羅銘芬

摘 要：隨著水下混凝土結(jié)構(gòu)工程的不斷增多，人們?cè)絹碓疥P(guān)心鋼筋混凝土的抗腐蝕能力。氯離子引起的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕是導(dǎo)致混凝土耐久性降低的最主要因素。文章從氯離子侵蝕鋼筋機(jī)理以及氯離子侵蝕對(duì)混凝土碳化的影響出發(fā)，探討了預(yù)防氯離子侵蝕的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；氯離子；混凝土碳化；耐久性

1 氯離子侵蝕鋼筋機(jī)理

與其他的離子相比，氯離子的穿透能力相對(duì)較強(qiáng)。一般情況下，鋼筋表面都有一層保護(hù)鋼筋的鈍化膜。所以，氯離子對(duì)鋼筋進(jìn)行腐蝕時(shí)，首先附著在其表面的鈍化膜上，使膜上的 pH 值迅速降低進(jìn)而破壞這個(gè)保護(hù)膜，最后造成鋼筋的局部腐蝕。但并非所有氯離子都是有害和都能對(duì)混凝土鋼筋進(jìn)行氯離子侵蝕的。例如，在水化作用之前部分氯鹽會(huì)和混凝土中的一些其他的成分反映形成難溶性水化鋁酸鹽等，有些部分氯化物是不能腐蝕鋼筋。所以，我們可以發(fā)現(xiàn)對(duì)鋼筋進(jìn)行腐蝕的只是游離氯離子，換個(gè)說法就是水溶性氯離子。由于建筑物的鋼筋周圍都是有混凝土保護(hù)的，來源于外部環(huán)境的游離氯離子慢慢擴(kuò)散穿透鋼筋外層的混凝土，最終引起鋼筋的腐蝕。

砼是一種非均質(zhì)性的材料，氯離子在侵蝕鋼筋表面的鈍化膜時(shí)，不可能大范圍的進(jìn)行，發(fā)生部位一定會(huì)在一個(gè)點(diǎn)上，而這個(gè)局部點(diǎn)則成為了陽極，而此時(shí)未被腐蝕的大部分鋼筋則相對(duì)成為了陰極，形成了電化學(xué)腐蝕。而這個(gè)腐蝕的結(jié)果是鋼筋表面形成局部腐蝕，故又可以稱呼為點(diǎn)蝕或坑腐蝕。這種腐蝕對(duì)斷面小和應(yīng)力高質(zhì)地脆的預(yù)應(yīng)力筋有很大的影響。在混凝土中含有大量的氯離子的情況下，同時(shí)鋼筋外只有較小的混凝土保護(hù)層厚度，空氣中的氧可以大范圍的穿過混凝土抵達(dá)鋼筋的外層，如此就會(huì)在鋼筋的表面引來更大劑量的氯離子去破壞鈍化膜，使一個(gè)點(diǎn)蝕部位逐漸擴(kuò)大，由于附近的點(diǎn)蝕部位太多，結(jié)果可想而知，大范圍的鋼筋腐蝕面就會(huì)形成。在整個(gè)電化學(xué)腐蝕的過程中，負(fù)價(jià)氯離子與正價(jià)鐵離子相遇形成可溶性物質(zhì)，不僅加大了鋼筋的腐蝕范圍，而且由于生成物是可溶的，并沒有使氯離子減少，可進(jìn)行持續(xù)的腐蝕。在溶解后的正價(jià)鐵離子遇各種化學(xué)反應(yīng)，最終生成鐵銹。

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，引起鋼筋銹蝕的最主要原因就是混凝土中的氯離子，這種危害發(fā)生的幾率會(huì)因?yàn)槁入x子的增加而提高和更加劇烈。當(dāng)混凝土中的氯離子濃度大于臨界值時(shí)，再加上特有的環(huán)境，即是有氧氣和水，鋼筋腐蝕的現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。

2 氯離子侵蝕對(duì)混凝土碳化的影響

混凝土的碳化就是混凝土經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象。眾所周知，混凝土是呈現(xiàn)堿性的，根據(jù)相應(yīng)的化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，水泥在與水、砂石等攪拌制成混凝土的過程中，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)而形成混凝土，同時(shí)表明混凝土中所加的水泥越多，反映中產(chǎn)生的負(fù)價(jià)氫氧根例子越多，水泥的堿性也就越強(qiáng)。當(dāng)空氣中CO2氣體經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的滲透，到達(dá)了混凝土內(nèi)部，與混凝土中氫氧根離子起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，同時(shí)使整個(gè)混凝土堿度降低的過程就叫做混凝土碳化，或者稱為混凝土的中性化。一般情況下，混凝土中都是含有氯鹽的，其中包含的氯離子與C3A進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成不穩(wěn)定的低氯型水化氯鋁酸鈣，然后再與擴(kuò)散進(jìn)入混凝土中的CO2 進(jìn)行反應(yīng)生成氯鹽和碳酸鹽。上述的反應(yīng)過程并不是一蹴而就的，它是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。首先在混凝土被碳化之前，這種叫作低氯型水化氯鋁酸鈣的鹽類是均勻分布于砂漿中的， 空氣中的CO2首先與表面的混凝土發(fā)生碳化反應(yīng)，而低氯型水化氯鋁酸鈣分解后產(chǎn)生的氯離子是溶于混凝土中的孔溶液的，并且其可以在溶液中自由隨機(jī)的移動(dòng)，當(dāng)分解出來的氯離子遷移到未碳化區(qū)，就可以重新形成低氯型水化氯鋁酸鈣，并與擴(kuò)散的該區(qū)域的CO2再發(fā)生碳化作用。這種循環(huán)的碳化作用不僅使碳化范圍越來越大，引起了混凝土的變質(zhì)，而且在碳化作用中的氯離子逐步向內(nèi)部擴(kuò)散，與水和氧在鋼筋表面相遇，引起鋼筋的銹蝕，更重要的是碳化作用使混凝土的保護(hù)作用降低，更加加劇了鋼筋的銹蝕現(xiàn)象。

3 預(yù)防氯離子侵蝕的技術(shù)措施

經(jīng)過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 采取相應(yīng)的措施是可以增加混凝土的使用年限的，例如，減小混凝土水灰比、摻加微細(xì)礦物成分、增加混凝土密實(shí)性以及增加保護(hù)層厚度等都是有效的措施。

3.1 控制原材料帶入氯離子的含量。鋼筋不僅可以與酸反映，而且也可以被堿腐蝕。因?yàn)榛炷潦浅尸F(xiàn)堿性的，所以控制混凝土中堿的濃度和應(yīng)盡量減少混凝土中的 Cl-的含量是可以有效延長(zhǎng)混凝土的使用壽命的。

3.2 控制混凝土的濕度。由于混凝土結(jié)構(gòu)含有較多的氯鹽， 同時(shí)必定會(huì)受到干濕條件的影響， 但對(duì)鋼筋銹蝕影響最大的還是混凝土的滲透性和厚度。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氧氣在濕飽和條件下的液體中擁有相對(duì)較慢的擴(kuò)散速率，有效的減少了鋼筋銹蝕現(xiàn)象的發(fā)生。而如果混凝土是半干狀態(tài)的，氧氣的擴(kuò)散速率就會(huì)大大加強(qiáng)， 鋼筋的腐蝕就會(huì)更加快。所以，使用質(zhì)量較好且對(duì)氯離子的抗?jié)B透性較大的混凝土，有效的防止鋼筋的腐蝕。

3.3 采用表面處理方法。在鋼筋表面涂上一層更加容易銹蝕的金屬材料，可以有效的減少鋼筋銹蝕的可能。

3.4 摻入阻銹劑。鋼筋阻銹劑顧名思義就是阻止氯鹽對(duì)鋼筋產(chǎn)生腐蝕的作用。阻銹劑可以消除或者減緩鋼筋銹蝕過程中的化學(xué)反應(yīng)，使Cl-在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)中扮演角色的作用減小或者消除，最終達(dá)到延緩腐蝕的過程的目的，可以讓混凝土結(jié)構(gòu)更加持久安全的使用。亞硝酸鈉是一個(gè)良好的阻銹劑，但由于在使用過程中各種不利的因素，使它并不能得到人們的認(rèn)可。目前，世界上使用最廣而且效果較好的阻銹劑亞硝酸鈣。研究發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鹽類阻銹劑是一種氧化型緩蝕劑，所以在使用過程中必須保證它的用量達(dá)到要求，否則腐蝕現(xiàn)象會(huì)比未使用之前更加嚴(yán)重。

3.5 電化學(xué)保護(hù)。電化學(xué)保護(hù)是依據(jù)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象而找出的一種解決鋼筋銹蝕的方法，根據(jù)上文所述知道，在鋼筋腐蝕的過程中引起了電位的變化，而這種電化學(xué)保護(hù)的方法就是利用外部電流的流入改變鋼筋表面的電位，最終降低鋼筋的腐蝕速度。同時(shí)，電化學(xué)保護(hù)的方法分為陰極保護(hù)與電化學(xué)處理。陰極保護(hù)法在易受碳化的混凝土或者是氯化物污染較嚴(yán)重的混凝土中應(yīng)用最為廣泛，此方法較有效而且經(jīng)濟(jì)。在采用陰極保護(hù)法的時(shí)候我們又可以從兩個(gè)方面來進(jìn)行考慮，一種就是犧牲陽極保護(hù)法，而另一種是外加電流陰極保護(hù)法。而后者在目前有廣泛的使用同時(shí)隨著科技的發(fā)展也在技術(shù)上有了較大的進(jìn)步。而電化學(xué)處理的方法亦可用于混凝土碳化或有氯化物污染的地方，該方法既可以節(jié)約資源成本，而且能夠提高社會(huì)效益，引起了高度重視。

4 結(jié)語

水下工程或者部分水下工程，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)受到氯離子的腐蝕。所以需要采取相應(yīng)的措施，才能夠降低氯離子帶來的影響。目前普遍的方法有：控制原材料帶入氯離子的含量、控制混凝土的濕度、采用表面處理方法、摻入阻銹劑、電化學(xué)保護(hù)等方法都能夠有效的降低氯離子帶來的影響。

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