提高混凝土耐久性其防腐措施探讨

　　如何提高混凝土的耐久性及其防腐措施的探讨

　　概要：耐久性是混凝土结构的重要指标之一，混凝土的耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力，关系着结构物的使用寿命。文章分析了混凝土结构的耐久性问题，了造成耐久性失效的原因，并针对耐久性问题提出了相关的防腐建议。

　　我国混凝土结构耐久性问题不容忽视。我国人口众多，过去为及时解决居住需要和促进工业生产，建造过不少质量不高的民用房屋和工业厂房。结构设计虽然采用可靠度理论计算，实质上仅能满足安全可靠指标的要求，而对耐久性要求考虑不足，且由于忽视维修保养，现有建筑物老化现象相当严重。截至20世纪末，有近23.41亿平方米的建筑物进入老龄期，处于提前退役的局面。20世纪50年代不少在混凝土中采用掺入抓化钙快速施工的建筑，损坏更为严重。近几年房屋开发中反映出的质量问题也很突出，不少新建好的商品房，未使用几年就需要修复，造成极大浪费。

　　我国是一个发展中的大国，正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设，而我国财力有限，能源短缺，资源并不丰富，因此科学合理的设计，优质的施工质量来提高混凝土结构耐久性及防腐性，延长结构使用寿命是摆在我们面前的一个很重要的课题和任务。

　　一、混凝土工程中的耐久性问题

　　强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标，因以往工程中习惯上只重视混凝土的强度，或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力，关系到结构物的使用寿命，随着结构物老化和环境污染的加重，混凝土耐久性问题已引起了各主管部门和广大设计、施工部门的重视。

　　二、混凝土结构耐久性问题的分析

　　混凝土耐久性问题，是指结构在所使用的环境下，由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变，最终使混凝土丧失使用能力，即所谓的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗冻失效，碱-集料反应失效，化学腐蚀失效，钢筋锈蚀造成结构破坏等。下面作具体分析：

　　（一）混凝土的冻融破坏

　　结构处于冰点以下环境时，部分混凝土内孔隙中的水将结冰，产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，形成各种压力，当压力达到一定程度时，导致混凝土的破坏。混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落，严重时可以露出石子。混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关。孔越少越小，破坏作用越小，封闭气泡越多，抗冻性越好。影响混凝土抗冻性的因素，除了孔结构和含气量外，还包括：混凝土的饱和度，水灰比，混凝土的龄期，集料的孔隙率及其间的含水率等。

　　（二）混凝土的碱-集料反应

　　混凝土的碱-集料反应，是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应，引起混凝土的膨胀，开裂，甚至破坏。因反应的因素在混凝土内部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隐患。许多国家因碱-集料反应不得不拆除大坝，桥梁，海堤和学校，造成巨大损失，国内工程中也有碱-集料反应损害的类似报道，一些立交桥、铁道轨枕等发生不同程度的膨胀破坏。混凝土碱-集料反应需具备三个条件，即有相当数量的碱、相应的活性集料及水分。反应通常有三种类型：碱-硅酸反应，碱-碳酸盐反应，慢膨胀型碱-硅酸盐反应，避免碱-集料反应的方法可采用：尽量避免采用活性集料；限制混凝土的碱含量；掺用混合材。

　　（三）化学侵蚀

　　当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理与物化变化，而逐步受到侵蚀，严重的使水泥石强度降低，以至破坏。常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀，一般酸性水腐蚀，碳酸腐蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷，会溶解水泥石中的组分，使水泥石孔隙增加，密实度降低，从而进一步造成对水泥石的破坏；研究表明，当水泥石中的氧化钙溶出5%时，强度下降7%,当溶出24%时，强度下降29%,因此，淡水冲刷会对水工建筑有一定影响；而当水中溶有一些酸类时，水泥石就受到溶淅和化学溶解双重作用，腐蚀明显加速，这类侵蚀常发生在化工厂；碳酸对混凝土的影响主要为：在溶淅水泥石的同时，破坏混凝土内的碱环境，降低水泥水化产物的稳定性，影响水泥石的致密度，造成对混凝土的侵蚀；硫酸盐的腐蚀则表现为so42-离子深入混凝土内与水泥组分反应，生成物体积膨胀开裂造成损坏；海水中由于存在多种离子，侵蚀形式较为复杂，但主要是由于镁盐使硬化水泥石的结构组分分解，同时硫酸盐作用会造成对水泥石的损坏，而氧化镁沉淀会堵塞混凝土孔隙，会使海水侵蚀有所缓和。

　　（四）钢筋的锈蚀

　　钢筋的锈蚀，其一表现为钢筋在外部介质作用下发生电化反应，逐步生成氢氧化铁等铁锈，其体积比原金属增大2~4倍，造成混凝土顺筋裂缝，从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。氢氧化铁在强碱溶液中会形成稳定的保护层，阻止钢筋的锈蚀，但碱环境被破坏或减弱，则会造成钢筋的锈蚀，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，主要是混凝土的密实度即抗渗性不足，酸性气体（如co2,so2,h2s,hcl,no2）渗入混凝土内与氢氧化钙作用；其二，氯离子对钢筋表面钝化膜有特殊的破坏作用，当混凝土中氯含量超过标准时，钢筋会锈蚀，而水和氧的存在是钢筋被腐蚀的必要条件，因此，若混凝土开裂，造成水和氧的通道，则钢筋锈蚀加速，促成混凝土裂缝进一步开展，混凝土保护层剥落，最终使构件失去承载力。

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篇2：钢筋混凝土结构物防腐技术

　　浅谈钢筋混凝土结构物的防腐技术

　　1、钢筋在氯盐环境中的防腐技术与预防措施

　　1.1防腐技术

　　研究防腐技术的目的，在于使结构物从投入使用，到内部的钢筋开始锈蚀的时间尽可能的接近设计寿命。要想完全避免Cl－的腐蚀，最理想的方法就是从根本上 保证混凝土与氯盐环境隔绝，事实上这是不可能的。重要的是如何有效地控制氯盐的总量，使之限定在规定的范围之内。依据钢筋在氯盐环境中的电化学行为的研究 结果和腐蚀机理，认为凡是能够有效的阻止混凝土PH值下降、保证钢筋界面上的钝化膜不活化、维持界面双电层的电位恒定、避免钢筋表面去极化的发生，就能够 有效地控制腐蚀的发生，也即防腐技术。本文就防腐技术归纳如下：

　　（1）混凝土中Cl－总量限定值

　　所谓“限定值”是指混凝土 中所允许的最大值。研究表明，Cl－的总量限定值应小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合为0.55kg／m3，该值相当于美国（ACI）的 限定值，比日本土木学会的规范值低8％，研究结果与美、日发达国家规范值基本上是一致的。此外Cl－的总量还直接影响着其在混凝土中的扩散速率，扩散过程 可用下列方程描述：

　　（2）可利用正态分布求出。这样，利用扩散方程可以将Cl－扩散与使用年限建立起关系，进而据此进行混凝土耐久性设计或检验评估，同时也确定了扩散速率与Cl－浓度的关系。

　　（3）限定钢筋界面的电流密度和酸碱度

　　限定钢筋界面的电流密度是保证电位恒定的基本指标，即钢筋界面保护膜钝化状态向活化状态转化的临界值。该临界值不小于10A／cm2.而强碱性则是钢筋界面保护膜的最佳环境条件，酸碱度的最佳值不小于11.5.

　　（4）限定混凝土裂缝宽度和水胶比

　　混凝土裂缝使腐蚀介质通过混凝土保护层，进入到钢筋表面。必须对混凝土保护层裂缝的宽度加以限制，对高性能混凝土裂缝的限定值为0.2mm.对普通混凝 土该值要适当减小。而对混凝土本身要减小Cl－的扩散速度，必须减小混凝土的渗透性，控制混凝土渗透性最有效的方法是控制其水胶比，一般限制在 0.35～0.45.

　　1.2预防措施

　　（1）严把检测关、增厚保护层

　　建议质检部门把“新拌砂浆法”和“硬拌砂 浆法”作为工程质检的必测过程。使原材料中所含氯盐总量控制在限定值之内。而仅仅靠自身带入的氯离子不足以造成钢筋的锈蚀。在此基础上适当提高保护层的厚 度。大量工程实践和试验表明，处于氯盐环境中的混凝土表面12mm深度内的氯离子浓度远远高于25～50mm深度范围。因此在氯盐环境中的工程，混凝土保 护层的厚度应不小于38mm，最好是不小于50mm，考虑到施工偏差，设计保护层厚度应选择65mm.

　　（2）优选原材料和阻锈剂

　　在选择水泥时尽量选择矿渣、火山灰、粉煤灰水泥。这些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能够预防氯盐对水泥石的溶解和溶出，并防止氯盐与水泥石发生 碱集料反应，生成低强度、低胶结力的膨胀盐，以及由此产生的混凝土松散、露骨和脱落。粗骨料应尽量选择高碱性的碳酸岩碎石，它一方面能与水泥有高强度的胶 结力，另一方面能形成高碱性的环境，使钢筋界面的钝化膜长期处于钝化态。细骨料要尽量采用河砂以防止海砂带入氯盐。在此基础上优选适合于工程特点的钢筋阻 锈剂，建议使用NaNO2复合型阻锈剂，这种碱性阻锈剂在碱性环境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－离子对钢筋的腐蚀。

　　（3）采用三组分胶结材料及涂层

　　降低腐蚀介质在混凝土中的渗透性，是防止Cl－进入钢筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中掺加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨细矿渣。水 泥、微硅粉、粉煤灰称为三组分胶结材料。三组分材料制成的混凝土，具有极低的渗透性并具有很高的抗Cl－渗透能力，同时具有低热、经济等优点。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总碱量，从而避免碱集料反应发生。此外混凝土表面涂层是防止钢筋锈蚀的第一道防线。混凝土表 面的涂层能在一定时期内有效防止腐蚀介质浸入，但因其使用寿命的限制，而不能广泛使用。目前与混凝土寿命匹配的水泥基聚合物涂层、砂浆层成为混凝土表面保 护层的首选。

　　（4）禁止使用含氯盐的融雪、化冰剂

　　对于已成型的结构物而言最重要的是禁止在结构物表面直接接触氯盐。我国长 江以北地区喷洒氯盐融雪化冰的势头有增无减，因此有必要建立一套关于融雪化冰剂的检测规程和技术标准，授权于相关质检部门对市场上的所有融雪剂进行强制性 检查，合格者进入市场，CI－超标者禁止进入市场。

　　2、结语

　　（1）混凝土中的钢筋锈蚀已构成影响钢筋混凝土结构物耐久性的最主要原因，给世界各国造成了巨大损失。必须认识到防腐技术和预防措施的紧迫性。

　　（2）以氯盐作为融雪、破冰剂的屡禁不止，是导致结构物过早破坏的直接原因。有关部门必须把预防钢筋锈蚀的具体措施落实到实处。如能将钢筋锈蚀快速试验方法应用到每一个工程施工的全过程，将给防腐技术带来一次革命，必将带来巨大而又长远的经济效益。