钢筋锈蚀与混凝土紻构的耐久性

腾旭东

（七煤集团公司土建工程处，黑龙江，七台河，154600）

钢筋锈蚀与混凝土紻构的耐久性

腾旭东

（七煤集团公司土建工程处，黑龙江，七台河，154600）

耐久性是近来受到广泛关注的问题，虽然耐久性的研究还有很长一段路要走，但随着研究的进一步深入，耐久性的机理，表示方法，检测手段以及修补措施等必将得到完善和发展。

碳化；氯化物；去钝化；耐久性

作为主要建筑材料的钢筋混凝土和预应力混凝土，已广泛应用于各种建筑工程中，然而近年来由于混凝土的碳化，特别是化合物污染结构混凝土引起钢筋锈蚀、混凝土的顺筋胀裂、层裂和剥落破坏，已成为威胁我国乃至世界各国混凝土结构耐久性的主要灾害。在 1991年召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上Mehta教授在所作的题为《混凝土的耐久性——五十年进展》报告中指出：‚当今世界，混凝土结构破坏原因中按重要排序为：钢筋锈蚀，寒冷气候下的冻害，侵蚀环境中的物理化学作用。‛钢筋锈蚀一方面减少钢筋的截面积，另一方面使混凝土保护层胀裂剥落。前者可近似线性地降低构件的承载力，显著降低构件的延性韧性和和疲劳性能，特别对于预应力构件，一旦有了初始腐蚀迹象，则会在局部腐蚀破坏处丧失了剩余承载力，常常会在无任何前兆的前提下忽然崩塌。而混凝土保护层胀裂、剥落会发生钢筋混凝土之间粘结破坏，由此产生的顺筋裂缝会导致钢筋从混凝土中的拨出破坏。可见钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性的头号杀手。

一、钢筋锈蚀的产生是个电化学过程，而这一过程的前提是钢筋表面的钝化膜的破坏，即去钝化。

一般情况下混凝土固有的碱性使得钢筋表面的钝化膜得以稳定存在。混凝土中钢筋钝化膜的破坏机理有二种：一种是混凝土的碳化，另一种是氯化物的侵入。

1、混凝土的碳化与钢筋去钝化

空气中的二氧化碳气体不断地透过未完全水化的粗毛细孔道进入，扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液中的氢氧化钙进行中和反应：Ca(OH)2+CO2‱CaCO3+H2O

随着反应的进行，根据化学反应平衡原理：毛细孔周围水泥石中的钙石补充为Ca2+和(OH)，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，直到该层孔隙液中不再发生中和反应为止，此时PH值已有很大下降。该层混凝土表面碳化后，大气中 CO2继续沿混凝土深处气相扩散，进行更深入的碳化反应，当混凝土碳化深度到达钢筋表面时，钢筋钝化膜就遭到破坏。碳化深度与时间的关系可以表示为以下关系式：

K是碳化系数，主要取决混凝土的渗透和环境条件。而混凝土的渗透性取决于水泥种类，水灰比，浇筑和养护质量等。环境条件包括温度，湿度和CO2浓度。最合适混凝土碳化的相对湿度为50%—75%，当湿度相同时，风速越高，温度越高，混凝土碳化也越快。

对于正常制备的混凝土，一般每年碳化深度小于1 mm，因此混凝土碳化引起钢筋腐蚀破坏问题大多数是由于混凝土质量低劣，混凝土不密实或保护层厚度不够造成的。与混凝土碳化引起的钢筋锈蚀破坏相比，氯化物侵入引起的腐蚀破坏尤为严重。试验表明：同是 C45等级的混凝土，如果去钝化时间为50年，则在一般环境下，混凝土的最小保护层厚度只是10 mm，而在含氯化物环境中，却至少要70mm。

2、氯化物与钢筋去钝化

氯离子是极强的阳极活化剂。在水泥的浸出液中，即使PH值还很高，只要4—6mg／L，浓度的CIL－，就足以使钢筋去钝化。关于去钝化机理，有人认为氯离子易渗入钝化膜(氧化膜理论)，有人认为迁移较慢的氯离子优先于氧和氢氧根离子吸附(吸附理论)。后者的反应式：

Fe2+2CL－+H2O—Fe CL24H2O

Fe CL24H2O—Fe(OH)2+2CL－+2H++ H2O

这种观点认为：CL－与(OH)－争夺腐蚀产生的Fe2+形成易溶的Fe CL24H2O，俗称绿锈。绿锈从钢筋阳极区向含氧量高的孔隙液中迁移，分解为Fe(OH)2，Fe(OH)2沉积于阳极区周围，同时放出H+和CL－，它又回到阳极区，又更带出许多的Fe2+，可见CL－在钢筋腐蚀破坏中起催化作用。

氯化物的来源主要有以下三方面：(1)拌制混凝土用的原材料；(2)海水暴露；(3)除冰盐。近年来商品混凝土及高性能混凝土的推广，外加剂得到了广泛应用，但同时也导致了氯化物这一对耐久性危害极大的成分的引入。另一方面除冰盐的使用对耐久的影响亦不容忽视。在干湿交替下，氯化物被带人混凝土内部，使得混凝土孔隙液中的氯离子浓度增高。

二、提高耐久性的措施

混凝土中钢筋腐蚀过程要分为二个阶段：预备阶段和发展阶段。预备阶段指从混凝土浇筑到钢筋开始锈蚀，以t1表示；第二阶段是从第一阶段末到结构产生劈裂破坏，以t2表示。一般地t1＞t2所以提高耐久性的重点是设法延长第二阶段的时间。

提高耐久性的措施主要有两方面：一方面限制裂缝的开展。利用钢筋约束区的概念，通过合理的配筋来使钢筋筋处的裂缝在控制范围内。另一方面是提高混凝土的密实度和适当增加混凝土保护层厚度。这对减缓混凝土的碳化和氯化物的侵入有重要作用。虽然在短期看来裂缝表面处钢筋锈蚀严重，但在侵蚀介质长期作用下，混凝土结构的耐久性取决于混凝土的密实度和保护层厚度。特别是在裂缝较小时，后者更是起主导作用。因此提高混凝土密实度和保护层厚度是提高耐久性的根本途径。近年来逐渐被采用的双掺法高性能砼技术可有效提高混凝土的密实度，弥补普硅水泥混凝土由于多孔而带来的强度低、耐久性差的缺点，充分利用高效减速水剂的‚减水‛效应和掺合料的‚增浆‛、‚微集料‛和‚活性效应‛来提高混凝土的密实度，以此为提高强度和耐久性。

耐久性是近来受到广泛关注的问题，虽然耐久性的研究还有很长一段路要走，但随着研究的进一步深入，耐久性的机理，表示方法，检测手段以及修补措施等必将得到完善和发展。

TU984

A

1674-3954（2011）02-0145-01