浅论海洋环境中的钢筋混凝土腐蚀机理与防护方法

作者：陈帮伟金威贤

来源：《新农村》2011年第06期

摘要：由于舟山地处海洋气候环境中，就海洋环境中海水腐蚀和海洋中各种不同腐蚀介质对钢筋混凝土的腐蚀机理与防护方法作了介绍。从舟山沿海港口实际的施工角度出法，提出相应的控制措施和保护措施（包括表面涂层、引入外加剂等防腐技术），并在海洋混凝土工程结构中成功应用。

关键词：海水钢筋混凝土腐蚀防护

一、问题的提出

随着社会的发展，各种沿海建筑物日益增多，如舟山近期的港口建设、防波（浪）堤、码头、船厂、海塘、桥梁等工程。这些混凝土结构由于长期处于海水、海风等自然环境中，混凝土遭受破坏的程度特别严重。由于海洋的特殊性，因此其耐久性问题更引人关注，已越来越引起工程界的重视。同时，在施工中也证明了素混凝土及钢筋混凝土在海洋环境中的浪溅区及海洋大气区，其腐蚀亦是相当严重的。然而，由于设计、施工和选材不当，以及碳化作用、环境污染、外力的冲撞、微生物腐蚀等物理、化学作用，大量混凝土构筑物不能达到预期寿命而破坏。本文对混凝土在舟山海水环境下的腐蚀规律、特点及使用寿命等进行了实践建筑物和施工证实。通过海水对混凝土腐蚀的实际施工情况和腐蚀防治措施进行了分析对照。并对混凝土腐蚀的实际情况和腐蚀防治措施作了资料分析和总结，提出了相应的建议和结论，并对舟山海域海水混凝土腐蚀案例的分析，论证了提高海工混凝土防腐性能的措施[1]。

二、混凝土的腐蚀机理和防护

海水的腐蚀是导致混凝土保护层破裂乃至整个钢筋混凝土结构破坏的最主要原因之一。由于海工建筑混凝土构筑物在海水长期浸泡过程中，结构周围受到不同程度不同环境的物理、化学、生物、电化等影响，使混凝土内的某些成分发生反应、溶解、膨胀，从而造成混凝土构筑物的破坏。根据腐蚀程度的不同可分为4个区域：①水下区（最低潮位下）；②水位变动区（最低潮位与最高潮位）；③浪溅区（冲撞和风浪）；④大气区[2]。

1.水下区

水下区混凝土由于缺氧阴极反应困难而腐蚀相对较轻。处于间接暴露环境的结构部位，结构周围长期浸泡海水中[3]，也遭受空气中的氯盐粒子和大气湿度的腐蚀，混凝土密实度和保护层厚度在阻止氯离子侵入和延迟腐蚀开始发生破坏在时间上起着重要的作用，因此选用材料

和施工是重要原则。施工中严格控制混凝土浇注时的水灰比，也是控制混凝土孔隙率最有效的技术措施，加入适量减水剂、膨胀剂可提高混凝土的抗蚀能力，抗渗性能，对海水的抗蚀能力有明显的效果。

2.水位变动区

舟山属亚热带南缘、东北风盛行区，受季风影响冬冷夏热，气候变化多复杂，年平均气温为15.8℃，海区全年盐度一般在10.00‰~35.00‰之间变化，属强混合型海区，海洋环境特征明显使混凝土腐蚀速度加快，加之每日2次潮汐作用使得潮差区和变动区受到2次冻晒融循环，更有助于腐蚀反应的发生。因此，可采取的保护措施：①施工中增加保护层是防止钢筋锈蚀的第1道屏障，必须有足够的厚度，海工混凝土应该适当加大其保护层厚度（规范规定一般在50 mm以上）；②将钢筋表面预先实施一层不腐蚀或耐腐蚀的涂镀层来阻挡或隔离氯离子的侵蚀，是最为直接的技术措施，涂镀层钢筋目前主要有环氧涂层钢筋和热镀锌钢筋2种。

以2008年舟山大衢渔港引桥施工为例，用环氧涂层钢筋表面采用致密材料涂覆，并制定了相应的规范条款。施工工艺相对复杂，施工难度大，加上环氧涂层钢筋的保护要求极其严格。但是保护涂层具有阻绝腐蚀性介质与混凝土接触的特点，从而延长了混凝土和钢筋混凝土的使用寿命，作为辅助措施较为适宜。

3.浪溅区

浪溅区是腐蚀最为严重的区域，这是因为结构物在高潮时被海浪溅湿，低潮时水分蒸发，混凝土表层孔隙液中的氯离子浓度增高，并不断向混凝土内扩散，使钢筋周围孔隙液的氯离子浓度较容易增大到破坏钢筋钝化膜的临界浓度，同时又处于含盐、雾、潮湿大气中，混凝土具有足够湿度，这就具备了钢筋腐蚀所必需的条件。因此，掺入少量外加剂如引气剂、膨胀剂、减水剂、防水剂粉煤灰和矿渣等外加剂，来阻止或延缓金属和电解质界面的电化学反应来阻止金属腐蚀的方法，可以显著改善混凝土的抗渗和耐久性。同时，可增加钢筋保护层厚度，根据结构情况，适当增加钢筋保护层厚度，以延缓氯化物到达钢筋表面的时间[4]。

2003年舟山虾峙渔港防浪堤外侧戗台浪溅区钢筋混凝土实验证明，在施工中水灰比用0.60，增加保护层，内掺占水泥用量2%左右的亚硝酸钠和粉煤灰，就显示出优良的长期阻锈效果。7a过去了防浪堤外侧戗台浪溅区钢筋混凝土完整无损，经海浪冲击只有少量的表面被腐蚀而形成麻面或蜂窝状。从而说明，因浪溅区潮湿环境中CO2浓度高且持久作用时间长，碳化直到混凝土的表面，使钢筋附近的混凝土的碱度有所下降，混凝土表面被腐蚀的现象，已碳化的混凝土表面受海水中二氧化碳的作用变成可溶性的碳酸氢钙，经海浪冲击而随水冲定的原因。

4.大气区