混凝土腐蝕的魚骨圖分析

姜碩 田美靈

[摘要]混凝土腐蝕問題一向為學界關注的重點，其原因復雜，相互耦合因素眾多。從魚骨圖分析入手，逐條分析出造成混凝土腐蝕原因及其主次關系和相互作用的影響過程。在魚骨圖基礎上，最終找出影響混凝土腐蝕的眾多影響因素。

[關鍵詞]港口；混凝土腐蝕；魚骨圖；原因分析

[中圖分類號]TU37 [文獻標識碼]A

我國地域遼闊，處于農村地區的眾多混凝土在經年累月的腐蝕環境下，經常處于耐久性失效的狀況。對混凝土造成腐蝕的影響因素眾多，目前圍繞其耐久性，主要集中在氯離子，硫酸鹽，堿-基骨料反應，凍融循環以及鋼筋銹蝕等幾個方面。其中又受到溫度，濕度，風力大小等多種因素的復合疊加影響。本文將結合魚骨圖這一工具，對造成混凝土腐蝕的眾多原因進行分析，找出其中不同影響因素的重要程度及相互影響的關系及作用。

1 魚骨圖分析法

魚骨圖由日本管理大師石川馨發明，又名石川圖。是一種發現問題“根本原因”的方法，它也可以稱之為“因果圖”。簡捷實用，深入直觀。它將問題或缺陷（即后果）標在“魚頭”外，在魚骨上長出魚刺，按出現機會多寡列出產生問題的可能原因，層層分析不同原因對結果影響的主次關系，同時也說明了各個原因之間是如何相互影響的。

混凝土腐蝕中運用魚骨圖法，利用其分析腐蝕中的各種影響因素和條件，按以下步驟：①第一步找出魚頭，即明確研究對象，港口混凝土腐蝕的各關聯因素；②畫出魚的主干；③列出各相關聯因素，作為主要關聯因素指向魚的主骨，即所謂主干，搜索中國知網以及各種資料，分析出氯離子侵蝕、酸性液體、混凝土自身、外部條件等關聯因素；④對次要相關聯因素進行分析。確定主因素的基本框架后，將次要因素指向主骨，即是所謂的中骨。⑤利用xmind軟件繪制魚骨圖。

2 繪制魚骨圖

利用xmind軟件繪制魚骨圖如圖1所示。

3 混凝土腐蝕相關因素分析

3.1 氯離子侵蝕

混凝土腐蝕的眾多影響因素中，氯離子的腐蝕一直是其中的影響因素，鹽分含量較高地區，在混凝土耐久性檢測中，關于氯離子擴散系數的檢測也一直是其中重要的檢測指標。針對氯離子侵蝕，分析影響其侵蝕的各個影響因素，可以針對性地采取防護措施，延長設施的使用年限。

混凝土內埋藏著鋼筋，由于在混凝土在進行水化反應時，形成了氫氧化鈣等堿性物質，鋼筋表面被氧化，形成了一層薄而致密的鈍化膜，混凝土內鋼筋在鈍化膜的保護下，能隔絕水和空氣的侵入。因此，即便在酸性環境下，混凝土內鋼筋也不易發生腐蝕。但是，若鋼筋表面的氯離子濃度達到了臨界值，鋼筋表面的鈍化膜會因為電化學反應而破壞，從而直接腐蝕鋼筋。

鋼筋受腐蝕時，表面發生電化學反應生成Fe2+，Fe2+在混凝土內部反應時和OH-反應生成Fe（OH）2。Fe（OH）2不穩定，和氧氣反應又進一步生成四氧化三鐵，在此過程中，氯離子雖然參與反應，但本身并不被消耗，只是起到了催化劑的作用，由于氯離子的催化作用，使得反應能夠周而復始地循環進行，從而加速了反應的進行。具體電化學反應式如下：

在腐蝕電池的運行過程中，離子所構成的通路是必備的條件之一?；炷林械穆入x子能夠有效減小腐蝕電池間的電阻，對離子電路進行強化，從而大大提高了腐蝕效率，加快了腐蝕電池對混凝土的腐蝕速度。

氯離子不僅在對鋼筋的腐蝕中起著重要作用，其本身也可以與混凝土中的鋁酸三鈣反應生成結合氯離子而影響混凝土中自由氯離子濃度，其反應產物為Friedel鹽，但Friedel鹽本身為化學結合的氯離子，并不穩定，在某些情況下能釋出氯離子，改變混凝土內自由氯離子濃度，影響鋼筋腐蝕的臨界濃度值，從而影響混凝土的腐蝕狀況。

3.2 混凝土自身

混凝土自身組分材料的不同也能對混凝土腐蝕產生一定影響。

不同的摻和料會對混凝土的耐久性產生不同程度的影響。例如摻入硅灰的混凝土水泥漿中會相應減少毛細孔，在28天齡期時超過0.1微米的大孔會趨近于沒有，比之于不摻硅灰的混凝土，其水泥漿中會有0.225mL/g的大孔。相應的防滲標號亦會有所提高。

混凝土內PH值對混凝土腐蝕的影響，主要在于其對鋼筋鈍化膜的形成與破壞。研究表明，鈍化膜在PH值為9.8時逐漸形成，及至PH升高至11.5以上時，鈍化膜完全形成。與之相對，鈍化膜在PH值小于11.5時不再穩定，完全破壞時的PH值為9～10，此時鋼筋脫鈍，很有可能發生銹蝕破壞。PH值的下降主要與碳化反應于硫酸鹽的侵蝕有關，因為空氣中的二氧化碳會與氫氧化鈣反應：

混凝土保護層是指混凝土鋼筋結構最外層的外緣至混凝土表面的部分。其厚度對于混凝土抗腐蝕的能力有著重要影響。它能有效隔絕外部因素對混凝土及鋼筋的不良影響。有研究顯示，混凝土保護層越厚，外部侵入混凝土內部的不良離子等有害物質就越少。但如果保護層過厚又會降低混凝土的抗彎和抗沖切能力。因此，關于保護層的厚度并非越厚越好，而應該取一個合適值。目前的國家規范針對不同的混凝土情況對保護層厚度都做了具體要求。

3.3 外部條件

眾所周知，化學反應中溫度通常會影響化學反應的速率。溫度升高，化學反應速率會加快。在混凝土的腐蝕中，溫度同樣深入地影響著其他腐蝕因素的速率快慢。當溫度增加時，電阻率會相應減小，孔隙液中的氧氣會逸出，孔隙溶液的PH值也會相應改變，同時也改變了自由氯離子的含量和化學反應速率，這又導致了混凝土腐蝕和鋼筋銹蝕的快慢程度相應改變。有研究表明，混凝土碳化及氯離子的腐蝕能力在溫度僅僅提高10度時上升了0.45倍和2.19倍。

環境中所含水分，即濕度，會直接影響混凝土內孔隙水的飽和度。混凝土所構成腐蝕電池的電化學反應需要水的參與。若水分充足，則陰極反應能較為順暢地進行。同時，水分的存在使得混凝土導電性提高，降低了混凝土的電阻率。增大了腐蝕速度。若環境條件較位干燥，則因為缺乏陰極反應所必需的條件，導致反應無法繼續進行。但是，當混凝土內孔隙水飽和度大到一定程度乃至全飽和時，會擠出氧氣所占體積，使氧氣含量減少，導致反應所需條件不足，降低了腐蝕反應的速度。同樣的研究表明，混凝土碳化及氯離子的腐蝕能力在濕度提高10%時上升了1.58和1.16倍。

混凝土中鋼筋銹蝕的陰極反應需要氧氣的參與，氧氣濃度自然成為影響混凝土腐蝕的重要影響因素之一?；炷猎诎l生鋼筋腐蝕時需要充分接觸氧氣，相比與無法接觸到氧氣的混凝土部分而言，氧氣濃度高的區域腐蝕程度更深，腐蝕速度更快。正是因為其能充分接觸氧氣，而無法接觸氧氣的混凝土部分，雖然有構成腐蝕電池的水和氯離子等各項條件，但因為缺乏氧氣，自然難以發生腐蝕反應。

3.4 酸性液體

當混凝土受到污染時，污水中含有許多氫離子，此時污水呈現酸性，由于氫離子的存在，污水的游離離子會使得污水導電性增強，使得電化學反應速率大大加快，從而使得混凝土受腐蝕的程度進一步加深。具體化學反應式如下：

污染水體中的硫酸鹽本身亦能對混凝土構成腐蝕，例如污染水體中的重金屬鹽類可以與鐵單質構成電化學腐蝕電池，從而不斷加深化學腐蝕的速度和深度。此時，鐵被氧化成二價鐵離子，銅被還原成單質：

此外硫酸鹽能和混凝土中水化反應的產物發生化學反應，產生鈣釩石，石膏等產物，這些產物自身體積會增大，從而使得混凝土內部膨脹開裂，出現裂縫。硫酸鹽自身也能滲入混凝土中，孔隙液飽和后，硫酸鹽能結晶析出，產生壓力，致使混凝土內部出現開裂。

當污水中存在其他物質時，他們能使污水酸化，原理是他們能與污水反應產生大量氫離子，例如氧氣，溶解二氧化碳，廢棄的硫酸溶液等。此時水的導電性大大增強，電化學反應速度不斷增加。

4 結語

魚骨圖法在分析造成混凝土腐蝕的多種影響因素時，能條理清晰地找出各影響因素間的主次關系和各影響因素間的相互作用聯系。

混凝土腐蝕是個復雜的多因素綜合的耦合過程。涉及導溫濕度，氯離子含量，硫酸鹽以及混凝土自身材料特性等多種因素的影響與作用。氯離子和硫酸鹽能和混凝土自身發生電化學反應，加快鋼筋腐蝕，同時又受到溫濕度的影響而呈現出不同的反應速度。運用魚骨圖對造成混凝土腐蝕的多種原因進行分析比較，找出其中不同影響因素間的相互作用和重要程度，對于有針對性地為混凝土防護提供多種措施，延長混凝土使用壽命，增強混凝土的抗腐蝕性能有著積極意義。值得深入持續探討。

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