钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂（RI）概要 1．引言 对于以基础设施为主的钢筋腐蚀破坏，美国在总结经验教训的基础上，提出了“以防为主”的战略，即在腐蚀环境中的建设工程，必须采取防腐蚀措施。另外，在工程建设中，全面实施“全寿命经济分析”法，即在保证使用寿命的前提下总投资最少。一方面明确“寿命期”内的经济责任，另一方面初建费加维护费要做到技术、经济合理（美国已经存在的用四座桥的费用维护一座桥的情况，显然是极不合理的）。“全寿命经济分析”法曾有如以下例举：氯盐环境，钢筋混凝土桥设计寿命至少40年，采用加钢筋阻锈剂作为预先防护措施，其附加费用为每平米5.40美元。若前期不采取防护措施，则15年开始修复，寿命周期40年内累积费用达每平米为108—161美元 (20多倍)。可见主张前期采取防护措施，具有十分重大的意义和长远的经济效益。 为保证工程质量和结构物的耐久性，我国发布了《建设工程质量管理条理》（即国务院279号令）。规定设计单位要“注名工程合理使用年限”，工程承包单位，对于基础设施的保修期限为“该工程的合理使用年限”。我国首次用政令确立工程质量与使用寿命的“责任制”。其意义是重大而深远的。势必也对钢筋腐蚀危害的治理起到巨大推动作用。 防止钢筋腐蚀的技术措施有许多种，可归纳为两大类。其一是提高混凝土自身的防护能力，如高密实、抗裂混凝土；其二被称作“附加措施”，主要包括：混凝土外涂层、特种钢筋（如环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋等）、阴极保护及钢筋阻锈剂。作为耐久性措施，美国混凝土学会（ACI）确认，涂层以外的后三种措施，作为到长期有效的防护方法。此三种措施各有特点与利弊，而在提高混凝土密实性的基础上，掺用钢筋阻锈剂，是最通常使用的方法，而且是最简单、经济和效果好的技术措施。美国已经成立了“钢筋阻锈剂协会”（CCIA），该协会报告中指明“商业钢筋阻锈剂已经使用了20多年，大量应用于海工混凝土、桥梁、停车场等结构。….证明钢筋阻锈剂是最有效的防护方法”。在全世界，钢筋阻锈剂的研究与工程应用，得到了十分迅速的发展。有统计表明，1993年，全世界约有2000万m3的混凝土使用了钢筋阻锈剂，而到了1998年，至少有5亿m3的混凝土使用了钢筋阻锈剂（5年增长20多倍！），可见发展趋势之迅猛。以下介绍钢筋阻锈剂的性能、工程应用等情况。

2．钢筋阻锈剂的性质、分类与作用原理 2．1 定义：钢筋阻锈剂（Rrebar Inhibitor简称RI或Corrosion Inhibitor Admixture）加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的化学物质。 一些能改善混凝土对钢筋防护性能的矿物添加料（如硅灰等），不作为钢筋阻锈剂。通常的混凝土外加剂旨在改善混凝土自身的性能，而钢筋阻锈剂旨在改善和提高钢筋的防腐蚀能力，但都是加入到混凝土中使用的。因此，大多数国家将钢筋阻锈剂归入“混凝土外加剂”，也有一些国家作为独立的钢筋防锈产品。我国将最终归类为“混凝土外加剂”中的一个种类。 2．2 分类： 2．2．1按使用方式和应用对象分： ——掺入型（Darex Corrosion Inhibitor）（DCI）：掺加到混凝土中，主要用于新建工程也可用于修复工程。 ——渗透型（Migrating Corrosion Inhibitor）（MCI）：涂到混凝土表面，渗透到混凝土内并到达钢筋周围，主要用于老工程的修复。 2．2．2按形态分 ——水剂型（约含70%的水），国外主要是水剂型。 ——粉剂型 固体粉状物，大多溶于水。国内目前主要是粉剂型 2． 2． 2。3按化学成分分 ——无机型：成分主要由无机化学物质组成。 ——有机型：成分主要由有机化学物质组成。 ——混合型：由有机和无机化学物质组成。 2．2． 2．2． 4 按作用机理划分：阴极型、阳极型、混合型 2．3 作用原理 ——阳极型：混凝土中钢筋腐蚀通常是一个电化学过程。凡能够阻止或减缓阳极过程的物质被称作阳极型阻锈剂。典型的化学物质有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐等。它们能够在钢铁表面形成“钝化膜”。常用作钢筋阻锈剂成分的是亚硝酸盐。此类阻锈剂的缺点是会产生局部腐蚀和加速腐蚀，被称作“危险性” 阻锈剂。因此要与其他种类的阻锈成分联合使用，以克服这种“危险性”。此外，亚硝酸的钠盐，可能引起“碱集料反应”和对混凝土性能有不利影响，现已很少作为阻锈剂使用。 ——阴极型：通过吸附或成膜，能够阻止或减缓阳极过程的物质。如锌酸盐、某些磷酸盐以及一些有机化合物等。这类物质虽然没有“危险性”，但单独使用时，其效能不如阳极型明显。 ——混合型：将阴极型、阳极型、提高电阻型、降低氧的作用等的多种物质合理配搭而成的阻锈剂。如冶金建筑研究总院研制的RI系列即属于综合性、混合型钢筋阻锈剂。 混凝土中钢筋腐蚀破坏，大大缩短了结构物的使用寿命，或者说需要花费很多的钱来维持方能达到设计寿命。加入钢筋阻锈剂能起到两方面的作用：一方面推迟了钢筋开始生锈的时间，另一方面，减缓了钢筋腐蚀发展的速度（如图一所示）。在严酷的腐蚀环境中（海洋或撒盐等）一般5-15年内可出现钢筋腐蚀造成的顺钢筋裂缝，若不及时修复，将很快达到破坏极限；而掺用钢筋阻锈剂后，将能期望达到设计年限的要求（美国以75年为钢筋阻锈剂可以达到的目标年限）。

钢 筋 破坏极限 腐 蚀 有钢筋阻锈剂 破 坏 无钢筋阻锈剂

0 20 40 60（年） 使用年限

图1 钢筋阻锈剂提高结构物耐久性示意图

3、钢筋阻锈剂的应用与相关规程、规范 3．1 一般情况 美国国家公路研究项目“混凝土中钢筋阻锈剂的评定方法”业已完成。在1998年的报告中称“近15年来，钢筋阻锈剂成为通用措施。主要用于普通混凝土和预应力混凝土结构的桥梁及其他建筑物的长期防护”。 钢筋阻锈剂使用的相关规定及做法，已经分别纳入美国公路联合会编制的《钢筋混凝土桥梁防腐蚀手册》、《混凝土外加剂标准》（AASHTOM194）、美国混凝土学会编制的《混凝土手册》以及美国腐蚀工程师学会编制的《混凝土中钢筋防腐蚀设计规范》等。日本、加拿大、澳大利亚、韩国及我国台湾省，均有相关钢筋阻锈剂的标准与规范，但其产品大多来自美国和日本。美、日产品也已经进入中国大陆市场。 我国早期，曾用亚硝酸钠作为钢筋阻锈剂使用于少量工程，由于单一亚硝酸钠有明显问题，没有得到推广应用。八十年代初，冶金工业部为在渤海湾南岸开发建设金矿，须解决海水、海洋环境对钢筋混凝土建筑物的腐蚀问题，于是列题研究了RI综合型钢筋阻锈剂。1985年，在山东三山岛金矿首次大量使用，这也是我国成功应用16年的大型工程实例。本研究成果于1987年通过部级鉴定，于1991年颁布了国家行业标准，1998年修标 [ 即《钢筋阻锈剂使用技术规范》（YB/T9231-98）]。《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-95）、《海工混凝土结构技术规范》、〈海工混凝土防腐蚀规范〉、〈盐渍土建筑规范〉和正在编制中的〈公路外加剂规范〉等，都纳入了相关钢筋阻锈剂的内容。国内已有百余工程使用了RI系列钢筋阻锈剂（如今RI阻锈剂已经发展到第三代产品）。随着钢筋阻锈剂越来越被人们认识和巨大的市场潜力，国内各省市不断有钢筋阻锈剂的品种出现，国外产品也不断涌入国内市场。这样竞争的局面，必将大大促进钢筋阻锈剂在我国的应用，对提高我国钢筋混凝土建筑的耐久性是很有利的。 3．2 《钢筋阻锈剂使用技术规范》（YB/T9231-98）部分内容介绍 3．2．1 使用钢筋阻锈剂的环境和条件： ——海洋环境：海水侵蚀区、潮汐区、浪溅区及海洋大气区； ——使用海砂作为混凝土用砂，施工用水含氯盐超出标准要求； ——采用化冰（雪）盐的钢筋混凝土桥梁等； ——以氯盐腐蚀为主的工业与民用建筑； ——已有钢筋混凝土工程的修复； ——盐渍土、盐碱地工程； ——采用低碱度水泥或能降低混凝土碱度的掺合料； ——预埋件或钢制品在混凝土中需要加强防护的场合。 3．2．2 关于用量的规定： 钢筋混凝土的用量取决于设计寿命期内腐蚀介质进入混凝土中的量，在氯盐为主的情况下，阻锈剂掺量符合下列比例要求：对于粉剂型RI/CL—≥1.2，对于水剂型的比例为，RI/CL—≥3（均为重量比）。 对于在设计寿命期内进入混凝土中的介质量尚不明确时，可按照《规程》中的推荐用量表执行。以粉剂为例，可在5—15kg/m3范围内选择。 3．3 关于RI钢筋阻锈剂使用说明(RI-1C2 、RI-103C等) —— 一般采用干掺法，也可溶于拌合水中（包括部分不溶物）。一定要搅拌均匀，可适当延长搅拌时间。本品略有减水作用，可在保持原流动度的情况下适当减水。 ——本品适应于普硅水泥、矿渣水泥、粉煤灰及硅灰掺合料等，与常用减水剂有较好的相容性。 ——本品对引气剂有一定选择性，有的可能稍微降低或增加含气量，可选择引气剂品种或适当调整掺量解决。 ——本品有明显早强、促凝作用（特别是在25℃以上使用时），并有塌落度损失方面的影响，必要时需采取缓凝措施。许多工程应用中都能解决相关问题。 ——在与其他外加剂共用时，应先行掺加本品，待与水泥（混凝土）均匀混合后再加入其他外加剂。 ——采用本品的工程，必须事先做配比试验。 ——本品在高质量混凝土中才能更有效地发挥作用，必须遵守相关规范和设计规定，确保混凝土质量与密实性。

4、RI阻锈剂的典型工程应用事例 全国已经有上百个工程使用了RI钢筋阻锈剂，其中RI-1C2 主要用于氯盐环境，RI-103C主要用于工业建筑、盐碱地等。仅举以下典型事例： ——山东三山岛金矿工程：国家重点工程，始建于1985年，大量混凝土使用了RI阻锈剂。不仅解决了使用海砂、施工用水含盐超标等现实问题，而且在海洋环境中，使用RI钢筋阻锈剂确实起到了十分良好的防护作用（已经由17年的实际考验所证明）。本工程也是我国首次大量使用海砂的建筑群体，证明使用钢筋阻锈剂可以使海砂“变废为宝”，为海砂资源的开发利用提供了成功先例。 ——天津、青岛、上海、宁波、厦门、深圳、湛江等沿海城市和地区的海工、水工及使用海砂（如宁波）的民用建筑，都已经或正在使用钢筋阻锈剂。近期，广东佛山高速公路桥、粤海铁路枢纽立交桥桥梁、海南三亚等工程建设中，已经或正在使用RI-1C2型钢筋阻锈剂。 ——北京地区的桥梁建设（三环部分桥、四环众多桥），已经按设计要求，使用了RI-1C2型钢筋阻锈剂，以阻止或减缓化冰盐的腐蚀危害。正在建设中的五环、六环和北京外延的高速公路桥，也正在按设计要求使用钢筋阻锈剂。北京地区已经有上百座桥梁等使用了 ——南疆铁路跨越盐碱地的区段桥梁等，已经采用了钢筋阻锈剂。是铁路部门大量使用钢筋阻锈剂的典型工程之一。