鋼筋混凝土結構抗鹽堿腐蝕方法

田思琦 戰美秋 吳立志 孫 輝 張 偉 畢 鈺

1吉林建筑大學（130118）2中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司（510663）

0 引言

全球鹽漬化土地面積約120億畝，鹽堿及濱海的鋼筋混凝土結構極易發生鹽堿腐蝕性破壞，造成基礎設施建筑結構耐久性降低、可靠度下降，對人們的生命及財產安全構成嚴重威脅。適宜、可靠的抗腐蝕技術及措施方法是解決問題的關鍵。文章對鋼筋混凝土的鹽堿腐蝕原因及防腐蝕設計等進行分析，旨在為耐鹽堿腐蝕混凝土技術的研發與創新提出指引。

1 耐鹽堿腐蝕混凝土技術的發展必要性

鋼筋混凝土結構是建設量最大、最廣泛、最基礎的材料，鋼筋混凝土結構基礎設施涵蓋了道路、橋梁、鐵路、管線、海港、機場、水廠房屋等。隨著我國國民經濟的發展，國家對基礎設施建設的投入加快，大量的基礎設施工程將投入建設。鹽堿地中含有大量的硫酸鹽、氯鹽和鎂鹽等介質，易與混凝土結構材料發生結晶膨脹反應，尤其在海水、鹽湖、鹽堿地富水地區，毛細作用水分被向上吸附并蒸發，留下中鹽類并濃縮，如此不斷進行，化學膨脹腐蝕擴展迅速。混凝土材料鹽堿膨脹腐蝕致使混凝土強度降低，并使結構內部鋼筋因失去防護而銹蝕，最終導致鋼筋混凝土結構的可靠度降低，甚至喪失。我國每年用于鹽堿腐蝕修復與防護的費用巨大。如圖1、圖2所示。

圖1 混凝土受鹽堿腐蝕

圖2 發生銹蝕的鋼筋

基礎設施工程建設的耐久性目標是“百年大計”，混凝土防腐蝕技術開發應用是鹽堿地區與空間實現基礎設施耐久性目標的關鍵。依據行業規范，當土體中易溶性鹽含量大于等于0.5%時判別為鹽漬化土地，應按照行業規范標準來設計、勘察和施工，并采取適宜的混凝土防腐技術與措施來保證基礎設施建筑的耐久性、安全性。根據混凝土材料腐蝕破壞的原因，目前行業內分析總結出多種防止混凝土銹蝕的方法[1]。

2 混凝土抗鹽堿腐蝕方法

2.1 提高混凝土自身密實性，加厚鋼筋保護層

混凝土材料的強度等級越高，其密實性越好，能夠很大程度上降低水滲透系數。提高混凝土的強度等級并增加混凝土的保護層厚度，可降低腐蝕介質的分散速度和滲透性，有效增強鋼筋防護效果。例如在基礎設施建筑處于地下基礎的部位，混凝土鋼筋保護層的厚度可比正常部位增加5～15mm。

2.2 選用適宜的水泥品種

1）宜優先選用礬土水泥、抗硫酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，并提高結構設計強度等級。值得注意的是，抗硫酸鹽水泥價格偏高，同時其在氯離子和硫酸根離子混合溶液的環境中的使用效果不理想。

2）聚合物水泥混凝土具有有機高分子聚合物長分子鏈的空間結構特點，其大分子中鏈節可形成一定的旋轉運動,其被引入混凝土后,水泥石內部及水泥石與骨料之間的空間黏結結構發生改變，當內部結構的微觀裂縫、孔隙或表面等處聚集了有機聚合物相后,無機物之間的連接被加強，無機物的剛性之間以點、網或膜連接，形成了具有彈性和黏附性的有機聚合物質，使得混凝土的密實度與致密性大幅度增強，自身彈塑性大大增加，在腐蝕環境中的抗腐蝕能力顯著增加[2]。

2.3 涂層或包裹防腐

2.3.1 涂層防腐蝕

在混凝土表面涂刷耐腐蝕物質，以隔離、阻止氯離子、二氧化碳氣體等腐蝕性物質接觸混凝土材料構件。瀝青漆、環氧封閉底漆、丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳漆、脂肪族聚氨酯等材料是常用的耐腐蝕物質。此方法更適用于地上基礎設施建筑，尤其是在外界環境相對干燥、溫差小、荷載強度及變形小的情況下。在紫外線照射強度大的地區，涂層易出現老化、脫落和開裂等現象，易導致隔離物質失效，可采取適當的防護措施。涂層防腐蝕在實際施工操作過程中有一定的適用局限性，如灌注樁等構筑物施工很難利用混凝土涂層防腐技術。如圖3所示。

圖3 地下室頂板涂膜防腐蝕

2.3.2 用卷材、板、塊材防腐

1）卷材貼面防腐。采用粘貼二氈三油、玻璃鋼等，使混凝土結構表面與腐蝕誘因隔離。玻璃鋼(GFRP)，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體復合而成的增強材料，具有質輕、性能穩定、強度高、耐腐蝕等優勢。如圖4所示。

圖4 環氧玻璃鋼卷材粘貼防腐蝕

2）抹面防腐。在基礎設施結構的表層涂刷耐腐蝕的膠泥或砂漿，如環氧煤焦油、樹脂膠泥等，使混凝土材料結構包裹在其內部，可有效隔離環境中的水、氧、氯離子等，阻隔或減緩腐蝕發生及腐蝕速度，此種方法的防腐蝕效果受環境濕度、溫度影響較大。

3）粘貼塊材防腐。采用耐腐蝕膠泥、砂漿等粘貼耐腐板（塊）材，常用板(塊)材有鑄石板、鈦合金板等。氧化鈣（鎂）含量高的塊材耐堿性能好,如白云石、石灰石和大理石等。如圖5所示。此種方法受環境溫濕度變化影響較大。

圖5 白云石塊材粘貼防腐蝕

2.4 優化混凝土材料配比

2.4.1 摻和混合材料

礦物摻合料通常為粉煤灰、硅灰、礦渣、火山灰等，可降低混凝土中的Ca(OH)2含量，從材料構成角度減少膨脹腐蝕成因，并提高混凝土的抗滲性,進而增強混凝土的抗腐蝕性。爐礦渣的摻量達到65%～70%時，水泥的耐鹽堿腐蝕性最好。在水泥中摻入粉煤灰、硅灰等高活性細填料,能有效地改善水泥石內部結構,提高混凝土的密實度與強度,顯著提高其耐腐蝕能力，二氧化硅含量越高，其耐酸性能越好。但是，摻和混合材料防腐蝕方法的效果受環境因素影響較大，不能杜絕腐蝕發生。

2.4.2 硫磺、硅烷等浸漬水泥砂漿

硅烷是非常好的混凝土材料表面密封劑，抗防腐性好，有優異的防水性能。硅烷浸漬混凝土技術能大幅度緩解混凝土的鹽凍腐蝕問題，并能提高混凝土材料的抗氯離子滲透能力，可以有效減緩腐蝕進程[3]。

3 全壽命周期的自修復混凝土技術

目前采用的耐鹽堿防腐蝕技術普遍存在防腐壽命短、后期修復困難等問題。隨著微生物誘導產生碳酸鈣沉淀（MICP）技術的研究和探索，混凝土裂縫自修復理念初步產生。微生物誘導碳酸鈣沉淀技術是利用微生物自身的新陳代謝生成碳酸根離子和碳酸氫根離子，其與土壤中的鈣或添加劑鈣質相結合，可以礦化沉淀出碳酸鈣。其中微生物芽孢桿菌是高產脲酶的菌種，在高鹽堿惡劣環境中可存活100年以上，可自發調節反應，反應過程是自然界普遍存在的尿素水解過程。礦化沉淀出的碳酸鈣與水泥基相容性好、鹽堿惰性強，可阻隔離子滲透，其化學惰性能將混凝土材料與鹽堿腐蝕性土壤有效“隔離”，微生物礦化沉淀（MICP）活性還可“修復”受損混凝土裂縫。“隔離”與“修復”可形成主動防腐蝕機制，可預期實現全壽命周期的混凝土基礎設施抗鹽堿腐蝕。以微生物礦化理論為核心設計的全壽命周期混凝土防腐蝕技術，預期可應用在橋梁、隧道和道路、房屋地基與基礎等建設中。

目前，微生物誘導產生碳酸鈣沉淀（MICP）技術在我國耐鹽堿腐蝕方面的應用處于初步探索階段，系統研究還處于空白狀態。目前的研究或應用主要在兩個方面:①利用微生物礦化沉淀技術對鹽堿土壤地基進行改性處理；②利用微生物作為“修復因子”將礦化沉淀出的碳酸鈣作為修復介質。

4 結語

1）耐鹽堿防腐蝕是一項長期任務，要結合工程實際情況選擇防腐蝕方法，更應該從環境情況、經濟優勢等方面去分析解決問題。從研制、生產、使用、維修到再制造階段，制定符合工程特點的防腐蝕戰略是未來人們亟需努力的方向。

2）目前常用的防腐蝕技術離不開有機化學材料的應用，使用過程中不可避免地存在環境污染隱患，更多地研發滿足工程需求，綠色環保、安全，符合可持續發展理念的防腐蝕技術是發展關鍵。