量

混凝土保護(hù)層質(zhì)量的含意是指保護(hù)層的密實性和必需的厚度［5］.

而提高混凝的密實性，可以減少混凝土的內(nèi)部微細(xì)孔隙量.在密實前提下，足夠的保護(hù)層厚度可以顯著地推遲大氣中水分、氧氣、氯離子等侵蝕性介質(zhì)一一滲透及擴(kuò)散到鋼筋表面的時間，同時也增加了對鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力，這是防止鋼筋銹蝕的根本途徑.

2.1 混凝土保護(hù)層厚度

由資料分析可知，沿海地區(qū)混凝土保護(hù)層厚度當(dāng)構(gòu)架為板時取15～20 mm，柱時取25 mm，梁時取25～30 mm顯然是不夠的，應(yīng)適當(dāng)增大.要保持50年左右的使用壽命，又不采取涂層等防滲措施的活，海洋大氣區(qū)及水位變動混凝土保護(hù)區(qū)護(hù)層不宜小50 mm.對于水下結(jié)構(gòu)若考慮水流沖刷故保護(hù)層應(yīng)適當(dāng)厚一些.但在任何情況下，保護(hù)層厚度不能小于最大骨粒直徑的1.25倍.

2.2 混凝土保護(hù)層的密實性

(1)嚴(yán)格控制水灰比

根據(jù)國外現(xiàn)行海工規(guī)范及我國研究成果表明，水灰比應(yīng)控制0.5以下，這對防止鋼筋銹蝕將會收到顯著效果.

(2)水泥品種及混凝土合理級配

我國五大品種水泥抗碳化能力好差的次序為:硅酸鹽水泥→普通水泥+礦渣水泥→粉煤灰水泥+火山灰水泥.因此要選擇抗碳化能力較好的水泥品種，同時要注意混凝土合理級配，防止骨料直徑過大，以提高抗?jié)B能力.

(3)施工質(zhì)量

保證混凝土質(zhì)量是提高混凝土密實性的重要環(huán)節(jié).若混凝土澆灌質(zhì)量不佳，或養(yǎng)護(hù)不善，表面容易產(chǎn)生蜂窩、麻面、龜裂、冷縫等缺陷，鋼筋不能完全被水泥漿所復(fù)蓋，這將為空氣滲入創(chuàng)造了條件，從而加快了混凝土的碳化速度.

因此，要控制混凝土澆搗質(zhì)量，并進(jìn)行認(rèn)真養(yǎng)護(hù)，以保證水泥漿完全覆蓋住鋼筋，從而使鋼筋周圍有一道比較有效地防止侵蝕性物作擴(kuò)散的隔離質(zhì).對具有邊、角這些部位要保證鋼筋位置符合設(shè)計要求.

對耐久性較高部位，混凝土養(yǎng)護(hù)齡期最好不得小于14 d.

3 結(jié)論

在具體施工技術(shù)上還可以采取如下四點措施保障混凝土保護(hù)層厚度.

(1)確?；炷恋臐仓|(zhì)量.在施工過程中要嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，在達(dá)到混凝土和易性的條件下，降低水灰比盡量減少用水量，從而達(dá)到減少混凝土中孔隙的目的.而在澆筑混凝土前模板的接縫要詳細(xì)檢查，避免澆筑時的模板漏漿等現(xiàn)象.采用底部預(yù)鋪混凝土或通過調(diào)整骨料粒徑的辦法，來防止一些鋼筋較密的水平構(gòu)件出現(xiàn)混凝土蜂窩等現(xiàn)象.對于豎向構(gòu)件要合理控制混凝土的坍落高度，避免出現(xiàn)爛根現(xiàn)象.

(2)確?；炷帘Ｗo(hù)層厚度按照設(shè)計要求.要按設(shè)計要求對保護(hù)層的厚度進(jìn)行控制，符合在規(guī)定范圍之內(nèi)，并且對要對不同的構(gòu)件采取不同的控制要求.比如:對豎向構(gòu)件，如墻、柱類使用穿墻筋和S筋固定的方式，可使用1∶1水泥砂漿來制作厚度同保護(hù)層30 mm見方的墊塊，在主筋上綁扎22號扎絲從而控制保護(hù)層厚度.

(3)加強對成型混凝土的養(yǎng)護(hù).在實際工程中常常發(fā)生養(yǎng)護(hù)不周而造成的混凝土失水問題，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫.所以要提高對混凝土養(yǎng)護(hù)重要性的認(rèn)識，減少由此而引發(fā)的混凝土耐久性降低.

(4)一般情況下，鋼筋應(yīng)放在密閉的倉庫中，在有大氣腐蝕情況下，構(gòu)件應(yīng)立即澆灌混凝土，避免產(chǎn)生銹蝕;對于暴露在侵蝕環(huán)境中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧涂層帶肋鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)有防護(hù)措施，混凝土宜采用有利于提高耐久性的高性能混凝土.

［1］ 黃可信.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕與保護(hù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1983.

［2］ 丁 威，崔國惠.鋼筋銹蝕引起混凝土保護(hù)層初裂時間的推定研究［J］.施工技術(shù)，2000(5):19－20.

［3］ 王小惠，劉西拉.受荷鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層縱向開裂時鋼筋銹蝕深度分析計算［J］.混凝土與水泥制品，2003(4):47－49.

［4］ 盧云飛.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)氯離子腐蝕分析與處理探討［J］.廣東土木與建筑，2004(6):49－50.

［5］ 李成玉，馮廣平.混凝土保護(hù)層厚度和質(zhì)量對其耐久性的影響［J］.河南石油，2002(5):42 －44.