如何提高混凝土的耐久性及其防腐措施的探討

　　概要：耐久性是混凝土結構的重要指標之一，混凝土的耐久性是使用期內結構保證正常功能的能力，關系著結構物的使用壽命。文章分析了混凝土結構的耐久性問題，了造成耐久性失效的原因，并針對耐久性問題提出了相關的防腐建議。

　　我國混凝土結構耐久性問題不容忽視。我國人口眾多，過去為及時解決居住需要和促進工業生產，建造過不少質量不高的民用房屋和工業廠房。結構設計雖然采用可靠度理論計算，實質上僅能滿足安全可靠指標的要求，而對耐久性要求考慮不足，且由于忽視維修保養，現有建筑物老化現象相當嚴重。截至20世紀末，有近23.41億平方米的建筑物進入老齡期，處于提前退役的局面。20世紀50年代不少在混凝土中采用摻入抓化鈣快速施工的建筑，損壞更為嚴重。近幾年房屋開發中反映出的質量問題也很突出，不少新建好的商品房，未使用幾年就需要修復，造成極大浪費。

　　我國是一個發展中的大國，正在從事著為世界所矚目的大規?；窘ㄔO，而我國財力有限，能源短缺，資源并不豐富，因此科學合理的設計，優質的施工質量來提高混凝土結構耐久性及防腐性，延長結構使用壽命是擺在我們面前的一個很重要的課題和任務。

　　一、混凝土工程中的耐久性問題

　　強度和耐久性是混凝土結構的兩個重要指標，因以往工程中習慣上只重視混凝土的強度，或片面追求高強度而忽視混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯允鞘褂闷趦冉Y構保證正常功能的能力，關系到結構物的使用壽命，隨著結構物老化和環境污染的加重，混凝土耐久性問題已引起了各主管部門和廣大設計、施工部門的重視。

　　二、混凝土結構耐久性問題的分析

　　混凝土耐久性問題，是指結構在所使用的環境下，由于內部原因或外部原因引起結構的長期演變，最終使混凝土喪失使用能力，即所謂的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗凍失效，堿-集料反應失效，化學腐蝕失效，鋼筋銹蝕造成結構破壞等。下面作具體分析：

　　（一）混凝土的凍融破壞

　　結構處于冰點以下環境時，部分混凝土內孔隙中的水將結冰，產生體積膨脹，過冷的水發生遷移，形成各種壓力，當壓力達到一定程度時，導致混凝土的破壞?；炷涟l生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落，嚴重時可以露出石子?；炷恋目箖鲂阅芘c混凝土內部的孔結構和氣泡含量多少密切相關?？自缴僭叫?，破壞作用越小，封閉氣泡越多，抗凍性越好。影響混凝土抗凍性的因素，除了孔結構和含氣量外，還包括：混凝土的飽和度，水灰比，混凝土的齡期，集料的孔隙率及其間的含水率等。

　　（二）混凝土的堿-集料反應

　　混凝土的堿-集料反應，是指混凝土中的堿與集料中活性組分發生的化學反應，引起混凝土的膨脹，開裂，甚至破壞。因反應的因素在混凝土內部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隱患。許多國家因堿-集料反應不得不拆除大壩，橋梁，海堤和學校，造成巨大損失，國內工程中也有堿-集料反應損害的類似報道，一些立交橋、鐵道軌枕等發生不同程度的膨脹破壞?；炷翂A-集料反應需具備三個條件，即有相當數量的堿、相應的活性集料及水分。反應通常有三種類型：堿-硅酸反應，堿-碳酸鹽反應，慢膨脹型堿-硅酸鹽反應，避免堿-集料反應的方法可采用：盡量避免采用活性集料；限制混凝土的堿含量；摻用混合材。

　?。ㄈ┗瘜W侵蝕

　　當混凝土結構處在有侵蝕性介質作用的環境時，會引起水泥石發生一系列化學、物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴重的使水泥石強度降低，以至破壞。常見的化學侵蝕可分為淡水腐蝕，一般酸性水腐蝕，碳酸腐蝕，硫酸鹽腐蝕，鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實度降低，從而進一步造成對水泥石的破壞；研究表明，當水泥石中的氧化鈣溶出5%時，強度下降7%,當溶出24%時，強度下降29%,因此，淡水沖刷會對水工建筑有一定影響；而當水中溶有一些酸類時，水泥石就受到溶淅和化學溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發生在化工廠；碳酸對混凝土的影響主要為：在溶淅水泥石的同時，破壞混凝土內的堿環境，降低水泥水化產物的穩定性，影響水泥石的致密度，造成對混凝土的侵蝕；硫酸鹽的腐蝕則表現為so42-離子深入混凝土內與水泥組分反應，生成物體積膨脹開裂造成損壞；海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結構組分分解，同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙，會使海水侵蝕有所緩和。

　　（四）鋼筋的銹蝕

　　鋼筋的銹蝕，其一表現為鋼筋在外部介質作用下發生電化反應，逐步生成氫氧化鐵等鐵銹，其體積比原金屬增大2~4倍，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質滲入鋼筋的通道，加快結構的損壞。氫氧化鐵在強堿溶液中會形成穩定的保護層，阻止鋼筋的銹蝕，但堿環境被破壞或減弱，則會造成鋼筋的銹蝕，如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因，主要是混凝土的密實度即抗滲性不足，酸性氣體（如co2,so2,h2s,hcl,no2）滲入混凝土內與氫氧化鈣作用；其二，氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用，當混凝土中氯含量超過標準時，鋼筋會銹蝕，而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件，因此，若混凝土開裂，造成水和氧的通道，則鋼筋銹蝕加速，促成混凝土裂縫進一步開展，混凝土保護層剝落，最終使構件失去承載力。

篇2：鋼筋混凝土結構物防腐技術

　　淺談鋼筋混凝土結構物的防腐技術

　　1、鋼筋在氯鹽環境中的防腐技術與預防措施

　　1.1防腐技術

　　研究防腐技術的目的，在于使結構物從投入使用，到內部的鋼筋開始銹蝕的時間盡可能的接近設計壽命。要想完全避免Cl－的腐蝕，最理想的方法就是從根本上 保證混凝土與氯鹽環境隔絕，事實上這是不可能的。重要的是如何有效地控制氯鹽的總量，使之限定在規定的范圍之內。依據鋼筋在氯鹽環境中的電化學行為的研究 結果和腐蝕機理，認為凡是能夠有效的阻止混凝土PH值下降、保證鋼筋界面上的鈍化膜不活化、維持界面雙電層的電位恒定、避免鋼筋表面去極化的發生，就能夠 有效地控制腐蝕的發生，也即防腐技術。本文就防腐技術歸納如下：

　?。?）混凝土中Cl－總量限定值

　　所謂“限定值”是指混凝土 中所允許的最大值。研究表明，Cl－的總量限定值應小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合為0.55kg／m3，該值相當于美國（ACI）的 限定值，比日本土木學會的規范值低8％，研究結果與美、日發達國家規范值基本上是一致的。此外Cl－的總量還直接影響著其在混凝土中的擴散速率，擴散過程 可用下列方程描述：

　?。?）可利用正態分布求出。這樣，利用擴散方程可以將Cl－擴散與使用年限建立起關系，進而據此進行混凝土耐久性設計或檢驗評估，同時也確定了擴散速率與Cl－濃度的關系。

　?。?）限定鋼筋界面的電流密度和酸堿度

　　限定鋼筋界面的電流密度是保證電位恒定的基本指標，即鋼筋界面保護膜鈍化狀態向活化狀態轉化的臨界值。該臨界值不小于10A／cm2.而強堿性則是鋼筋界面保護膜的最佳環境條件，酸堿度的最佳值不小于11.5.

　?。?）限定混凝土裂縫寬度和水膠比

　　混凝土裂縫使腐蝕介質通過混凝土保護層，進入到鋼筋表面。必須對混凝土保護層裂縫的寬度加以限制，對高性能混凝土裂縫的限定值為0.2mm.對普通混凝 土該值要適當減小。而對混凝土本身要減小Cl－的擴散速度，必須減小混凝土的滲透性，控制混凝土滲透性最有效的方法是控制其水膠比，一般限制在 0.35～0.45.

　　1.2預防措施

　?。?）嚴把檢測關、增厚保護層

　　建議質檢部門把“新拌砂漿法”和“硬拌砂 漿法”作為工程質檢的必測過程。使原材料中所含氯鹽總量控制在限定值之內。而僅僅靠自身帶入的氯離子不足以造成鋼筋的銹蝕。在此基礎上適當提高保護層的厚 度。大量工程實踐和試驗表明，處于氯鹽環境中的混凝土表面12mm深度內的氯離子濃度遠遠高于25～50mm深度范圍。因此在氯鹽環境中的工程，混凝土保 護層的厚度應不小于38mm，最好是不小于50mm，考慮到施工偏差，設計保護層厚度應選擇65mm.

　?。?）優選原材料和阻銹劑

　　在選擇水泥時盡量選擇礦渣、火山灰、粉煤灰水泥。這些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能夠預防氯鹽對水泥石的溶解和溶出，并防止氯鹽與水泥石發生 堿集料反應，生成低強度、低膠結力的膨脹鹽，以及由此產生的混凝土松散、露骨和脫落。粗骨料應盡量選擇高堿性的碳酸巖碎石，它一方面能與水泥有高強度的膠 結力，另一方面能形成高堿性的環境，使鋼筋界面的鈍化膜長期處于鈍化態。細骨料要盡量采用河砂以防止海砂帶入氯鹽。在此基礎上優選適合于工程特點的鋼筋阻 銹劑，建議使用NaNO2復合型阻銹劑，這種堿性阻銹劑在堿性環境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－離子對鋼筋的腐蝕。

　?。?）采用三組分膠結材料及涂層

　　降低腐蝕介質在混凝土中的滲透性，是防止Cl－進入鋼筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中摻加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨細礦渣。水 泥、微硅粉、粉煤灰稱為三組分膠結材料。三組分材料制成的混凝土，具有極低的滲透性并具有很高的抗Cl－滲透能力，同時具有低熱、經濟等優點。微硅粉可以 提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及總堿量，從而避免堿集料反應發生。此外混凝土表面涂層是防止鋼筋銹蝕的第一道防線?；炷帘?面的涂層能在一定時期內有效防止腐蝕介質浸入，但因其使用壽命的限制，而不能廣泛使用。目前與混凝土壽命匹配的水泥基聚合物涂層、砂漿層成為混凝土表面保 護層的首選。

　?。?）禁止使用含氯鹽的融雪、化冰劑

　　對于已成型的結構物而言最重要的是禁止在結構物表面直接接觸氯鹽。我國長 江以北地區噴灑氯鹽融雪化冰的勢頭有增無減，因此有必要建立一套關于融雪化冰劑的檢測規程和技術標準，授權于相關質檢部門對市場上的所有融雪劑進行強制性 檢查，合格者進入市場，CI－超標者禁止進入市場。

　　2、結語

　?。?）混凝土中的鋼筋銹蝕已構成影響鋼筋混凝土結構物耐久性的最主要原因，給世界各國造成了巨大損失。必須認識到防腐技術和預防措施的緊迫性。

　?。?）以氯鹽作為融雪、破冰劑的屢禁不止，是導致結構物過早破壞的直接原因。有關部門必須把預防鋼筋銹蝕的具體措施落實到實處。如能將鋼筋銹蝕快速試驗方法應用到每一個工程施工的全過程，將給防腐技術帶來一次革命，必將帶來巨大而又長遠的經濟效益。