郭立夫 路衛(wèi)東 王寶樹

【摘 要】闡述海工混凝土結構的侵蝕機理和影響因素，結合當前研究成果，介紹了相應的侵蝕機理與防護方法。 【關鍵詞】 氯離子，海洋混凝土，侵蝕，防護

中圖分類號：TU37 文獻標識碼： A

State-of-art on Corrosion and Protection on Chloride in Marine Concrete Structures

Abstract: The mechanism on the influence factors of marine concrete structures corrosion has been described in this review, according to the today, and the cut hors gave some measures of corrosion protection. Key words: chloride, marine concrete, corrosion, protection

前 言

我國大規(guī)模的基本建設集中于沿海地區(qū)，而海邊的混凝土工程由于長期受氯離子侵蝕，混凝土中的鋼筋銹蝕現(xiàn)象非常嚴重，已建的海港碼頭等工程多數(shù)都達不到設計壽命的要求。國際著名混凝土專家Mehta教授在《混凝土耐久性－五十年進展》主旨報告中指出[1]：“當今世界混凝土破壞原因，按重要性遞減順序排列是：鋼筋銹蝕、凍害、物理化學作用?！倍鴣碜院Ｑ蟓h(huán)境的氯離子，又是造成鋼筋銹蝕的主要原因[2]。海洋環(huán)境下鋼筋混凝土結構物的過早破壞，已經(jīng)成為全世界普遍關注并日益突出的一大災害。在我國，鋼筋混凝土結構物腐蝕引起破壞的情況同樣嚴重。使用高性能混凝土和混凝土表面涂層是延長海工混凝土結構使用壽命較經(jīng)濟和有效的措施。

1.海洋中的氯離子

海洋中的海水通常含有3%的鹽，其中主要是氯離子。以Cl-計，海水中的含量約為19000mg/L。另外，海風、海霧中也含有氯離子，海砂中更含有不等量的氯離子。我國的海岸線很長，大規(guī)模的基本建設多集中在沿海地區(qū)，尤其是海洋工程如碼頭、護坡和防護堤等由于氯離子引起的鋼筋銹蝕破壞是十分突出的。同時，近年來沿海地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)河砂匱乏的情況，不經(jīng)技術處理就使用海砂的現(xiàn)象亦日趨嚴重，這也為氯離子引起鋼筋銹蝕破壞創(chuàng)造了條件。國外的工程經(jīng)驗教訓表明，海水、海風和海霧中的氯離子和不合理的使用海砂，是影響混凝土結構耐久性的主要原因之一。

2.氯離子對混凝土結構的危害及侵入途徑

2.1危害

鋼筋混凝土結構在使用壽命期間可能遇到的各種暴露條件中，氯化物是一種最危險的侵蝕介質(zhì)，它的危害是多方面的。

海洋環(huán)境中存在大量的氯鹽。氯鹽滲透到混凝土中，提高了氫氧化鈣的溶解度，增加了對混凝土的“溶解”侵蝕，同時促進混凝土的凍融破壞，有時還產(chǎn)生結晶腐蝕。但是，氯鹽最主要的破壞作用處是對鋼筋的腐蝕[3]。

2.2侵入途徑

Cl－進入混凝土中通常有兩種途徑[4]：其一是混入，如摻用含氯離子外加劑、使用海砂、施工用水含氯離子、在含鹽環(huán)境中拌制澆注混凝土等；其二是滲入，環(huán)境中的氯離子通過混凝土宏觀、微觀缺陷滲入到混凝土中，并到達鋼筋表面?；烊氍F(xiàn)象大都是施工管理的問題；而滲入現(xiàn)象則是綜合技術的問題，與混凝土材料多孔性、密實性、工程質(zhì)量、鋼筋表面混凝土層厚度等多種因素有關。

3.氯離子對鋼筋銹蝕的機理

在海水中，對鋼筋混凝土腐蝕最強的當屬C1-。C1-的離子半徑很小，具有很強的穿透力[5]。普通混凝土在8％NaCl 溶液中浸泡60天，氯離子滲透深度可達2cm。C1-透過混凝土保護層被吸附在鋼筋陽極區(qū)的鈍化膜上，C1-與鈍化膜中的氧化鐵反應生成無保護作用的氯化鐵，從而在鋼筋上形成大陰極小陽極的電化腐蝕。鋼筋銹蝕速度很快，銹蝕的鋼筋體積膨脹，擠壓破壞混凝土保護層，產(chǎn)生通常所說順筋破壞。

在國外，對混凝土內(nèi)Cl-的含量都有嚴格的規(guī)定，其目的是防止鋼筋的銹蝕。在英國、美國，浸滲到混凝土內(nèi)氯鹽量 引發(fā)鋼筋銹蝕的起點是0.4％(NaCl/水泥重量)；在德國引發(fā)鋼筋銹蝕允許最大浸滲鹽量是0.02％～0.04％ (Cl-/混凝土重)；在日本引發(fā)鋼筋銹蝕的初始值定為0．03％(Cl-/混凝土重)。

3.1破壞鈍化膜

水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜，以往的研究認為，該鈍化膜是由鐵的氧化物構成， 但是最近研究表明，該鈍化膜中含有Si-O鍵，它對鋼筋有很強的保護能力[4]，然而，該鈍化膜只有在高堿性環(huán)境 中才是穩(wěn)定的。當ＰＨ＜11.5時，就開始不穩(wěn)定，當ＰＨ＜9.88時該鈍化膜生成困難或已經(jīng)生存的鈍化膜逐漸破 壞。Cl-是極強的去鈍化劑，Cl-進混凝土到達鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時，可使該處的ＰＨ值迅速降低， 可使鋼筋表面ＰＨ值降低到4以下，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜。

3.2形成腐蝕電池

如果在大面積的鋼筋表面上具有高濃度氯化物，則氯化物所引起的腐蝕可能是均勻腐蝕，但是在不均質(zhì)的混凝土中， 常見的是局部腐蝕。Cl-對鋼筋表面鈍化膜的破壞發(fā)生在局部，這些部位露出了鐵基體，與尚完好的鈍化膜區(qū)域形 成的單位差；鐵基體作為陽極而受腐蝕，大面積鈍化膜區(qū)域作為陰極。腐蝕電池作用的結果是，在鋼筋表面產(chǎn)生蝕坑,由于大陰極對應于小陽極，蝕坑發(fā)展十分迅速。

3.3去極化作用

Cl-不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用。Cl-與陽極反應產(chǎn)物Fe二價離子結合成FeCl2將陽極產(chǎn)物及時地搬運走，使陽極過程順利進行甚至加速進行。通常把使陽極過程受陰稱作陽極極化作用。而把加速陽極極化作用稱作去極化作用，Cl-是發(fā)揮了陽極去極化作用。

在氯離子存在的混凝土中，在鋼筋的銹蝕產(chǎn)物中是很難找到FeCl2的，這是由于FeCl2是可溶的，在向混凝土內(nèi)擴散時遇到OH－就能生成Fe(OH)2沉淀。再進一步氧化成鐵的氧化物，就是通常的鐵銹。由此可見，Cl－起到了搬運的作用，卻并不被消耗，也就是說，凡是進入混凝土中的Cl-會周而復始地起到破壞作用，也是氯離子危害的特點之一。

3.4導電作用

腐蝕電池的要素之一是要有離子通路，混凝土中Cl-的存在強化了離子通路，降低了陰陽極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學腐蝕過程。氯化物還提高了混凝土的吸濕性，這也能減小陰陽極之間的歐姆電阻。

4.混凝土中氯離子含量的限定值

鑒于氯離子進入混凝土中可能引起鋼筋銹蝕，并存在一個氯離子濃度的臨界值，為了使混凝土結構在使用期內(nèi)避免遭受鋼筋腐蝕破壞，嚴格控制氯離子在混凝土中的含量是十分必要的。在試驗研究和工程實踐的基礎上，世界上許多國家的規(guī)程、規(guī)范、政府指令性文件中都作了相應的氯離子限量規(guī)定。

限定值是指對混凝土中氯離子含量的總量控制值。不論以何種途徑進入混凝土，都不允許氯離子含量超出該限定值，并以此作為新建工程質(zhì)量控制的重要技術指標之一。

5氯離子腐蝕的防護

由于混凝土本身固有的多孔性而存在著宏觀與微觀的缺陷等原因，外界環(huán)境的氯離子可滲入混凝土中并達到一定的濃度，使混凝土失去對鋼筋的保護作用。因此，采取防護措施阻止或防止外界環(huán)境的氯離子滲入混凝土內(nèi)部是非常重要和必要的。

5.1提高混凝土保護層厚度和質(zhì)量

混凝土保護層厚度增加，則氯離子滲入混凝土到達鋼筋的時間就會增加這是延遲混凝土內(nèi)部鋼筋開始銹蝕很有效的一種方法。

在制作混凝土時，加強施工質(zhì)量控制，對增加混凝土密實度、提高混凝土質(zhì)量是非常重要的。另外，在混凝土中加入高效減水劑和優(yōu)質(zhì)摻合料，可以從根本上改善混凝土的性能，提高混凝土抵抗氯離子滲入的能力。高性能混凝土(high Performance concrete，HPC)是近年來混凝土材料發(fā)展的一個重要方向。

5.2混凝土表面涂層

為了制止氯離子等腐蝕介質(zhì)滲入混凝土，以延緩鋼筋腐蝕，對修補過的混凝土結構甚至新澆筑的混凝土結構，涂覆混凝土作為第一道防線往往是一種比較簡單，經(jīng)濟和有效的輔助性保護措施。

混凝土涂覆基本上可以分為侵入型和隔離型兩種。侵入型涂料不能在混凝土表面成膜，不會形成隔離層，也不能充滿混凝土毛細孔隙，但是它能顯著降低混凝土的吸水性。而隔離型涂料可以使混凝土和侵蝕型介質(zhì)隔離。

6其他防護方法

6.1耐腐蝕鋼筋

采用耐腐蝕鋼筋對混入型和滲入型氯離子的防護都是很有效的。從效果和經(jīng)濟綜合考慮，目前的研究和應用熱點是環(huán)氧涂層鋼筋[7]，因為環(huán)氧涂層鋼筋是在嚴格控制的鋼廠流水線上涂覆的，一般可以保證涂層高質(zhì)量，涂層可以將鋼筋與周圍的混凝土隔開，即使氯離子和氧氣等已經(jīng)大量侵入混凝土，它還是可以長期保護鋼筋，使鋼筋免遭腐蝕。

6.2鋼筋阻銹劑

鋼筋阻銹劑通過影響鋼筋和電介質(zhì)之間的電化學反應，可以有效地阻止鋼筋腐蝕發(fā)生，因為阻銹劑的作用可以自發(fā)地在鋼筋表面上形成，只要有致鈍環(huán)境，即使鈍化膜破壞也可以自行再生，自動維持，這不僅優(yōu)于任何人為涂層，而且經(jīng)濟、簡便。

實踐證明，拌制混凝土時摻加阻銹劑也是預防惡劣環(huán)境中鋼筋腐蝕的一種經(jīng)濟有效的補充措施，亞硝酸鹽是近二十年來已經(jīng)大規(guī)模應用的鋼筋阻銹劑。

7 結論與建議

混凝土結構的侵蝕破壞己成為影響耐久性最主要原因之一，給國民經(jīng)濟帶來了巨大損失，因此，在材料研究中必須充分認識到防腐工作的重要性。

混凝土侵蝕破壞是多種因素綜合作用的結果。既有混凝土內(nèi)部缺陷及材料性質(zhì)的因素，也是一個和環(huán)境相互作用的過程。海洋地區(qū)的特殊環(huán)境下，更應綜合考慮多方面的因素的協(xié)同效應，特別要注意的是氯離子對混凝土結構的侵蝕。通過提高混凝土密實度，減小水膠比，添加外加劑，摻高爐礦渣、粉煤灰、硅灰等，嚴格控制施工質(zhì)量，綜合考慮經(jīng)濟、安全因素，增強混凝土結構的抗侵蝕能力。

參考文獻

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郭立夫(1986-),男,甘肅慶陽人，所在單位：甘肅省慶陽市住建局，研究方向：城市房屋建筑和市政基礎設施建設工程材料研究.