混凝土中钢筋腐蚀与结构物的耐久性_洪乃丰
腐蚀与混凝土耐久性预测的发展和难点讨论
得 了长 足 进展 。 从 工程 使 用 的角 度 看 。 仍 然 是 “ 步 的 ” 但 还 初 。各
类 “ 型 ” 可靠 性 有 很 多 差 别 。关 键 是 大 量 基 础 数 据 的采 集 与 模 的 积 累 。 有 少 量 试 验 室 数 据或 靠 “ 仅 假设 ” 建 立起 来 的 “ 型 ”是 所 模 ． 很 少 有 使 用价 值 的 。 以下 。 以氯 盐 引 起 钢 筋腐 蚀 的相 关 问 题 ． 进
Ｃｏ ｃｅｅａ ｄｒｂ ｒ ｏｒｏ ｉｎａｅｍ ｏｔｙｆｃｏ ｕ ａ ｉｉ ． ｅｔｘ ｉｃ ｓ ｆ ｒｃ ｓ ｈ ｔ ｏ ｒｌｔｓｃ ｒｏ ｉｎａ ｄｄ ｒｂｉｔ ｆｃ ｎ ｒｔ． ｎ ｒｔ ｎ ａ ｒ ｓｏ ｒ ｓｌ ｔｒｔ ｄ ｒｂ ｌｙ Ｔ ｔｄｓｕ ｓｌ ｅｆ ｅａ ｔ ａ ｒｅａｅ ｏｒ ｓｏ ｎ ｕ ａ ｌｙｏ ｏ ｃｅｅ ｅ ｃ ａ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｏ ｔ ｃ ｉ
题。
【 关键词】 腐蚀；耐久性 寿命预测；经济分析
【 中图分类号】 Ｔ ５ ８ １ 【 Ｕ ２ ． 文献标识 码】 Ａ ０
【 编号】１０ — ５０ （ ０ ） － ０ ０ ０ 文章 ０ ２ ３５ －２ ６１ ０ １－ ３ ０ ０
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｇ ｎ ｉｉｕｔ ｆ ｏ ｏ ｔｆ ｒ ＯＴ Ｓｏ ｎ ｄ ｒ￣ｌ ｏ ￣ ｎ ｅ ｖ ｌｐ ｎ ｔａ ｄ ｄｆ ｃ ｌ ｏ ｆ ｍｃ ｓ ｏ ｒ Ｏ ｉｎ ａ ｄ ｕ ｉ － ｆ ｏ ￣ ｔ ｆ ｙ Ｃ ｌ哪 ＨＯ Ｇ Ｎ ｌ ｎ Ｎ ａ ｅｇ ｆ （ｅ ｔ ｌ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ｏ ｕｌｉｇａｄｃｎｔ ｃ ｏ ＣＧｏ ｐ，ｅ ｉｇ１０ ８ 。ｈｎ） Ｃ ｎｒ ｓａｃ ｎｔｕｅ ｆ ｉ ｎ ｎ ｏ ｒ ｔ ｎｏ ＭＣ ｒｕ Ｂ ｉｎ ０ ０ ８Ｃ ｉａ ａＲ ｉ Ｂ ｄ ｓ ｕｉ ｆ ｊ
南方沿海某锈蚀钢筋混凝土框架结构耐久性评定
- 31 -南方沿海某锈蚀钢筋混凝土框架结构耐久性评定黄广华1，2，黄选明1，张 靖1，赵云翔1（1.国家建筑工程质量监督检验中心，北京 100013；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013） 【摘要】 以南方沿海某地一栋框架结构出现主体结构严重开裂、钢筋严重锈蚀为例，从构件损伤、材料强度及氯离子含量等方面，对结构状态耐久性进行评定，为后续的处置提供依据，并为避免该类问题发生提出科学、合理的方法。
【关键词】 框架结构；开裂；锈蚀；氯离子；耐久性 【中图分类号】 TU375 【文献标志码】 A 【文章编号】 1671－3702（2018）07－0031－040 引 言沿海城市既有建筑出现混凝土结构构件胀裂，受力钢筋锈蚀剥离现象，引发结构性能降低和耐久性退化，甚至结构失效，给社会带来巨大的经济损失。
因而，受损后建筑的耐久性评定显得尤为重要。
现以南方沿海某地框架结构为例，对其耐久性进行评定。
1 建筑物概况和损伤情况调查1.1 建筑物概况某框架结构建筑设计建造于 1997 年，距今使用 20 余年，为地上 2 层建筑物，采用现浇钢筋混凝作者简介：黄广华，男，工程师，研究方向为建筑结构安全评估及可靠性评估。
土结构，基础为柱下独立基础，混凝土设计强度等级为 C30，部分建筑结构图纸缺失。
该建筑结构外观如图 1 所示。
现场初步检查发现，一层、二层框架柱、框架梁和楼板出现大面积混凝土胀裂、钢筋锈蚀现象。
Durability Assessment of Corrosion Reinforced Concrete Frame Structures in the South CoastHUANG Guanghua 1，2，HUANG Xuanming 1，ZHANG Jing 1，ZHAO Yunxiang 1（1.National Center for Quality Supervision and Test of Building Engineering ，Beijing 100013，China ；2.China Academy of Building Research ，Beijing 100013，China ） Abstract ：This paper took a frame structure in the south coast as an example，the main structure of which was seriously cracked and serious rust of steel bars，durability of structural behavior assessment on damaged concrete member，strength of material，and chlorine ion content，and provided future treatment of evidence，scientific and reasonable advices on building maintenance. Keywords ：frame structure；crack；corrosion；chlorine ion；durability图 1 建筑外观- 32 -由于建筑物仍在使用，楼内部分区域楼板胀裂的混凝土随时存在掉落的风险，考虑到安全因素，相关单位对楼内的人员进行疏散。
钢筋混凝土的腐蚀机理与防护技术应用论文.doc
钢筋混凝土的腐蚀机理与防护技术应用论文在工程设计中，场地地下水、土常常具有腐蚀性，腐蚀严重影响混凝土结构耐久性、可靠性。
在生产建立中的各类建、构筑地基根底常用的结构形式一般为钢筋混凝土结构，这些根底与地下水、土直接接触，建构筑物根底受到腐蚀性水、土的侵蚀，会引起根底混凝土剥落、丧失强度、钢筋锈蚀等现象，从而降低根底的耐久性，直接影响整个结构的使用平安。
因此，防腐蚀设计以成为建构筑物根底设计不可缺少的内容。
钢筋混凝土的腐蚀分为两局部：一局部是混凝土的腐蚀，另一局部是钢筋的腐蚀。
这里主要讲述硫酸盐及氯离子对钢筋混凝土的腐蚀机理。
2.1硫酸盐对混凝土的腐蚀机理。
混凝土硫酸盐腐蚀的机理是一个非常复杂的物理、化学过程，硫酸盐侵蚀引起的危害包括混凝土的整体开裂和膨胀以及水泥浆体的软化和分解，主要是通过物理、化学作用破坏水泥水化产物，使其丧失强度。
硫酸盐侵蚀的物理作用是指水土中的硫酸根离子通过混凝土孔隙进入混凝土结构中，在没有与混凝土中的组分发生化学反响以前，在干湿循环状态下，外部环境中的硫酸钠吸水发生结晶膨胀。
硫酸钠吸水后体积膨胀，一般表现为混凝土外表开裂、强度降低。
硫酸盐侵蚀的化学作用是指水土中的硫酸根离子通过混凝土孔隙进入混凝土结构中后与混凝土中的不同组分发生一系列的化学反响，这些化学反响生成的盐类矿物一方面由于吸收了大量水分子而产生体积膨胀导致混凝土的破坏，另一方面也可使水泥中硬化组分溶出或分解，导致混凝土强度和粘结性丧失。
2.2氯离子对钢筋的腐蚀机理。
水或土对钢筋的腐蚀主要为电化学反响过程。
混凝土中钢筋一般处于氢氧化钙提供的碱性环境中，在这种碱性环境中钢筋与氧化性物质作用，作用在金属外表形成一种致密的、覆盖性能良好的、牢固的吸附在金属外表上的钝化膜（水化氧化物nFe2O3·mH2O），对钢筋有很强的保护能力，防止钢筋进一步锈蚀。
相关研究说明钝化膜在高碱性环境中才是稳定的，当钢筋所处环境中pH<9时钝化膜逐渐破坏。
混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性
目录目录 (2)引言 (4)第一章钢筋混凝土结构的组成材料 (4)1.1混凝土材料……………………………………………………………………………1.2钢筋材料..........................................................................................第二章钢筋混凝土的腐蚀原理与过程 (5)2.1混凝土中钢筋腐蚀的基本理论 (5)2.2混凝土中气体、水、离子的传输过程 (5)2.3混凝土碳化诱导的腐蚀 (5)2.4氢离子诱导腐蚀 (5)2.5腐蚀防护知识及钢筋混凝土阻锈剂的使用 (6)第三章混凝土成分对钢筋的影响 (6)3.1抗碳化性能 (6)3.2抗氢离子侵入性能 (6)3.3胶凝材料对氢离子扩散系数的影响 (6)3.4水泥用量对氢离子扩展系数的影响 (6)3.5腐蚀速率的影响因素 (6)第四章：钢筋混凝土表面处理和涂层 (7)4.1钢筋混凝土腐蚀的原因 (7)4.2防护与修补的方法 (7)4.3基层处理 (7)4.4填充混凝土中的裂缝与孔洞 (7)4.5砂浆与混凝土 (7)4.6混凝土表面的保护层 (7)第五章：钢筋混凝土结构的耐久性 (8)5.1混凝土结构的耐久性的含义 (8)5.2提高混凝土的耐久性 (9)结论 (11)参考文献 (12)致谢 (13)混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性摘要：建筑工程安全性与耐久性在我国探讨话题中占据了越来越重要的地位，根据建设部近几年的调查研究发现，国内大部分地区大多数钢筋混凝土建筑物在使用寿命达到25~30年后即需大修，甚至处于严酷环境下的钢筋混凝土建筑物使用寿命仅仅只有15~20年。
还有一部分工程在建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂等现象。
钢筋混凝土腐蚀和耐久性成为当今一大研究对象。
在本文将对钢筋混凝土结构发腐蚀性和耐久性做出一系列的探讨。
关键词：钢筋；腐蚀性；耐久性Abstract: construction engineering safety and durability discussed topics in our country have occupied more and more important role in recent years, according to the survey of the ministry of construction, the study found in most parts of China most reinforced concrete building in the service life of 25 to 30 years to that need to overhaul, even in a harsh environment of the reinforced concrete building use life only 15 to 20 years. And part of the project in a few years after the completion of the appears rebar corrosion, and concrete cracking wait for a phenomenon. Reinforced concrete durability corrosion and be the one big research subjects. In this paper will be of the reinforced concrete structure durability corrosion resistance and hair make a series of discussion.Keywords: reinforced; Corrosive; durability引言建筑工程安全性与耐久性在我国探讨话题中占据了越来越重要的地位，根据建设部近几年的调查研究发现，国内大部分地区大多数钢筋混凝土建筑物在使用寿命达到25~30年后即需大修，甚至处于严酷环境下的钢筋混凝土建筑物使用寿命仅仅只有15~20年。
钢筋的腐蚀与保护与混凝土结构的耐久性
钢筋的腐蚀与保护与混凝土结构的耐久性土木工程学院：郭晨光00015056结构耐久性是指结构在设计要求的目的使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。
混凝土结构耐久性设计是在考虑影响混凝土结构耐久性的内外因素，将结构的耐久性问题沿时间坐标轴展开，使新设计的结构可靠性在规定的目标使用期内不得低于规范要求，即无需花费大量资金维修与加固。
混凝土结构耐久性评估是指对现有混凝土结构，通过适当方法评价其现有的可靠性，最终预测该结构今后可靠性降低情况。
影响混凝土结构耐久性的因素有混凝土结构的内在因素和外部因素两方面。
内在因素主要为混凝土结构保护层厚度，水灰比和密实度、水泥品种、标号和用量、外加剂类型、结构或构件的构造、混凝土和钢筋的用量大小、裂缝等等，这些因素影响混凝土结构的碳化速度、结构或构件的裂缝形式和发展，这些因素与碱-骨料反映有关。
外部环境因素主要为气候、潮湿、高温、氯离子侵蚀、化学介质侵蚀，还有冻融、磨损破坏等等。
环境不同影响的程度也不同；环境因素也是通过混凝土结构的内在因素起作用的。
钢筋锈蚀对钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构的耐久性有极大的影响，在日本大约有21.4%的钢筋混凝土结构损坏11实例是因钢筋锈蚀而引起的，如果再加上混凝土碳化引起的损坏则所占比例更高，日本每年召开的混凝土工学年会有相当一部分论文专门讨论钢筋锈蚀与防腐问题。
前苏联有关资料统计，仅工业厂房受腐蚀损坏的总额就占其固定资产的16%，有些厂房的钢筋混凝土结构使用10年左右即严重损坏，经常需要维修，有些建筑物的维修费用已超过其原造价。
这个问题已越来越引起人们的注意，许多国家都十分重视研究混凝土结构中钢筋的锈蚀与防护问题，不断推出新的检测评价方法与监控防护措施。
如英国仅为解决海洋钢筋混凝土构筑物的腐蚀与防护问题，每年就花费将近20万英镑。
美国每2到3年就召开一次钢筋混凝土结构防腐专题讨论会。
因为钢筋腐蚀还常引起一些建筑物的倒塌事故，可见研究解决钢筋腐蚀与防腐问题是十分重要的。
CCES01-2004[2005年修订版]溷凝土结构耐久性设计与施工指南.doc
![CCES01-2004[2005年修订版]溷凝土结构耐久性设计与施工指南.doc](https://img.taocdn.com/s3/m/222f9ebadaef5ef7bb0d3c03.png)
中国土木工程学会标准CCES 01－2004（2005年修订版）混凝土结构耐久性设计与施工指南Guide to Durability Design and Constructionof Reinforced Structures2005年10月前言鉴于工程安全性与耐久性对我国当前大规模土建工程建设的重要意义，中国工程院土木水利与建筑学部于2000年提出了一个名为“工程结构安全性与耐久性研究”的咨询项目，旨在联络国内专家，就我国土木和建筑工程结构安全性与耐久性的现状与亟待解决的问题进行探讨，并为政府部门提供技术政策方面的建议。
考虑到混凝土结构的耐久性问题最为突出，而现行的设计与施工规范在许多方面又不能保证工程的耐久性需要，所以项目组决定联系各方专家，组织成立编审组，着手编写混凝土结构耐久性设计与施工的指导性技术文件，供工程设计、施工与管理人员使用。
与此同时，国家建设部建筑业司和科技司也委托中国土木工程学会与清华大学土木系就建筑物耐久性与使用年限的课题进行研究。
这份《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，就是依托上述项目和课题，在国内众多专家的共同参与下编审完成的。
环境作用下的混凝土结构劣化机理非常复杂，许多方面还认识不清，而且耐久性问题又具有相当大的不确定性与不确知性。
在这种情况下，提出指南这样的指导性技术文件，可能更便于设计、施工人员能够结合工程的具体特点使用。
《指南》的初稿、讨论稿和送审稿曾分别在2001年、2002年两次学术会议上和在会后广泛征求过意见并经多次修改。
由于时间和认识上的限制，不足之处，有待今后定期补充。
2003年6月，中国土木工程学会报请国家建设部组织领导小组和专家组对指南送审稿进行审查和鉴定，并获得通过；经中国土木工程学会研究认定，本指南作为中国土木工程学会技术标准。
本指南将每年做局部修订补充，并发布于中国土木工程学会网站()。
对指南在使用过程中发现的问题，请将意见和建议寄：清华大学土木系结构工程实验室（邮编100084，电子信箱Jiegou@）转有关编写人。
利用钢筋阻锈剂来提高桥梁钢筋混凝土结构的耐久性
利用钢筋阻锈剂来提高桥梁钢筋混凝土结构的耐久性李文琪1温斌2（1.中国路桥集团桥梁特种工程有限公司 2.上海加固行建筑技术工程有限公司）摘要钢筋锈蚀在混凝土结构中大量存在，是混凝土结构耐久性破坏的主要形式之一。
引起钢筋锈蚀的原因有很多，其中以氯腐蚀与碳化(中性化)的影响作用最为明显。
使用钢筋阻锈剂是一种比较经济有效的保护措施，能够明显提高结构的抗锈蚀能力和耐久性。
本文对钢筋阻锈剂的应用背景、阻锈性能等进行了简要介绍，并与传统方法进行了对比分析，结果表明：使用阻锈剂技术具有更经济及应用方便的特点。
随着我国对混凝土耐久性认识水平的不断深入与重视，钢筋阻锈剂应该能得到更大的发展。
1．应用背景但随着服役时间的延长，钢筋混凝土桥梁结构中会出现各种各样的病害。
如果混凝土材料的施工质量不好，或结构物设计有缺陷等、都会加速病害的发生和发展速度。
采用高质量的材料、优良的施工和设计质量、可以提高新建桥梁的耐久性，但仍然有许多理由需要对这些新桥进行保护以便使其能达到或超过设计服役寿命。
对已经服役一定时间的桥梁，则更要进行经常性的保护和维修，以便使其经常处于良好的条件下，延长服役寿命[1]。
在影响桥梁钢筋混凝土结构耐久性的诸多因素中，钢筋锈蚀问题举足轻重。
在1991年召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上，Metha教授指出：“当今世界混凝土破坏原因按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用”[2]。
他明确将“钢筋锈蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位，而来自海洋环境和使用除冰盐引来的氯腐蚀与来自CO2和SO2等的混凝土中性化又是造成钢筋锈蚀的主要原因。
1998年美国运输部门给国会的关于美国公路与桥梁状况的报告中指出：“现在积压着有待修补的混凝土桥梁的维修费是1550亿美元”[3]。
美国公路研究战略计划披露，到20世纪末，为更换或修复冬天撒除冰盐引起的破损公路混凝土桥面板，估计要耗资4000亿美元，其中大部分是由钢筋锈蚀引起的。
氯盐侵蚀下钢筋混凝土结构的耐久性评估与修复方案
氯盐侵蚀下钢筋混凝土结构的耐久性评估与修复方案钢筋混凝土结构在长期使用过程中，可能会受到氯盐的侵蚀而导致耐久性下降。
因此，对于氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构进行耐久性评估，并制定相应的修复方案，对于保护结构的正常使用和延长使用寿命具有重要意义。
一、氯盐侵蚀下钢筋混凝土结构的耐久性评估1. 检测氯离子含量：可以通过采集结构的混凝土样品，使用离子色谱仪等实验室设备检测氯离子的含量。
根据检测结果，评估结构的氯盐侵蚀状况和严重程度。
2. 测定钢筋锈蚀情况：通过对结构中的钢筋进行检测，了解钢筋的锈蚀程度、钢筋锈蚀面积和深度等参数，评估结构的钢筋腐蚀状况。
3. 评估混凝土质量：通过对混凝土的抗压强度、渗透性和孔隙结构等性能的检测，了解混凝土的质量状况，评估结构的耐久性。
4. 结构损伤的评估：对于受氯盐侵蚀的结构，通过检测其裂缝、脱落、开裂等损伤情况，评估结构的稳定性和耐久性。
二、修复方案1. 针对氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀：对于轻度锈蚀的钢筋，可采用刮除锈蚀层、喷涂防锈涂料等方法进行修复；对于严重锈蚀的钢筋，应采用钢板套筒、碳纤维加固等技术手段进行钢筋的修复。
2. 针对混凝土质量下降：对于混凝土质量下降的结构，可以采用渗透充填修复、碳纤维增强等方法来提高混凝土的力学性能和防水性能。
3. 结构加固处理：针对结构的损伤情况，可采取增加剪切钢板、加固轴力箍筋、增加外加剪力墙等措施来提高结构的抗震性能和稳定性。
4. 防护措施：对于已经修复的结构，应加强防护措施，如加装防护层、使用抗氯离子渗透剂等，以减少氯盐的侵蚀。
5. 监测与维护：修复完成后，应定期对修复后的结构进行监测，并进行必要的维护工作，以确保修复效果的持久性和结构的安全性。
三、注意事项1. 在制定修复方案时，应根据结构的具体情况，结合实际情况制定相应的修复方案，并与专业技术人员进行充分的讨论和评估。
2. 在施工过程中，应严格按照修复方案执行，并注意施工质量和进度控制。
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文章编号:0451-0712(2001)02-0066-04 中图分类号:T U511.303 文献标识码:B混凝土中钢筋腐蚀与结构物的耐久性洪乃丰(冶金建筑研究总院 北京市 100088) 摘 要:钢筋混凝土腐蚀是引起结构破坏的主要原因,而大多数情况又是由于其内钢筋腐蚀引起的。
该文以钢筋腐蚀为主线,综述国内外钢筋混凝土腐蚀情况与巨大经济损失,简述腐蚀原因、主要影响因素及与结构物耐久性的关系,简述几种防护新技术。
关键词:混凝土;钢筋;腐蚀;耐久性;防护1 钢筋腐蚀危害与经济损失世界各国的腐蚀损失平均可占国民经济总产值(GDP)的2%～4%;其中与钢筋腐蚀有关者可占40%。
我国尚缺乏完整的统计数据。
若按上述比例推算,我国1999年度腐蚀总损失大约为1800～3600亿元,其中与钢筋腐蚀有关(占40%)约为720～1440亿元。
椐美国的报道,仅就桥梁而言,57.5万座钢筋混凝土桥,一半以上出现腐蚀破坏,40%承载力不足、必须修复与加固处理。
腐蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元,其中桥梁修复费为1550亿美元(是这些桥初建费用的4倍)!据称,钢筋混凝土腐蚀破坏的原因主要是化冰盐和海洋环境氯离子的侵蚀作用,此外,工业化学介质、中性化、冻融等也是促进钢筋混凝土腐蚀破坏的因素。
混凝土耐久性已是当今世界的重大问题,其中钢筋腐蚀破坏被确认为第一因素,而氯离子的侵蚀又是引起钢筋腐蚀的首要因素。
北欧、英国、加拿大、澳大利亚等都有以氯盐为主的“盐害”问题(英国修复费为每年50亿英镑)。
据悉,韩国曾发生一系列建筑物破坏、倒塌事件,其中也与“盐害”有关。
我国台湾海滨桥梁、建筑物受损和不断发生的“海砂屋”事件,也是氯盐腐蚀所造成的。
我国大陆海港码头不能耐久,北方使用化冰盐,桥梁道路遭破坏。
如北京仅使用20年的西直门立交桥(已重修),钢筋锈蚀破坏十分明显与严重。
我国存在着广泛的“盐害”环境,海岸线很长,北方地区使用化冰盐有增无减,此外,我国还有广泛的盐碱地环境(有着丰富的石油、天然气和矿物资源),特别是西部大开发过程中,将面临此类腐蚀问题。
美国明确提出,要与基础设施中的腐蚀破坏作斗争。
通过对建筑物实施“寿命周期成本分析”法,大力倡导预先采取防护措施,以减少后期维修、停车所带来的巨大经济损失。
如氯盐环境,钢筋混凝土桥设计寿命40年,采用加钢筋阻锈剂作为预先防护措施,其附加费用为5.40美元/m2。
若前期不采取防护措施,则15年开始修复,寿命周期40年内累积费用达为108～161美元/m2(25倍)。
可见主张前期采取防护措施,其重大意义和长远经济效益是不可低估的。
2 钢筋腐蚀原理与主要影响因素2.1 混凝土中钢筋的腐蚀是影响结构物耐久性的首要因素当今世界钢筋腐蚀被认为是混凝土结构破坏和耐久性不足的首要因素。
这是一个复杂、综合的过程,可分为先天因素与后天因素,前者与工程设计、施工质量有关,后者与环境和人为使用维护有关。
国内外大量事实表明,引起混凝土钢筋腐蚀的主要环境因素是“盐害”,其次是混凝土的“中性化”。
前者主要发生在海洋与沿海、道路化冰盐、盐碱地、工业盐环境等,后者与环境污染、酸雨等密切相关。
2.2 氯盐与中性化对钢筋腐蚀的作用2.2.1 氯盐对混凝土中钢筋的腐蚀作用收稿日期:2000-11-14 公路 2001年2月 第2期 HIG HWA Y Feb.2001 N o.2 (1)作用机制。
¹破坏钝化膜:水泥水化的高碱性(pH≥12.6),使钢筋表面产生一层致密的钝化膜。
最新研究表明,该钝化膜中包含有Si-O键,对钢筋有很强的保护能力。
然而钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。
研究与实践表明,当pH<11.5时,钝化膜就开始不稳定(临界值);当pH<9.88时钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。
Cl-进入混凝土中并到达钢筋表面,当它吸附于局部钝化膜处时,可使该处的pH迅速降低到4以下。
于是该处的钝化膜就被破坏了。
º形成“腐蚀电池”:Cl-对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部(点),使这些部位(点)露出了铁基体,与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差(作为电解质,混凝土内一般有水或潮气存在)。
铁基体作为阳极而受腐蚀,大面积的钝化膜区作为阴极。
腐蚀电池作用的结果,钢筋表面产生点蚀(坑蚀),由于大阴极(钝化膜区)对应于小阳极(钝化膜破坏点),坑蚀发展十分迅速。
这就是Cl-对钢筋表面产生“坑蚀”为主的原因所在。
»Cl-的去极化作用:阳极反应过程是Fe-2e =Fe++,如果生成的Fe++不能及时般运走而积累于阳极表面,则阳极反应就会因此而受阻;Cl-与Fe++相遇会生成FeCl2,从而加速阳极过程。
通常把加速阳极的过程,称作阳极去极化作用,Cl-正是发挥了阳极去极化作用的功能。
应该说明的是,FeCl2是可溶的,在向混凝土内扩散时遇到OH-,立即生成Fe(OH)2(沉淀),又进一步氧化成铁的氧化物(通常的铁锈)。
由此可见, Cl-只是起到了“搬运”作用,它不被“消耗”。
也就是说,凡是进入混凝土中的Cl-,会周而复始地起破坏作用,这正是氯盐危害的特点之一。
¼Cl-的导电作用:腐蚀电池的要素之一是要有离子通路。
混凝土中Cl-的存在,强化了离子通路,降低了阴、阳极之间的欧姆电阻,提高了腐蚀电池的效率,从而加速了电化学腐蚀过程。
氯盐中的阳离子(Na+、Ca++等),也降低阴、阳极之间的欧姆电阻。
(2)关于混凝土中的氯盐限定值。
所谓“限定值”是指对混凝土中Cl-含量的总量控制值。
不论以任何途径进入到混凝土中,都不允许Cl-含量超出该限定值,并以此作为新建工程质量控制的重要技术指标之一。
表1列出了美国混凝土学会(ACI)的相关规定。
表1 混凝土中允许Cl-含量的限定值(水泥重量百分比)类 型ACI201AC I318ACI222预应力混凝土0.060.060.08普通混凝土湿环境、有氯盐0.100.150.20一般环境、无氯盐0.150.300.20干燥环境或有外防护层无规定 1.00.20日本为了更便于应用,规定了每m3混凝土中Cl-含量的限定值。
日本土木学会编制的规范中规定,对于耐久性要求较高的钢筋混凝土,Cl-总量不超过0.3kg/m3;一般钢筋混凝土,Cl-总量不超过0.6kg/m3。
日本建设省指令性文件《确保钢筋混凝土耐久性措施》中还规定,当有可能超标时,必须采取技术措施,如掺加钢筋阻锈剂等。
我国相关国家标准、行业标准中,对于混凝土中Cl-限量规定不完全相同,近年来制定或修订的标准中,逐步靠近如下指标:对于预应力混凝土:Cl-总量不超过0.06%(水泥重量百分比);对于普通混凝土:Cl-总量不超过0.10%(水泥重量百分比)。
我国存在的问题是,由于对氯盐危害认识不足和对混凝土耐久性重视不够,虽有“限量规定”但检查执行不力,而我国目前实际工程中,Cl-“超标”的情况是经常发生的,可能来自下列情况:¹使用海砂而不采取掺钢筋阻锈剂等技术措施(我国海砂使用已成上升趋势);º使用Cl-含量“超标”的施工用水也不采取技术措施;»使用含氯盐外加剂;¼在海水中施工(海水不可避免的进入新鲜混凝土中)而又未采取如掺用钢筋阻锈剂等技术措施;½在盐碱地或地下水Cl-含量较高的条件下施工;¾使用中的建筑结构物,长期受到来自环境中Cl-“渗入”(如海水、防冰盐等)。
就世界范围而言,Cl-是影响混凝土耐久性的主导因素,而对我国当前情况,“混入”和“渗入”都是影响我国新建和已有钢筋混凝土建筑物耐久性的重要原因。
2.2.2 混凝土的中性化与钢筋腐蚀(1)混凝土的“碳化”。
混凝土的“碳化”,是指大气中的CO2与混凝土—67— 2001年 第2期 洪乃丰:混凝土中钢筋腐蚀与结构物的耐久性中的Ca(OH)2起化学反应,生成中性的碳酸盐CaCO3: Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O(1) Ca(OH)2+[CO2+H2O]=CaCO3+2H2O(2)式(1)是CO2气体的直接中和作用,式(2)是CO2溶解于水中,然后起中和作用。
水中溶解的CO2气体,可使水的pH= 5.9。
混凝土中钢筋保持钝化状态的最低(临界)碱度是pH=11.5,而“碳化”的结果可使pH低于9。
此时,钢筋锈蚀就是不可避免的了。
(2)二氧化硫(SO2)与酸雨对混凝土的破坏作用。
工业过程排放的SO2和进一步氧化成的SO3可使混凝土中性化和酸化: Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O(3) Ca(OH)2+[SO2+H2O]=CaSO3+2H2O(4) Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O(5) Ca(OH)2+[SO3+H2O]=CaSO4+2H2O(6)如前所述,所生成的硫酸盐还会对混凝土进一步发生膨胀侵蚀作用。
因此较“碳化”更具腐蚀破坏性。
根据1998年的统计数据,我国在此年度的二氧化硫排放量为2090万t,酸雨覆盖面已达国土的30%。
一些地区酸雨的pH值为4～5或更低,对这一严峻的形势不能不引起高度重视。
此外,工业环境中的酸性液、汽、渣,也对混凝土和钢筋有严重腐蚀作用。
3 主要防护技术3.1 基本措施完好的混凝土,对其内部钢筋提供一个良好的防腐蚀环境。
只有混凝土自身受破坏(如硫酸盐侵蚀)、碱度降低(低于临界值)或有害离子入侵时,钢筋混凝土结构物才会发生腐蚀破坏。
因此,最大限度的保证混凝土自身密实完好、保持高碱度和防止有害离子入侵,是钢筋混凝土防腐蚀措施的出发点。
基本措施就是致力于提高混凝土自身的防护能力,包括选择良质水泥、增加水泥用量、降低水灰比、使用优良外加剂、掺合料、增加混凝土保护层厚度等。
目前,国内外均在研究“高性能混凝土”,其中主要目的之一,就是增强对钢筋混凝土的自身防护能力。
3.2 附加措施实践证明,在较严酷的腐蚀环境条件下(如海洋环境或使用防冰盐、盐碱地、某些工业环境等),单靠“基本措施”尚不能达到耐久性要求,必须采取相应的附加措施,主要有:(1)外涂层:渗透层、覆盖层、隔盖层、水泥基、聚合物、树脂类涂层等。
外涂层有隔离腐蚀环境的功能,对于保护混凝土自身、保持碱度和防止有害离子入侵都是有效的。
但有些涂层自身寿命不长,再次涂覆又困难,故在“耐久性保持”应用方面受到一定限制。
而能与混凝土寿命匹配的水泥基聚合物涂层、砂浆层等,近年来得到了大力发展与应用。
(2)钢筋阻锈剂:有阴极型、阳极型、复合型等类型,系由无机和有机物构成。
加入混凝土中,除能阻止、减缓钢筋锈蚀外,对混凝土的基本性能应无不利影响。
随着使用年限的增长,有害离子往往不可避免地渗入到混凝土中,当有钢筋阻锈剂存在时,可以使有害离子对钢筋不产生腐蚀或大大减缓其腐蚀速度,从而达到延长钢筋混凝土结构物使用寿命的目的。