混凝土結構的腐蝕因素及預防辦法

羅獻彬

摘要：隨著人們對建筑質量的要求越高，也越來越重視建筑工程中的腐蝕現象。由于多種因素，在建筑工程中，腐蝕無所不在。本文就腐蝕混凝土結構的因素進行分析，進一步指出預防腐蝕混凝土結構的處理辦法。

關鍵詞：混凝土結構；腐蝕；因素；預防辦法

1 腐蝕混凝土結構的因素：

1.1 素混凝土結構

素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結構的耐久性的主要因素為堿-集料的反應（混凝土中堿含量超標，暴露在水或潮濕環境使用時，其中的堿與堿活性集料間發生反應，引起膨脹）。

1.2 鋼筋混凝土結構

鋼筋混凝土結構材料是混凝土與鋼筋的復合體，它的腐蝕形態可分為兩種：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破壞，同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導致整個結構的破壞；二是混凝土本身并未腐蝕，但由于外部介質的作用，導致混凝土本身化學性質的改變或引入了能激發鋼筋腐蝕的離子，從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失，引起鋼筋的銹蝕。從化學成分來看，鋼筋的銹蝕物一般為Fe（OH）3、Fe（OH）2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等，其體積比原金屬體積增大2～4倍。由于鐵銹膨脹，對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力，其數值可達30MPa（大于混凝土的抗拉極限強度）使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫（俗稱順筋裂縫）。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質滲入鋼筋的通道，加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比裸露情況快，等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度，混凝土保護層則開始剝落，最終使構件喪失承載能力。

影響混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密實度，即抗滲性能。混凝土愈密實，即抗滲性能愈高，則外界的氣體只能作用于混凝土表面，向內部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對混凝土的中性化速度有一定的影響；不同品種的水泥，因其摻合料的品種及含量不同，水解時生成的堿性物質數量不同，使混凝土的中性化速度也就不同了。

普通硅酸鹽水泥的熟料含量多，摻合料的含量一般不大于15%，其堿度比其它品種的水泥高，中性化速度相對的要慢。火山灰質硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時產生的氫氧化鈣結合，從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度，加快了碳化或中性化的速度。

1.3 預應力混凝土結構

預應力混凝土結構的腐蝕除了具有普通混凝土結構的腐蝕類型外，由于采用高強度鋼筋和鋼筋在高應力條件下工作，所以可能發生應力腐蝕和鋼材的氫脆。

1.3.1 應力腐蝕

應力腐蝕是鋼筋在拉應力和腐蝕性介質共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機械應力破壞不同，它可以在較低的拉應力作用下破壞；這種破壞又與單純的電化學腐蝕破壞不同，它可以在腐蝕性介質很弱的情況下而破壞。

腐蝕性介質與鋼筋作用，在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分布的腐蝕坑后，每個腐蝕坑相當于一個缺口，鋼筋在拉應力的作用下，形成應力的不均勻分布和應力集中，在缺口的邊緣，當鋼筋平均應力不高時，其集中的應力即可達到斷裂應力的水平，而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在，形成了拉應力三軸不相等狀態，阻礙了鋼筋塑性變形的開展，使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發揮出來，延伸率、冷彎等塑性指標均有明顯下降。預應力鋼筋的腐蝕是拉應力與腐蝕性介質共同作用的結果，腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用，而拉應力則促進了腐蝕的發展。

1.3.2 氫脆

氫脆是預應力鋼筋在酸性與微堿性的介質中發生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應力腐蝕的機理完全不同。應力腐蝕發生在鋼筋的陽極，而氫脆發生在鋼筋的陰極區域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫，而使其變脆，所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中，表面可能有少量氫氣產生，在通常情況下，生成的原子氫會迅速結成分子氫，在常溫下是無害的，但當這一過程受到阻礙時，氫原子就會向鋼筋內部擴散而被吸收到金屬內部的晶格中去，如果鋼筋內部有缺陷存在，氫原子很可能重新結合成為氫分子。氫分子的生成產生很大的壓力，出現“鼓泡”現象。使鋼筋變脆。產生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時，便會發生斷裂。硫化氫是能引起預應力鋼筋氫脆的介質之一。

1.4 纖維混凝土結構

纖維混凝土的腐蝕機理與普通混凝土基本相同，但纖維的直徑較細，且均勻分布，其耐久性相對普通混凝土要強一些。開裂的纖維混凝土構件在潮濕的環境下，裂縫處的混凝土碳化后，碳化區的鋼纖維開始銹蝕。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，還在于細小纖維在混凝土中亂向均勻分布，從而改變了鋼筋電化學銹蝕的離子分布狀態，阻止了鋼筋的銹蝕。

1.5 輕骨料混凝土結構及加氣混凝土

輕骨料混凝土的腐蝕機理與類型基本與普通混凝土相同，由于大多數輕骨料抵抗氣體擴散能力較低，腐蝕性氣體較易滲入內部，因此必須控制輕骨料混凝土的密實度。

加氣混凝土的顯氣孔較多，不致密，吸水率高，碳化速度較快，在正常使用條件下尚需對鋼筋進行表面涂覆保護層，而且加氣混凝土表面氣孔多，不容易進行保護，所以在腐蝕環境下不宜使用加氣混凝土。

2 預防混凝土結構腐蝕的辦法

對混凝土結構腐蝕預防應針對其不同的結構組成制定不同的辦法。

2.1 原材料的選擇

2.1.1 水泥

水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結材料。水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蝕，水泥砂漿和混凝土的性能將不復存在。由于各種水泥的礦物質組份不同，因而它們對各種腐蝕性介質的耐蝕性就有差異。正確選用水泥品種，對保證工程的耐久性與節約投資有重要意義

2.1.2 粗、細集料

發生堿-集料反應的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細集料的耐蝕性和表面性能對混凝土的耐蝕性能具有很大影響。集料與水泥石接觸的界面狀態對混凝土的耐蝕性有一定影響。

混凝土中所采用粗細集料，應保證致密，同時控制材料的吸水率以及其它雜質的含量，確保材質狀況。

2.1.3 拌合及養護用水

混凝土拌合及養護用水，應考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。拌合水應檢查其雜質情況，防止影響砂漿及混凝土生成時雜質影響其耐久性。

海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，除了對水泥石有腐蝕作用外，對鋼筋的腐蝕也有影響，因此在腐蝕環境中的混凝土不宜采用海水拌制和養護。

2.1.4 外加劑

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入，用以改善混凝土性質的物質。

混凝土外加劑的范圍很廣，品種很多，我國外加劑的品種目前已超過百種，其中包括減水劑、早強劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實劑、抗凍劑等。

在建筑防腐工程中，外加劑的使用主要是為了提高混凝土密實性或對鋼筋的阻銹能力，從而提高混凝土結構的耐久性。實踐證明，采用加入外加劑的方法，可以在一定范圍內達到提高混凝土結構的耐腐蝕能力，是一種經濟而有效的技術措施。

但由于外加劑的化學組成，來自外加劑中的氯鹽可能使混凝土結構中的鋼筋脫鈍，給結構物帶來隱患。在進行外加劑選擇時需對其中氯鹽的含量進行檢測，并做相關實驗。

2.2 防腐混凝土的配合比設計

為提高混凝土的密實性和抗中性化能力，混凝土的強度等級宜大于或等于C25。受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時，鋼筋混凝土構件中可摻入鋼筋阻繡劑。對于預應力混凝土結構，其混凝土強度等級不小于C35，后張法預應力混凝土構件應整體制作，不得采用塊體拼裝的構件。

混凝土配合比的設計，應按以下兩種情況進行：一是按設計要求的強度（即按正常要求的強度）進行配合比設計；二是按密實度的要求（即按最大水灰比和最小水泥用量的要求）進行配合比設計，但強度等級往往大于前者。腐蝕環境中的混凝土配合比設計，必須取用上述兩種情況中強度等級的較高者。

2.3 針對不同的腐蝕環境應設計不同的保護層厚度。

2.4 加強混凝土養護，控制混凝土表面裂縫，確保施工質量。