钢筋混凝土桥梁耐久性的化学性影响因素

闫慧颖

钢筋混凝土构筑耐久性的化学性影响因素包括：混凝土的碳化、混凝土中的钢筋锈蚀和碱-骨料反应。

1.混凝土的碳化

目前碳化对混凝土的影响很严重，几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用生成碳酸钙和水，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种复杂的化学过程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏使用，其主要危害是由于混凝土碱性降低而使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜遭到破坏，使混凝土失去对钢筋表面的保护作用，使混凝土中钢筋产生锈蚀。同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。所以说，混凝土的碳化与混凝土结构的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构可靠度的重要指标。桥梁所处的工作环境是户外。当代由于工业化进程加快，CO2排放的增多，更加速了碳化，碳化不但会使桥梁、板和桥墩混凝土产生开裂，还能腐蚀其内部钢筋，碳化对钢筋混凝土桥梁耐久性的危害是巨大的。

由于碳化作用，使混凝土强度大幅下降。然而对于添加了活性矿渣和粉煤灰掺合料的混凝土，由于掺合料的密实填充效应，改善了混凝土的孔隙结构。提高了混凝土抗CO2的侵入能力。使混凝土抗碳化的能力增加。但过量添加掺合料会降低混凝土强度，反而对抗碳化不利。混凝土的碳化速度和碳化深度是衡量碳化的重要指标。一般而言，CO2含量越高，碳化速度就越快；温度越高，碳化速度越快；相对湿度90%以上碳化速度较慢，RH25%以下时，水分不足，碳化速度降低，RH50%—60%时碳化速度最快。并且水泥熟料越多，混凝土的碳化速度越慢。因此，在材料的选用上，集料要级配良好，掺入优质适宜的掺合料和外加剂并且严格控制水灰比和水的用量。

为了防范碳化的发生或加深，如果构筑物地处环境恶劣的地区，采取环氧基液涂层保护为宜；一般采用沥青涂料涂抹，效果较好。

2.桥梁混凝土中钢筋的锈蚀

钢筋腐蚀是影响桥梁混凝土耐久性的最主要因素之一。当有CL-时（如桥墩在海水中浸泡、混凝土中掺有氯盐、桥面撒盐除雪等），即使混凝土依然保持强碱性，钢筋仍会锈蚀。钢筋锈蚀之后，其锈蚀后的体积约变为原来的2-4倍。若钢筋腐蚀的体积膨胀的力量大于混凝土所能承受的拉应力时，混凝土将会产生张力裂缝，甚至导致混凝土局部保护层脱落。同时，钢筋的腐蚀会使混凝土对钢筋的握裹能力下降，引起结构承载能力下降。

2.1钢筋锈蚀的因素

（1）混凝土液相PH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小。当PH值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增加。

（2）混凝土中氯离子的含量。其对钢筋锈蚀影响极大，氯盐的掺量应小于水泥重量的1%。

（3）保护层的厚度及完整性。保护层的厚度愈厚，愈完整，钢筋越不易锈蚀。

（4）环境条件因素。可能会加速或延缓锈蚀速度。

2.2钢筋防锈措施

（1）加入减水剂，降低水灰比，提高混凝土密实度，减少微细孔隙。

（2）为了防止锈蚀提高液相PH值，但同时防止开裂，可适量加入活性矿物掺料（如粉煤灰或矿渣微粉）。

（3）钢筋表面加涂防锈涂料。

（4）增加保护层厚度。

（5）适量掺加钢筋阻锈剂。

3.碱-骨料反应

桥梁大体积混凝土与普通混凝土一样会发生碱-骨料反应。最常见的是水泥或水中的（碱分NA2O、K2O）和某些活性集料（如蛋白石、燧石、安山岩、方石英）中的SIO2起反应，在界面区生成碱的硅酸盐凝胶，使体积膨胀，使混凝土破坏、开裂。这种反应又名碱-硅酸反应。

由于碱-骨料反应发生普遍且尚未发现有限措施，且发生之后的处理难度很大。因此预防就显得特别重要。碱骨料发生须具备三个条件：碱活性骨料、碱和水。消除以上三要素中的任何一种，如使用非活性骨料、降低混凝土碱含量、使混凝土与水分隔绝，均可以达到预防的目的。因此目前防止措施主要有：控制混凝土碱含量；控制湿度和使用掺合料或化學外加剂。

3.1控制混凝土碱含量

主要是基于当混凝土碱含量低于一定值，通常认为3Kg/m3，混凝土孔溶液中钾、钠离子浓度低于临界值，碱-骨料反应难于发生或反映程度较轻，不足以使混凝土开裂破坏。预防发生碱-骨料反应破坏，使用碱含量低于0.6%的水泥以降低混凝土中的碱含量，并在一定程度上能缓解该问题。

3.2研究表明，降低相对湿度可以减少膨胀的发生

3.3使用矿物混合材料

在混凝土中掺加混合材料是抑制碱-骨料反应的重要途径，它不仅能够延缓或抑制碱-骨料反应，而且对混凝土的其它性能也有一定的改善作用，同时有利于节约资源、保护环境。硅灰、粉煤灰、矿渣是三种最常用的混合材料，此外，对抑制作用有益的掺和料还有：偏高岭土、硅藻土、沸石粉等。

目前在这些预防措施中最常用也是较方便的就是掺用外加剂来抑制。常用的化学外加剂有锂盐、钙盐等。锂盐最早被证实能有效抑制碱-骨料反应。与添加掺合料相比，这种方法不必改变施工条件，甚至可以改善混凝土的其它性能，在外加剂普遍使用的当代工程界容易被接受。 [科]