淺談砼腐蝕以及防腐措施

　　摘要：本文介紹了混凝土腐蝕的主要因素，包括碳化、氯化物的侵蝕、凍融等因素。并在分析原因的基礎(chǔ)上論述了基本的防腐措施，主要有添加礦物質(zhì)粉末、改善施工工藝、纖維混凝土結(jié)構(gòu)等方法。通過(guò)防腐措施可以有效改善混凝土使用的耐久性和安全性。

　　關(guān)鍵詞：混凝土；腐蝕；防腐措施；耐久性；

　　The discussion of concrete corrosion and anticorrosion methods

　　Zhao Dangfeng，Liu Hua wu ，Shi Lei

　　(Shool of Textiles， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300160， China)

　　Abstract: This paper introduces the main factors of concrete corrosion， including carbonation， chloride corrosion， freeze-thaw and other factors. It also discusses the basic anticorrosion methods based on the analysis of the main factors of concrete corrosion. The main methods include adding mineral powder， improving the construction technology， structures of fiber reinforced concrete etc. the durability and safety of

　　concrete can be effectively improved through the using of these methods.

　　Keywords: concrete; corrosion; anti-corrosion measures; durability;

　　前言

　　混凝土即“砼”，混凝土是主要的建筑材料， 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，土木工程建設(shè)所用的主要建筑材料混凝土用量穩(wěn)居世界前列。通常用的混凝土是由膠凝材料（水泥）、水和粗、細(xì)骨料按適當(dāng)比例配合，拌制成拌合物，經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的人造石材。當(dāng)在混凝土中配以適量的鋼筋，則為鋼筋混凝土?；炷恋母g直接影響著混凝土使用的耐久性和安全性。本文將混凝土的腐蝕以及防腐措施給予論述，希望給予大家參考。

　　1.混凝土腐蝕的原因分析

　　1.1 混凝土碳化的影響

　　CO₂是全球變暖的溫室氣體主要組分，近年來(lái)人們?yōu)楂@得能源而向大自然索取的煤、石油、天然氣的量在迅速增加，燃燒產(chǎn)生的CO₂ 也在與日俱增，且由于全球人口猛增，森林草原迅速減少，碳源增加，碳源減少，綜合結(jié)果使全球大氣中CO₂ 含量急劇增加。由于空氣中含有大量的CO₂ ，當(dāng)CO₂ 進(jìn)入混凝土中的孔隙并溶解在孔隙水中形成一種酸性溶液，它與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，即

　　CO₂＋NaOH→ Na₂CO₃＋H₂O          CO₂ + 2Ca (OH)₂ → 2CaCO₃ + H₂O

　　Na₂CO₃ 溶于水后呈堿性，但堿性較弱。而CaCO₃ 是不溶于水的， 所以反應(yīng)后會(huì)使孔隙水中的CO₂含量減少，同時(shí)混凝土的pH 值將降低，而空氣中的CO₂ 會(huì)繼續(xù)溶入孔隙水中，使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，結(jié)果是降低了混凝土的高堿性，這樣碳化就開(kāi)始轉(zhuǎn)向深一層的混凝土。當(dāng)碳化的深度到達(dá)鋼筋時(shí)，鋼筋的鈍化保護(hù)就會(huì)失穩(wěn)、消失，這時(shí)就會(huì)引起鋼筋的腐蝕?；炷撂蓟乃俣瘸c空氣中CO₂ 濃度和混凝土中堿性物質(zhì)濃度有關(guān)外，主要取決于CO₂與混凝土中堿性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速度、CO₂向混凝土的擴(kuò)散速度以及氫氧化鈣的擴(kuò)散速度。

　　1.2 氯化物的侵蝕

　　在沿海、內(nèi)陸(如鹽橋、鹽堿地) 或鹽堿工業(yè)區(qū)，混凝土的集料和用水的氯鹽含量較高;而且其工作環(huán)境也受氯鹽的侵蝕，氯鹽對(duì)混凝土和鋼材有如下的腐蝕作用。

　　(1)對(duì)混凝土的腐蝕:①M(fèi)gCl₂ 與混凝土中的Ca生成CaCl₂能溶于水，形成多孔混凝土；②海水中的MgSO₄ 與混凝土中的Ca(OH)₂生成CaSO₄ ，又與鋁酸鈣生成硫鋁酸鈣--水泥桿菌，混凝土膨脹破壞；③鹽分子在混凝土毛細(xì)管內(nèi)上升，不斷結(jié)晶、聚集，脹裂混凝土。

　　(2) 對(duì)鋼筋的腐蝕:①氯離子破壞鈍化層；②氯離子與鐵構(gòu)成了腐蝕電池，在鋼筋表面形成特有的坑蝕；③氯離子與鐵離子生成FeCl₂ ，再溶于水，轉(zhuǎn)換成Fe(OH)₂ ，釋放出氯離子，周而復(fù)始，腐蝕鋼筋，稱為去極化作用。

　　然而，并非氯離子一到達(dá)鋼筋表面就能破壞其鈍化保護(hù)膜，也就是引起鋼筋的腐蝕，而是當(dāng)氯離子的濃度超過(guò)引起鋼筋腐蝕的臨界氯離子濃度才會(huì)發(fā)生鋼筋的腐蝕。有研究表明：氯離子臨界濃度與pH 值間存在一定的關(guān)系，Huasmann發(fā)現(xiàn)當(dāng)[Cl-]/[OH-]>0.6 時(shí)，鋼筋開(kāi)始腐蝕。而且，只要少數(shù)的氯離子就可以周而復(fù)始的引發(fā)腐蝕，造成惡性循環(huán)。Gouda認(rèn)為氯離子臨界濃度與pH 值之間的關(guān)系為：pH=0.83logCl-+K（其中K為常數(shù)）。到目前為止，關(guān)于臨界氯離子濃度引起鋼筋腐蝕的觀點(diǎn)已得到許多科學(xué)工作者的認(rèn)可，同時(shí)也取得了一些研究成果。

　　1.3　凍　融

　　凍融破壞是我國(guó)東北、西北和華北低溫地區(qū)水工混凝土建筑在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的主要病害，對(duì)于混凝土破壞來(lái)說(shuō)，無(wú)論酸蝕凍融、堿蝕凍融、還是鹽蝕凍融，都是物理作用及化學(xué)作用的綜合效應(yīng)，而單一的凍融因素破壞過(guò)程，則基本上是一個(gè)物理變化過(guò)程。

　　混凝土是由水泥砂漿及粗骨料組成的毛細(xì)多孔體。在拌制混凝土?xí)r加入的水總要多于水泥的水化水，以得到必要的和易性。多余的水便以游離水的形式滯留在混凝土中連通的毛細(xì)孔里。這種毛細(xì)孔里的自由水是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要內(nèi)在因素，因?yàn)樗隼浣Y(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹會(huì)引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)這種壓力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)開(kāi)裂。在反復(fù)凍融循環(huán)作用后，混凝土中的損傷會(huì)不斷擴(kuò)大，裂縫會(huì)相互貫通，其強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，最后甚至完全喪失。

　　混凝土在凍融破壞過(guò)程中，主要反映其密實(shí)度和強(qiáng)度上的宏觀特性呈逐步下降的趨勢(shì)，宏觀特性呈逐步下降的趨勢(shì)，凍結(jié)溫度越低和凍結(jié)速率越快，混凝土的凍融破壞力越強(qiáng);混凝土在凍融破壞過(guò)程中反映在微觀結(jié)構(gòu)上的微孔含量在逐步增加，微孔直徑在逐步擴(kuò)大，此時(shí)混凝土由密實(shí)體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮Ⅲw?？梢?jiàn)混凝土微孔結(jié)構(gòu)的增加和微裂縫的發(fā)展，導(dǎo)致了混凝土宏觀強(qiáng)度和密實(shí)度的降低。

　　1.4其它影響因素

　　（1）二氧化硫、硫酸鹽及細(xì)菌的影響。

　　二氧化硫能與混凝土發(fā)生中和作用，能生成微溶的鈣鹽，此鈣鹽結(jié)晶時(shí)結(jié)合大量的水，使固相體積大大增加，導(dǎo)致混凝土發(fā)生結(jié)晶性腐蝕。若有硫氧化菌存在時(shí)，由于反應(yīng)：S+O₂+H₂O→H₂SO₄生成的 H₂SO₄不但會(huì)引起混凝土的堿度降低，而且還會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生結(jié)晶腐蝕。同時(shí)，硫酸根離子也能對(duì)鋼筋直接產(chǎn)生破壞作用，硫酸根的去鈍化作用能導(dǎo)致鋼筋發(fā)生腐蝕。

　?。?）堿-骨料反應(yīng)

　　堿-骨料反應(yīng)是混凝土中某些活性礦物集料與混凝土孔隙中的堿性溶液之間發(fā)生的反應(yīng)。必備的三個(gè)條件是：活性礦物集料(活性二氧化硅、白云質(zhì)類石灰?guī)r或粘土質(zhì)頁(yè)巖等)、堿性溶液(KOH、NaOH)和水。溫度、濕度和含鹽量對(duì)其有促進(jìn)作用。

　　（3）環(huán)境濕度的影響

　　鋼筋腐蝕與環(huán)境濕度有直接關(guān)系，在十分潮濕的環(huán)境中，其空氣相對(duì)溫度接近于100%時(shí)，混凝土孔隙充滿水分，阻礙了空氣中氧氣向鋼筋表面擴(kuò)散，二氧化碳也難以透入，使鋼筋難以腐蝕。當(dāng)相對(duì)濕度低于60%時(shí)，在鋼筋表面難以形成水膜，鋼筋幾乎不生銹，碳化也難以深入。而空氣濕度在80%左右時(shí)，有利于碳化作用，混凝中鋼筋銹蝕發(fā)展很快。由于環(huán)境濕度往往隨氣候和生產(chǎn)情況而變化，因而混凝土也會(huì)隨之變化會(huì)碳化，鋼筋會(huì)腐蝕。

　　（4）微生物的腐蝕

　　微生物腐蝕硫桿菌能將硫、硫化硫酸鹽、亞硫酸鹽等氧化成硫酸鹽，最終轉(zhuǎn)化成對(duì)混凝土有強(qiáng)腐蝕性的硫酸；硫酸鹽還原菌能將硫酸鹽還原為強(qiáng)腐蝕性硫化氫，但高PH值、高密實(shí)度及不易滲透的混凝土對(duì)其是免疫的。另外，流水、波浪侵襲力的磨損與沖刷，加強(qiáng)了腐蝕介質(zhì)的滲透力量，對(duì)于碼頭等構(gòu)筑物又常會(huì)受到船舶沖擊，荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)給腐蝕破壞創(chuàng)造了方便的條件。

　　混凝土的腐蝕是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，混凝土的腐蝕往往是各種因素綜合作用所產(chǎn)生的結(jié)果，因此分析混凝土腐蝕的原因有利于我們能夠更好的來(lái)預(yù)防混凝土的腐蝕。

　　2.防腐措施研究分析

　　2.1添加礦物質(zhì)粉末

　　礦物質(zhì)粉末包括硅灰、粉煤灰和磨細(xì)高爐礦渣微粉， 從而提高水泥漿的密實(shí)性， 以阻斷腐蝕介質(zhì)侵

　　入的通道，從而達(dá)到防腐的目的。高強(qiáng)黑曜石玻璃粉末是凝固的火山熔巖重新配方熔煉改性而成、直徑小于2微米的特種材料，無(wú)毒，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，防輻射、耐高溫、耐腐蝕、耐磨、隔熱、防滲透、強(qiáng)度高達(dá)鋼鐵的12倍以上。高強(qiáng)黑曜石玻璃粉末中含有大量納米級(jí)微粒，能堵塞毛細(xì)微孔，提高混凝土致密性從而提高防水性能和耐腐蝕性能。此外粉末均為光滑高強(qiáng)玻璃狀微粒，可以大大改善混凝土的均勻性，減少混凝土的結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，提高制品的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且能夠釋放因凝絮作用被水泥顆粒包裹的游離水，起到解絮、減少用水量的作用。還可以和水泥漿中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)，能堵塞混凝土中的毛細(xì)組織，提高防水性能。所以添加高強(qiáng)黑曜石玻璃粉末以后混凝土因?yàn)閺?qiáng)度、防水、耐腐蝕和耐磨性能大大提高。

　　除添加礦物質(zhì)粉末外。還可以添加其他的添加劑，我國(guó)外加劑的品種目前已超過(guò)百種，其中包括減水劑、早強(qiáng)劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實(shí)劑、抗凍劑等。

　　2.2 改善施工工藝

　?。?）選擇合理的水泥種類和鋼筋

　　配制水利工程，海洋工程的混凝土的水泥要求耐腐蝕能力強(qiáng)、抗凍融性好、水化熱低。應(yīng)優(yōu)先選用普通硅酸鹽水泥或其他耐腐蝕水泥，而不采用快硬硅酸鹽水泥等。摻有高爐礦渣、火山灰、粉煤灰、硅藻土等活性熟料可有效阻止腐蝕性離子向混凝土內(nèi)部滲透。

　　選用不銹鋼筋是國(guó)外的一種發(fā)展趨勢(shì)。這種鋼筋的價(jià)格是普通碳素鋼的(4～6)倍，但它長(zhǎng)期的耐腐蝕性足以補(bǔ)償初期投入的成本。無(wú)論混凝土種類和暴露狀態(tài)，采用這種鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度可降低到30mm；裂縫寬度允許值放寬到0.3mm；并不需要對(duì)不銹鋼筋進(jìn)行硅處理。

　　(2) 增加水泥用量

　　混凝土中鋼筋的銹蝕是由于鋼筋周圍的堿性環(huán)境不復(fù)存在，保護(hù)環(huán)境消失。如果提高水泥的含量，堿性環(huán)境就會(huì)增加，碳化使堿性消失就會(huì)需要更長(zhǎng)的時(shí)間，從而使鋼筋受到保護(hù)的時(shí)間也延長(zhǎng)了，增加了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

　　(3) 增加混凝土保護(hù)層的厚度

　　增加混凝土保護(hù)層的厚度，使毛細(xì)孔更加不連續(xù)，各種物質(zhì)侵入的難度增大，混凝土碳化到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間就大大延長(zhǎng)，從而減少了鋼筋銹蝕和混凝土腐蝕的可能。

　　(4) 采用較低的水灰比

　　使用較低的水灰比和對(duì)混凝土進(jìn)行足夠的養(yǎng)護(hù)，減少毛細(xì)孔的數(shù)量，使氯化物的侵入和碳化作用的發(fā)生更加困難。另外在混凝土澆筑過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)混凝土的振搗，減少混凝土中的氣泡，增大混凝土的密實(shí)性，減少混凝土的空隙。

　　2.3采用纖維混凝土結(jié)構(gòu)

　　纖維混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理與普通混凝土基本相同，但纖維的直徑較細(xì)，且均勻分布，其耐久性相對(duì)普通混凝土要強(qiáng)一些。開(kāi)裂的纖維混凝土構(gòu)件在潮濕的環(huán)境下，裂縫處的混凝土碳化后，碳化區(qū)的鋼纖維開(kāi)始銹蝕。有研究表面，鋼纖維混凝土中鋼筋的銹蝕較普通混凝土鋼筋的銹蝕減輕，其原因除了鋼纖維阻裂作用的影響外，還在于細(xì)小纖維在混凝土中亂向均勻分布，從而改變了鋼筋電化學(xué)銹蝕的離子分布狀態(tài)，阻止了鋼筋的銹蝕。

　　2.4對(duì)混凝土進(jìn)行表面處理

　?。?）對(duì)混凝土表面涂覆防腐涂料

　　在施工中常用的而且使用效果比較好的涂料有氯化橡膠漆類、聚氨脂漆類和氟樹(shù)脂涂料等。氯化橡膠面漆性能穩(wěn)定，耐侯性較好，干燥也較好，漆膜具有重涂性，多年以后重涂也可以保持良好的附著力;聚氨脂面漆與氯化橡膠面漆相比性能更為優(yōu)異，且其保色、保光性更好，重涂也較為簡(jiǎn)單，保護(hù)周期可大20年左右;氟樹(shù)脂涂料是將氟樹(shù)脂與多元醇和固化劑多異氫酸混合，形成氨脂鍵的一種涂料，耐侯性及重涂性都很優(yōu)異，同時(shí)光澤度也較好，保光、保色及抗紫外線和抗老化能力較強(qiáng)，該涂料防腐效果最好，但價(jià)格也最貴。

　?。?） 對(duì)混凝土表面添加保護(hù)層

　　在鋼筋混凝土的表面增加保護(hù)層，可以有效地避免混凝土與土壤、海水以及其他腐蝕混凝土物質(zhì)的接觸，可以有效地達(dá)到防腐的目的，延長(zhǎng)混凝土的使用壽命。以下是通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土表面添加保護(hù)層而達(dá)到防腐蝕目的的事例：

　　1.以用塑料管保護(hù)電線桿，塑料管和電線桿之間灌注瀝青；

　　2.高壓電線桿基礎(chǔ)用玻纖布包覆，外面又涂上一層瀝青；

　　3 .鋼質(zhì)的高壓電線基礎(chǔ)上面用玻纖布樹(shù)脂覆蓋；

　　4.高壓線塔拉索埋在地下的部分用玻纖布包覆，表面涂瀝青。　

　　3.結(jié)論

　　通過(guò)討論分析，總結(jié)了混凝土的腐蝕主要因素，包括混凝土的碳化、氯化物的侵蝕、凍融等因素。

　　在分析原因的基礎(chǔ)上，歸納了混凝土的防腐的常規(guī)的一些措施，主要包括添加礦物質(zhì)粉末、改善施工工藝、纖維混凝土、混凝土的表面處理等方法。

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