钢筋混凝土耐久性劣化模式及对策分析

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摘要：钢筋混凝土耐久性问题是近年来国内外研究的热点话题，主要集中在腐蚀机理、评价手段、防腐方法等几个方面。本文结合国内外关于混凝土耐久性设计资料，分析了混凝土结构腐蚀现状以及环境特点，提出根据钢筋混凝土结构部位不同、腐蚀机理不同的特点，应用基于耐久性劣化模式的防腐蚀措施。

关键词：耐久性；劣化模式；防腐蚀措施

混凝土结构的腐蚀问题属于耐久性问题的范畴，通常是指环境中某些物质对混凝土结构进行侵蚀，促使结构功能劣化的过程。对于水泥混凝土结构物来说，环境中的氧、氯盐、硫酸盐、镁盐，以及酸类物质都是腐蚀性物质，但是腐蚀方式互不相同，最终的腐蚀表现形式也互不一样。

一、影响混凝土耐久性的劣化模式

溶解氧腐蚀模式

1、碳化过程

通常情况下水泥混凝土具有保护钢筋不被腐蚀的能力，因为硬化的水泥混凝土是高碱性物质，PH值＞11.5，在这种环境下，钢筋表面存在一层稳定而致密的钝化膜。钝化膜对腐蚀性的介质具有有效的隔离作用，能使钢筋得到有效的保护。但是当外界因素使混凝土的PH值＜11.5时，钝化膜就开始不稳定，当PH值小于9.88时，钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜开始逐渐破坏即“脱钝”，致使铁基体裸露，从而逐渐失去对钢筋的保护作用。

碳化的过程就是空气中CO2溶解于水中后进入混凝土内部，消耗水泥水化产物Ca(OH)2生成碳酸钙的过程。由于Ca(OH)2的持续消耗，混凝土的PH值持续下降，到了一定的程度将引起钢筋的脱钝。

碳化的速度取决于混凝土结构保护层的厚度、混凝土的抗渗性、混凝土的含气量、空气湿度、二氧化碳浓度等多种因素。一般情况下，碳化的深度和时间的平方根成正比，当环境的湿度为50%左右时混凝土的炭化速度最快，混凝土自身的抗渗透性对炭化速度具有决定性的影响。

2、钢筋表面的电池反应过程

通常情况下，钢筋表面的电位是不均匀的，沿钢筋长度方向具有电势差。当保护层被完全碳化后，空气中的氧通过溶解渗透作用达到钢筋的铁基体表面将形成电化学作用，诱发钢筋锈蚀，造成破坏。这种破坏模式的反应式如下：

上式中氧化生成物Fe(OH)2的体积为原被腐蚀铁基体体积的两倍以上，生成后将对周围混凝土形成很大的膨胀力，即通常所说的钢筋锈胀作用。钢筋锈蚀通常从局部点蚀开始，数量逐步增多并扩展，最终形成大片钢筋锈蚀，钢筋保护层剥落。通常情况下当环境相对湿度处于70～80%时最利于电化学反应发生。

由于氯盐作用引起的钢筋锈蚀破坏模式

氯盐对钢筋的腐蚀作用在原理上和溶解氧腐蚀有共同之处，都由钢筋脱钝和电化学反应两个过程构成，但在作用的细节上却存在较大差异，主要表现为：1、Cl-加速了局部钢筋钝化膜的破坏速度；2、由于Cl-的参与加速了电池反应的速度。正是由于以上作用特点，在有Cl-存在的情况下，钢筋锈蚀的速度大大加快了，并且发生了更为不利的点蚀现象，严重削弱了钢筋的承载力和延性。所以氯盐腐蚀作用一旦发生，其危害程度远超过溶解氧引起的钢筋锈蚀作用。

Fe+O2+O2H→Ｆe2

由于Cl-离子来源广泛，以及其对钢筋造成的锈蚀影响的严重性，被工程界公认为导致混凝土破坏频率最高的因素。

硫酸盐腐蚀引起的混凝土破坏模式

硫酸盐腐蚀混凝土的过程比较复杂，但总体上看，主要由硫酸盐和Ca(OH)2反应生成石膏的过程以及石膏和水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙生成的过程两部分构成，其中又包含了许多次生的过程。

混凝土发生硫酸盐腐蚀破坏表现的特征为表面发白，损害从棱角处开始，随后裂缝开展并造成混凝土表面剥落，最终使混凝土成为一种易碎，甚至松散的状态。硫酸盐腐蚀的速度随其溶液的浓度增大而加快。如果混凝土处于干湿循环的状态，将有利于生成物的溶出和反应物的渗入，配合以干缩湿胀的作用，将加剧硫酸盐腐蚀。

冻融和盐冻作用破坏模式

冻融破坏型式是受潮混凝土在负温条件下，由于水分结冰--融化反复作用造成的混凝土的破坏型式。混凝土受冻破坏的原理是水分结冰膨胀和相伴的由于水分迁移形成的渗透压作用。当水分中含有盐份时，这种破坏作用会显著加剧。

盐冻作用是指在负温条件下盐水对混凝土的冻融破坏作用。通常情况下，氯盐对混凝土结构的腐蚀主要是通过腐蚀混凝土中的钢筋形成的，但盐冻作用是氯盐对混凝土本体形成的腐蚀作用。

碱骨料反应破坏模式

碱骨料反应是混凝土原材料携带的可熔性碱在有水的作用下和骨料中含有的碱活性物质发生的反应。这种反应会在骨料界面，有时也可能在裂隙内，生成可吸水肿胀的凝胶或体积膨胀的晶体，使混凝土发生膨胀开裂。

一般把碱骨料反应分为两类：一类是碱-硅酸反应，是指碱和骨料中的活性SiO2发生反应，生成碱硅凝胶，吸水肿胀导致混凝土膨胀或开裂。另一类是碱-碳酸盐反应，是指碱与骨料中的微晶白云石反应生成水镁石和方解石晶体，使骨料膨胀，进而使混凝土膨胀开裂。

 

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