1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕及防護(hù)措施一.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕的意義鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋和混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)較低，在土建工程中應(yīng)用范圍非常廣泛。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早被破壞的主要原因之一。新鮮混凝土是呈堿性的，其PH值一般大于12.5,在此堿性環(huán)境中鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，使鋼筋外表產(chǎn)生一層鈍化膜，能阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳、水汽和氯離子等有害物質(zhì)從混凝土外表通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，從而導(dǎo)致混凝土的PH值降低，就出現(xiàn)PH值小于9這種情況，鋼筋外表的鈍化膜就會被逐漸破壞，鋼筋就會發(fā)生銹蝕，并且隨著銹蝕的加劇，會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂，

2、鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力破壞，鋼筋受力截面減少，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低等，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性的降低。據(jù)調(diào)查，我國20世紀(jì)90年代前興建的海港工程，一般1020年就會出現(xiàn)鋼筋嚴(yán)重腐蝕破壞，結(jié)構(gòu)使用壽命基本上都達(dá)不到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期要求。我國50年代至70年代建的海港工程，高樁碼頭不到20年，甚至78年就出現(xiàn)嚴(yán)重鋼筋銹蝕破壞，海工混凝土結(jié)構(gòu)破壞已成為我國港口建設(shè)中不得不重視并迫切需要解決的問題。國外學(xué)者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性，即設(shè)計(jì)階段對鋼筋防護(hù)方面節(jié)省1美元；在發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)采取措施需要追加維修費(fèi)5美元；混凝土外表順筋開裂時(shí)采取措施將追加維修費(fèi)25美元；嚴(yán)重破壞時(shí)將追加維修費(fèi)1

3、25美元。我國海洋工程中廣泛使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因腐蝕引起破壞的情況同樣嚴(yán)重。除海洋環(huán)境本身屬于強(qiáng)腐蝕環(huán)境因素外，環(huán)境的日益惡化、相關(guān)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)偏低、施工質(zhì)量不能保證等因素，致使我國混凝土結(jié)構(gòu)大部分在使用10年左右即出現(xiàn)較嚴(yán)重的腐蝕破壞，給國家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了巨大的損失。因此，如何采取有效的防腐蝕技術(shù)措施，防止鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早出現(xiàn)鋼筋銹蝕破壞，確保建筑物到達(dá)預(yù)期的使用壽命是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界極為關(guān)切的熱點(diǎn)。二.鋼筋的銹蝕原理及分類1 .鋼筋的銹蝕條件：鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋的銹蝕需要三個(gè)條件：1鋼筋外表堿性鈍化膜破壞。正常情況下鋼筋是包裹在碎之內(nèi)的，碎則由于水泥的水化反應(yīng)

4、造成其初始堿性含有一定CaOX2較強(qiáng)，正常情況下鋼筋在這種堿性環(huán)境下不會發(fā)生氧化腐蝕。當(dāng)PH值大于10時(shí)，鋼筋腐蝕的速度很慢，當(dāng)PH值小于5時(shí)，其銹蝕的速度就快。由此可見，只有當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼筋周圍堿性鈍化膜因碎碳化或其它原因?qū)е缕茐暮?，才可能出現(xiàn)腐蝕。2必須產(chǎn)生電位差，使鋼筋產(chǎn)生微電池腐蝕式大電池腐蝕。鋼筋腐蝕，是由于鋼筋外表不同部分之間產(chǎn)生電位差引起的，其作用和電池一樣，在鋼筋外表有微弱的電流流動。當(dāng)在鋼筋外表構(gòu)成了許多微小電池，其電化學(xué)反應(yīng)，按下式進(jìn)行：陽極反應(yīng)活化區(qū)：FeFe2+2e陰極反應(yīng)區(qū)：2H20+O2+4e4OH-綜合反應(yīng)式就是：Fe2+2OHFeOH2這就是鐵變成鐵銹的

5、過程。當(dāng)構(gòu)筑物或構(gòu)件處在離子條件差異很大的兩種環(huán)境中，或遭受雜散直流電影響時(shí)，一部分鋼筋或一部分構(gòu)筑物作為陽極，而另一部分作為陰極，這樣便構(gòu)成大電池腐蝕。3必須具備水和氧。水和氧是鋼筋腐蝕的必要條件尤其是水，它們均參加鋼筋電化腐蝕的陽極反應(yīng)過程。水分子能穿透任何肉眼可辯的裂縫。水還能起著電解質(zhì)的作用，并溶餌氧和其它如氯等的有害離子，從而加速了腐蝕速度。另外在一定條件下氧還可以造成濃度電池腐蝕。最常見的實(shí)例就是水線腐蝕?！句摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的腐蝕及防護(hù)措施】鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕及防護(hù)措施。如浸在海水中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在水線附近鋼筋腐蝕最為嚴(yán)重，這是由于水線以上空氣中的含氧量較高，而水線以下水中含氧

6、量突然降低，造成濃度電池腐蝕，使水線以下的部位鋼筋成為陽極而腐蝕。2 .鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的銹蝕的幾種情況。1由于混凝土不密實(shí)或有裂縫存在造成鋼筋的腐蝕?；炷撩軐?shí)度不良和構(gòu)件上產(chǎn)生的裂縫，往往是造成鋼筋腐蝕的很重要原因?；炷翝仓挟a(chǎn)生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的銹蝕。因?yàn)榭紫逗土芽p一般在0.2ram以上時(shí)給水汽、氧和其他侵蝕性介質(zhì)的滲透創(chuàng)造了有利條件。因此，鋼筋的電化學(xué)腐蝕和混凝土密實(shí)度、裂縫的寬度、保護(hù)層的厚度、空氣的濕度以及空氣中侵蝕性介質(zhì)的含量，都有直接的關(guān)系。當(dāng)混凝土密實(shí)度差和鋼筋保護(hù)層不足時(shí)，各種介質(zhì)就容易到達(dá)鋼筋外表造成腐蝕。2由于混凝土碳化和侵蝕性氣體、介質(zhì)的侵入

7、，造成鋼筋的腐蝕?？諝庵械亩趸?xì)怏w，在混凝土表層中逐漸為氫氧化鈣的堿性溶液所吸收，相互反應(yīng)生成碳酸鈣，這種現(xiàn)象稱為混凝土的碳化，亦稱“中性化”。碎碳化生成的碳酸鈣很難溶解，其飽和溶液的PH值為9,因此混凝土碳化的結(jié)果，就使PH值不斷下降，并不斷向內(nèi)部深化?；炷撂蓟瘜炷翉?qiáng)度一般無直接影響。其危害主要在于為鋼筋腐蝕提供條件，而鋼筋銹蝕體積將發(fā)生膨脹體積比原來提高2.2倍，混凝土保護(hù)層將因此遭到剝落和損壞，從而降低鋼筋和混凝土的工作性能；尤其對于薄殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲構(gòu)件等，會造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞而且這種破壞往往是脆性的，具有隱藏、突然性等特點(diǎn)，必須引起高度重視。3由于混凝土內(nèi)

8、摻入氯鹽造成鋼筋的腐蝕。為提高混凝土早期強(qiáng)度或抗凍性能，過去人們往往在混凝土內(nèi)摻入一定量的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉等。氯化鈣與水泥中的氫氧化鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣結(jié)合，生成高水分子復(fù)合化合物，如氯硅酸鹽等，并提高了氫氧化鈣的溶解度?；炷林校塞}對鋼筋的腐蝕多呈潰瘍狀，容易造成鋼筋的應(yīng)力集中：因此它的危害性是比較大的?；炷林新入x子主要來源于原材料、外加劑加海砂、海水或氯鹽高的水，以及摻加的用氯化鈣作為促凝劑，用氯化鈉作為防凍劑等，國內(nèi)外已出現(xiàn)多起加氯鹽過量而引起的嚴(yán)重腐蝕事件。4由于高強(qiáng)鋼筋中的應(yīng)力腐蝕隨著預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的采用，出現(xiàn)了高強(qiáng)鋼筋中的一種特殊腐蝕形式，即“應(yīng)力腐蝕”。一般在外

9、表只有輕微損害或根本看不見損害，這種腐蝕尤為危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼪]有任何預(yù)兆而可以發(fā)生突然破壞。一般認(rèn)為：高強(qiáng)鋼筋在應(yīng)力拉應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致鈍化膜的破壞，裂縫比較活化，并作為陽極而腐蝕。在電化學(xué)腐蝕過程中繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)由于鋼筋中具有很高的拉應(yīng)力，和高強(qiáng)鋼筋的低變形性能。因此，腐蝕和應(yīng)力共同作用，使裂縫迅速向深度發(fā)展，以致鋼筋在看不到明顯的腐蝕現(xiàn)象的情況下會突然斷裂5電流腐蝕工業(yè)用電中的直流電，當(dāng)它泄漏到地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中時(shí)，會造成鋼筋的腐蝕。在這種情況下，電流流入處相當(dāng)于陰極區(qū)，電流流出處相當(dāng)于陽極區(qū)。目前我國一些直流電解工廠、電氣化鐵路、直流電的載流設(shè)備等的電流泄漏現(xiàn)象比較多，有時(shí)比較嚴(yán)重。這些雜

10、散電流對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)如基礎(chǔ)、梁、柱等鋼筋的腐蝕破壞時(shí)有所見。三.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)措施混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕是系統(tǒng)工程，必須在勘察、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用等各個(gè)階段對所涉及的防腐問題進(jìn)行細(xì)致的了解、分析和處理，各個(gè)階段都應(yīng)充分重視和充分合作，共同完成。混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)措施可分為基本防護(hù)措施、混凝土外表涂覆防護(hù)措施和鋼筋防護(hù)措施。3.1 混凝土的基本防護(hù)措施混凝土的基本防護(hù)措施即是從設(shè)計(jì)、施工、制作等方面提高混凝土自身的防護(hù)性能。由于混凝土本身具有高堿性，正確設(shè)計(jì)、施工的優(yōu)質(zhì)混凝土保護(hù)層本身具有長期防止環(huán)境介質(zhì)滲透的功能，因此，盡可能提高混凝土本身對鋼筋的防護(hù)功能是預(yù)防鋼筋腐蝕的許多措施中最經(jīng)濟(jì)合理、

11、最有效的基本措施。這一類措施主要有以下幾方面：1合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)形式及細(xì)部構(gòu)造應(yīng)有利于防腐、檢測。如構(gòu)件截面幾何形狀應(yīng)簡單、平順，減少棱角、突變和應(yīng)力集中；混凝土外表應(yīng)有利于排水，不宜在接縫或止水處排水；特別注意構(gòu)件應(yīng)易于施工，盡可能在工場預(yù)制；結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于對關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測和設(shè)置檢測、維護(hù)和采取補(bǔ)充保護(hù)措施的通道；對處于腐蝕較嚴(yán)重部位和構(gòu)件，應(yīng)考慮其易于更換的可能性。由于混凝土保護(hù)層厚度與發(fā)生腐蝕的時(shí)間成平方關(guān)系，適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度，以延長侵蝕性介質(zhì)滲透到鋼筋周圍到達(dá)破壞鈍化膜臨界值的時(shí)間。但保護(hù)層厚度不宜大于80mm否則混凝土外表易出現(xiàn)由于混凝土收縮、溫度應(yīng)力等所引起的混凝

12、土外表裂縫?？刂浦鹘畹闹睆讲灰诉^大，一般混凝土保護(hù)層厚度宜大于215倍主徑直徑，原因是較粗的鋼筋提供較小的電阻，也就是提供了較大的腐蝕電流。更重要的是較粗的鋼筋會生成較多的腐蝕產(chǎn)物，膨脹的體積增大比較多，從而造成較高的拉應(yīng)力。所以，當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度相同時(shí)，鋼筋越粗，鋼筋直徑對保護(hù)層厚度的比值越大，鋼筋開始腐蝕到開始使混凝土脹裂的時(shí)間也就越短。2選擇優(yōu)質(zhì)原材料和優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)選擇優(yōu)質(zhì)原材料和優(yōu)化混凝土的配合比，以提高混凝土的抗蝕能力。如盡量減小水灰比提高混凝土的密實(shí)度，混凝土密實(shí)度高，孔隙率小，有利于提高混凝土的抗?jié)B性，增強(qiáng)對侵蝕性介質(zhì)的抗蝕能力；限制粗骨料的最大粒徑，減少粗骨料與水泥砂

13、漿界面的不利影響；規(guī)定混凝土拌合物最低水泥用量或最低膠凝材料用量，確?；炷辆哂休^高的堿度；有抗凍要求時(shí)，加入合適量的引氣劑以提高混凝土的抗凍性；不得采用可能發(fā)生堿-集料反應(yīng)的活性骨料；嚴(yán)格限制砂、石、外加劑、拌和水等原材料中的氯離子含量，使混凝土拌合物中氯離子含量符合規(guī)定要求。3采用高性能混凝土高性能混凝土是指用常規(guī)材料、常規(guī)工藝，以較低水膠比、適當(dāng)摻量的優(yōu)質(zhì)摻合料和較嚴(yán)格的質(zhì)量控制制作的高耐久性，良好工作性及較高強(qiáng)度的混凝土。中交集團(tuán)廣州四航工程技術(shù)研究院等單位開發(fā)的海工抗鹽污染高性能混凝土，其抗氯離子滲透性比普通混凝士提高數(shù)倍，可顯著提高混凝土本身的護(hù)筋性能，從根本上提高混凝土的耐久性，

14、從而延長結(jié)構(gòu)物的安全使用壽命。目前，該項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于鹽田港、湛江港、洋山港、東海大橋、杭州灣大橋等多項(xiàng)使用年限要求50年甚至100年的大型海港工程和跨海大橋工程中。3.2 混凝土外表涂覆防護(hù)措施除了采取措施提高混凝土本身的耐久性外，采用混凝土外表涂覆防護(hù)措施有效地將混凝土與周圍侵蝕性介質(zhì)隔離開來或阻止有害介質(zhì)的侵入，也是一種有效的防護(hù)措施。3.2.1 混凝土外表涂層該措施是在混凝土外表涂覆一層涂料，形成一層隔離層制止氯離子、氧、水等介質(zhì)滲入混凝土，以延緩鋼筋腐蝕。從90年代開始，在我國一些海港工程，跨海大橋工程中得到應(yīng)用，實(shí)踐證明，混凝土外表實(shí)施涂層防腐蝕保護(hù)的技術(shù)成熟、保護(hù)效果顯著，是海

15、洋環(huán)境混凝土防腐最經(jīng)濟(jì)有效的保護(hù)措施。我國海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已將該技術(shù)列為海港工程混凝土結(jié)構(gòu)最重要的防腐蝕措施之一。對涂料的要求是能耐堿、耐老化和與混凝土外表應(yīng)有良好的附著性。對海港工程潮差、浪濺區(qū)涂層，要求涂料應(yīng)具有良好濕外表固化功能。3.2.2 外表涂覆浸入型涂料浸入型涂料是一種粘度很低的有機(jī)硅化合物液體，將它涂或噴于風(fēng)干的混凝土外表上，靠毛細(xì)孔的外表張力作用吸入深約數(shù)毫米的混凝土表層中，它與孔壁的氫氧化鈣反應(yīng)，以非極性基使毛細(xì)孔憎水化或者填充部分細(xì)孔，使孔細(xì)化。浸入型涂料不能在混凝土外表上成膜，不會形成隔離層，也不能充滿混凝土毛細(xì)孔隙，所以不會影響混凝土透氣性，透水蒸汽性，

16、但是，它卻能顯著降低混凝土的吸水性，使水和只能溶解于水中才能被毛細(xì)管吸收作用吸進(jìn)去的氯化物都難以吸進(jìn)混凝土中，而混凝土中的水份卻可以化為水蒸汽自由蒸發(fā)出去，使混凝土保持干燥，從而顯著地提高混凝土的護(hù)筋性。目前使用的侵入型憎水涂料中，以異丁基三乙氧基硅烷、異辛基三乙氧基硅烷作為浸漬材料效果最好，有液狀和膏體狀。國內(nèi)外已有不少海港工程、跨海大橋使用，但材料費(fèi)用較高，國內(nèi)能批量生產(chǎn)的較少。3.3 鋼筋防護(hù)措施3.3.1 鍍層鋼筋和涂層鋼筋鍍層鋼筋主要是鍍鋅鋼筋，利用鋅的電位比鐵低，對鋼筋施加陰極保護(hù)。涂層鋼筋是指在鋼筋外表制作涂層，隔離鋼筋與腐蝕介質(zhì)的接觸。這種鋼筋是在嚴(yán)格控制的工廠流水線上，采用靜

17、電噴涂工藝將涂層目前使用較普遍的是環(huán)氧涂層噴涂于外表處理過的預(yù)熱的鋼筋上，形成具有一層堅(jiān)韌、不滲透、連續(xù)的絕緣層的鋼筋。所以，只要這種鋼筋在運(yùn)輸、存放、加工、安裝和混凝土澆搗過程中能按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格保護(hù)，它是可以將鋼筋與周圍混凝土隔開，即使氯離子、氧氣等已大量侵入混凝土，它也能長期保護(hù)鋼筋使它免遭腐蝕。3.3.2 鋼筋阻銹劑混凝土拌合物中摻入適量阻銹劑，可阻止或延緩金屬和電解質(zhì)界面的電化學(xué)反應(yīng)，從而阻止金屬腐蝕是預(yù)防惡劣環(huán)境中鋼筋腐蝕的一種有效的補(bǔ)充措施。但是它不能代替優(yōu)質(zhì)混凝土，也就是說摻加阻銹劑不能降低對混凝土保護(hù)層的基本要求。按照作用機(jī)理，鋼筋阻銹劑可分為陽極型、陰極型和混合型三種。加入鋼筋阻

18、銹劑既推遲了鋼筋開始生銹的時(shí)間，又減緩了鋼筋腐蝕發(fā)展的速度。3.3.3 陰極保護(hù)陰極保護(hù)技術(shù)是應(yīng)用電化學(xué)原理，通過給被保護(hù)鋼筋加一負(fù)向電流，使它的電極電位負(fù)移，即使鋼筋外表氯離子已到達(dá)或超過使鋼筋脫鈍的臨界值，由于電化學(xué)腐蝕過程得到有效的抑制而使鋼筋不會發(fā)生銹蝕。陰極保護(hù)的方式有犧牲陽極和外加電流兩種：1犧牲陽極方式采用電化學(xué)上比鋼更活潑，即電位更負(fù)的金屬如鋁合金、鋅合金等作為陽極，與被保護(hù)的鋼電聯(lián)接，以本身的腐蝕犧牲提供自由電子，對被保護(hù)的鋼實(shí)施陰極保護(hù)。它施工簡便，不需要外部直流電源，不必經(jīng)常維護(hù)管理，但由于提供的保護(hù)電流有限，一般不適用于暴露于大氣中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。2外加電流陰極保護(hù)以直流電源的正極接通難溶T陽極，發(fā)射保護(hù)電流；以其負(fù)極接通被保護(hù)的鋼，而陽極與被保護(hù)的鋼均處于連續(xù)的電介質(zhì)中，使被保護(hù)的鋼接觸電解質(zhì)的全部外表都充分而且均勻地接受自由電子，從而受到陰極保護(hù)。外加電流陰極防護(hù)技術(shù)在歐、美等國家已經(jīng)用于環(huán)境惡劣的重要工程上。我國目前尚處于技術(shù)開發(fā)和引進(jìn)階段，中港-圣維可廣州防腐工程已將該項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用于天津港、杭州灣大橋等工程，為該項(xiàng)新技術(shù)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用發(fā)揮了重要的示范作用