钢筋混凝土结构的腐蚀原因及防治措施
【摘要】本文详细阐述了钢筋混凝土的各种腐蚀原因和机理，并论述了耐腐蚀材料、涂料、阴极保护和电化学除氯等目前被认为有效的防治手段。对于正确分析各种环境下钢筋混凝土结构的腐蚀原因及使用正确适当的腐蚀控制措施，提高混凝土结构的寿命有着重要意义。
【关键词】钢筋混凝土；腐蚀；控制措施 1 引言
钢筋混凝土结构是土木工程中最常用的结构形式，由于腐蚀带来的各种问题也是工程中最为关注的问题之一。美国国家研究委员会的公路战略研究项目（shrp）对美国由于桥梁结构腐蚀破坏造成的损失进行了估算，金额超过200亿美元/年，并且以每年5亿美元的速度递增[1]。英国环保部门最近的一份报告估计，英国建筑工业的年成交额为500亿镑，而现在，因腐蚀破坏，钢筋混凝土结构年维修费已达55亿英镑(占11%)，已成为英国一个沉重的财政负担[2]。根据1994年对我国铁路桥梁检查情况的统计[3]，我国运营国有铁路有病害桥6137座，占桥梁总数的18.8%，其中由于腐蚀导致病害的混凝土桥梁为2675座。因此，了解钢筋混凝土结构的腐蚀机理和原因，做到有针对性的腐蚀防护，对于延长混凝土结构的耐久性，提高混凝土结构寿命而言，具有巨大的经济效益。 2 钢筋混凝土结构的腐蚀类型
钢筋混凝土结构的腐蚀根据环境和腐蚀对象的不同分为以下几种类型。 2.1 混凝土碳化
混凝土碳化是由于混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳和水发生反应降低了混凝土孔隙水溶液的ph值，由于混凝土中的水泥石水化物只能存在于高碱性溶液(ph值>12.5)中，当碳化反应发生后，水泥石水化物稳定存在的条件遭到破坏，水解形成的氢氧化硅、氢氧化铁和氢氧化钙等碱性氧化物都变成碳酸盐，使混凝土的孔隙率和渗透性发生改变，减少了水气的吸附。同时，ph值的降低导致钢筋发生钝化的碱性条件遭到破坏，钢筋处于活化状态，在水和氧的作用易发生锈蚀。混凝土碳化是大气环境混凝土腐蚀的一种最常见形式。由于碳化作用离不开水的作用，因此干燥环境下碳化作用较为缓慢，此外合理设置保护层厚度是避免混凝土碳化作用引起钢筋锈蚀的有效方法。 2.2 氯离子侵蚀
氯离子是极强的去钝化剂。当钢筋混凝土结构处于氯盐环境下，氯离子会通过液相扩散或毛细管结构深入混凝土中，游离的cl-与水形成盐酸，并与混凝土中的氢氧化钙发生反应，使水泥石水化产物发生分解，降低混凝土的密实性。当氯离子渗透至钢筋表面时，会对钢筋表面的钝化膜产生完全或部分的破坏，造成预埋钢筋的严重腐蚀和开裂。钢筋锈蚀的氧化物体积会膨胀4倍，会在混凝土内
部产生内应力，导致混凝土进一步开裂，使钢筋与混凝土的握裹力降低，而影响混凝土结构的承载力和使用寿命。海洋环境与除冰盐环境下的钢筋混凝土结构腐蚀多为这种情况。在有氯离子的情况下，混凝土的碳化作用远小于氯离子对钢筋的腐蚀速度，在多种腐蚀情况同时存在的情况下，氯离子对结构的危害最大。 2.3 冻融循环
区别于以上两种腐蚀类型，混凝土的冻融循环属于物理现象，混凝土冻融循环的发生主要原因是混凝土中存在孔隙和外界环境温度的循环变化。位于北方地区的海洋浪溅区和水位变动区的桥梁墩台表面的混凝土经常会发生这种腐蚀。在北方海洋环境下的秋冬季节，昼夜温差可达到10~20度左右。白天海水中的水汽通过毛细孔和微裂缝渗入混凝土并留在孔隙里，晚上留在混凝土孔隙中的水汽遇冷结冰，在毛细孔壁周围形成拉应力，此外由孔隙冰与过冷水的饱和蒸汽压差和盐分浓度差会引起的过冷水在混凝土毛细孔中的迁移而形成的渗透压力，膨胀压力和渗透压力都会损伤混凝土的内部微观结构，在冻融循环的反复作用下，混凝土内部的损伤逐步累积扩大，最终在疲劳作用下，造成了结构的破坏。 2.4 碱-集料反应
碱-集料反应是指混凝土原材料中的水泥、外加剂和水中的碱性物与集料中的活性成分发生反应，在混凝土浇筑成型后若干年逐渐反应，反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导
致混凝土失去使用功能。为了避免碱-集料反应的发生，降低混凝土拌合物水泥中的碱性成分是解决碱-集料反应最直接有效的措施。
由于钢筋混凝土组成材料之间的特性差异，导致混凝土产生腐蚀的原因较多，通常在某种环境下的混凝土腐蚀影响因素并不是单一的。例如在北方海洋性环境下，钢筋混凝土结构同时面临着冻融循环、碳化、碱-集料反应和氯离子侵蚀等危害，它们之间相互作用、相互影响加剧了钢筋混凝土的破坏。因此深刻理解混凝土各种类型的腐蚀机理，针对环境作出准确判断是做好腐蚀防护措施的第一步。
3 常见腐蚀控制措施
美国shrp指出恰当地运用多种腐蚀控制措施，可以将桥梁寿命延长几十年。目前工程常用的腐蚀控制措施包括以下几种。 3.1 耐腐蚀材料的使用
混凝土目前最常用的防腐蚀材料是高性能混凝土。从上述分析来看，混凝土腐蚀因素大部分都与混凝土的渗透有关。高性能混凝土中掺加的矿物质组分微硅粉能有效减小混凝土中的孔隙尺寸和阻断毛细孔，使氯离子在混凝土中的渗透率显著降低，并且显著减少冻融循环对混凝土的危害。 3.2 防腐涂料的使用
防腐涂料的作用是形成屏蔽阻隔层，隔绝离子通路，阻止腐蚀反
