簡述混凝土結構腐蝕產生的原因及防治方法

任拓

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

隨著人們對建筑質量的要求越高，建筑物的使用壽命是土建工程得以量化的集中表現，保證建筑物混凝土結構具有經濟合理的使用壽命，節約資源和可持續發展。因此混凝土結構的腐蝕現象也越來越被重視，混凝土結構腐蝕的范圍很廣，介質種類繁多，腐蝕形式多種多樣。在建筑工程中，應采取“預防為主，防護結合”。

1 混凝土結構腐蝕產生的原因

混凝土結構的劣化機理，環境作用決定混凝土結構的使用壽命，也是引起混凝土結構腐蝕的主要原因。在一般環境下，混凝土結構的腐蝕主要是碳化引起的鋼筋銹蝕。混凝土呈高度堿性，鋼筋在高度堿性環境中會在表面生成一層致密的鈍化膜，使鋼筋具有良好的穩定性。當空氣中的二氧化碳擴散到混凝土內部，會通過化學反應降低混凝土的堿度，使鋼筋表面失去穩定性并在氧氣與水分的作用下發生銹蝕。飽水的混凝土在反復凍融作用下會造成內部損傷，發生開裂甚至剝落，導致骨料裸露。環境中的氯化物以水溶氯離子的形式通過擴散、滲透、和吸附等途徑從混凝土構件表面向內部遷移，可引起混凝土內鋼筋的嚴重銹蝕，氯離子引起的鋼筋銹蝕難以控制、后果嚴重。

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，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，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。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。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。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。

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。

2 混凝土結構腐蝕的防治方法

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。

原材料的選擇：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。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。

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。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。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。

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。

綜上所述，預防混凝土結構的腐蝕和對混凝土腐蝕的防護是確保主體結構能夠達到規定的設計使用年限，滿足建筑物的合理使用年限的要求，保證建筑物混凝土結構具有經濟合理的使用壽命，節約資源，滿足社會的需要。

[1]林昌健，董士剛，林理文，卓向東.鋼筋混凝土結構腐蝕監測技術及工程應用進展[J].經濟發展方式轉變與自主創新-第十二屆中國科學技術協會年會（第二卷），.2010.11.01.

[2]黃建寧，崔明堂[J].中國西部科技，2009-04-05.

[3]方鵬杰.純堿廠鋼筋混凝土結構腐蝕及LCC分析方法[J].純堿工業，2008.04.15.