有色冶金重工业厂房防腐现状及防治探讨

曹满堂厦门建弘装修工程有限公司（361000）



有色冶金重工业厂房防腐现状及防治探讨

曹满堂
厦门建弘装修工程有限公司（361000）

摘要：结合工作经验，通过有色冶金重工业厂房腐蚀原理说明，选取典型实例调查现状，分析说明为满足冶金工业厂房耐久性问题应采取的措施，为进行混凝土厂房耐久性设计、施工和鉴定维护提供借鉴。

关键词：工业厂房；混凝土结构；耐久性；腐蚀

笔者曾就职的公司是集采矿、选矿、冶炼、化工为一体的特大型企业。公司工业建筑物和构筑物主要是混凝土结构。由于冶金、化工等环境中的腐蚀性介质对混凝土和钢筋有严重的腐蚀作用，从而使厂房耐久性受到非常严重的破坏，每年改造维修的费用巨大。因此，研究具体情况下钢筋混凝土结构的破坏对耐久性设计、施工和维修加固具有现实的价值。这里通过腐蚀原理说明，选取典型实例调查现状，分析说明为满足冶金重工业厂房耐久性问题所必须采取的有效处理措施。

1　混凝土结构腐蚀原理与研究状况

目前，关于腐蚀比较广义确切的定义“腐蚀是某种物质由于环境的作用引起的破坏和变质”。由于材料长期暴露于各种环境。即便是施工质量完好的钢筋混凝土结构物，如长期处于腐蚀环境下工作，也会出现耐久性能逐步降低。

钢筋混凝土的腐蚀包括两个方面：混凝土的老化失效导致结构的破坏；混凝土的钢筋的腐蚀导致结构的破坏。

1.1混凝土的腐蚀

1）分解类腐蚀

水泥水化使得混凝土具有强碱性（pH值为12.6），其内部的钢筋处于钝化状态。但Ca（OH）2是不稳定的，易被酸性物质“中和”。另外它不断溶于软水中，在含氯离子的环境中，能加速混凝土的分解类腐蚀。

2）晶类腐蚀

物理结晶：可溶性盐如硫酸盐、镍盐、铜盐等随水或蒸汽深入到混凝土的宏观、微观的孔隙中，当水分蒸发后，接近饱和时产生结晶盐的析出，结晶盐产生很大的体积膨胀，使得混凝土疏松、粉化。特别在电解行业的密闭车间的干湿条件下，最容易发生此类结晶腐蚀。

化学结晶：主要是硫酸盐的腐蚀，在电解车间和化工车间最为普遍。该类盐与混凝土的水泥化产物起化学反应，生成体积更大的新结晶物，产生膨胀。典型的反应为：

酸化腐蚀：工业过程排放的SO2和进一步氧化成的SO3可使混凝土中性化和酸化。

SO2、SO3中和掉混凝土中的Ca（OH）2，使其内钢筋丧失碱性保护而发生腐蚀，这是与碳化作用原理相同的。但最大的不同在于它们还要持续起破坏作用：一方面SO2、SO3溶于水（或形成酸雨）所包含的SO2-3、SO2-4，可直接促进钢筋的电化学腐蚀过程（类似Cl的作用），另一方面，所生成的硫酸盐对混凝土进一步发生膨胀侵蚀作用：

故二氧化硫（SO2）等酸性气体对混凝土的危害，在一定条件下远大于碳化的作用。

1.2钢筋在混凝土中的腐蚀破坏机理

混凝土中钢筋的腐蚀主要是电化学过程，腐蚀的反应如下：

阳极反应：Fe→Fe2++2e-

外科护士VTE预防信念子问卷得分(41.49±6.12)分，基本同意及以上平均得分率为86.5%。各条目具体得分情况见表4。

阴极反应：1/2O2+H2O+2e-→2OH-

总反应：Fe+1/2O2+H2O→Fe2++2OH-→Fe（OH）2

Fe（OH）2+1/2H2O=1/4O2→Fe（OH）3（红锈）

3Fe+8OH-→Fe3O4+8e-+4H2O

一般来说，混凝土对埋置在其中的钢筋具有保护作用。但由于水泥的凝胶孔或砂石等骨料在水泥砂浆之间存在细小的裂缝，以及建造的缺陷等均导致外界侵蚀性物质的渗入，通过混凝土抵达钢筋的表面，引起钝化膜的破坏。

2　混凝土结构耐久性破坏的工程现状调查

2．1公司冶炼厂镍电解车间混凝土耐久性破坏

公司镍电解车间厂房已使用十余年。由于生产过程中有酸性液体和气体，厂房内温度、湿度都高，酸雾弥漫，在这种环境下，厂房屋盖结构系统的构件受到了不同程度的腐蚀。屋面板、天窗架及排架柱上部等多有纵向锈蚀裂缝产生，部分屋面板纵横肋混凝土保护层已局部或全部脱落，部分屋面板纵肋钢筋及支撑系统等锈蚀严重，局部截面损失大；各构件及其连接的安全可靠性均有不同程度降低。通过检测鉴定：电解厂房屋盖结构系统的可靠性已不能满足继续使用的要求。

公司冶炼厂铜电解厂房为钢筋混凝土框排架结构。该厂房建成投产以来，由于使用环境恶劣，结构长期受酸性烟气、蒸汽等干、湿介质腐蚀，各主要构件及支撑围护系统等均有不同程度损坏。因长期处于酸雾等介质在干湿循环下的腐蚀，导致墙体、柱子混凝土粉化、开裂、剥落。顶蓬、横梁和柱子等处可见绿色的镍盐结晶。地面陶砖有的已经完全脱离，有的已经破碎，如图1，图2。

图1　地面的腐蚀破碎

图2　电解槽表面的腐蚀

3　工业建筑混凝土结构防护措施

提高混凝土构筑物的抗腐蚀性和耐久性，一方面要选用优质材料，引入新型外加剂，确定水灰、灰砂等材料的适当配比。加强施工监督，提高施工水平，以改善混凝土本身的结构。另一方面是将混凝土构筑物与周围腐蚀介质隔离开来，以保护其不受侵蚀。

3.1改善混凝土本身的结构

针对不同环境选用不同水泥，如在酸性环境中选用耐酸水泥；增加水泥用量，控制水泥中C3A的含量，控制灰砂比（水泥与砂的重量比）。

引入外加剂掺入引气剂、膨胀剂、减水剂、防水剂、粉煤灰和矿渣等新型外加剂，可以显著改善混凝土的抗渗和耐久性。粉煤灰的火山灰活性反应改善了混凝土水泥石的结构，提高了混凝土的抗渗、耐蚀、抗碳化、抗溶析能力，有效抑制碱骨料反应。

3.2钢筋在氯盐环境中的防腐技术与预防措施

如要减轻氯盐的腐蚀，最重要的是有效地控制氯盐的总量，使之限定在规定的范围之内。但凡能有效地阻止混凝土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，即能够有效地控制腐蚀的发生。

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。应对混凝土保护层裂缝的宽度加以限制。对混凝土本身要减小氯盐的扩散速度，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。

3.3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状态。细骨料要尽量采用河砂以防止海砂带入氯盐。优选适合的钢筋阻锈剂，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。

3.4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。

另外，还有混凝土外涂层（普通水泥砂浆层、聚合物改性水泥砂浆层、渗透型涂层、混凝土表面涂层）、环氧树脂涂层钢筋、钢筋阻锈剂等方法。

4　结语

各种保护技术措施各具特点，也都有其局限性。由于混凝土结构的性能退化过程是一个极其复杂的过程，既取决于结构本身，也与结构所处环境有非常密切的关系。因此，并不存在一个恒定不变的耐久性评估准则，对不同类型的结构、不同的使用环境等应区别对待。更为合理的耐久性标准不应单纯从结构的安全性与适用性的角度出发，还应综合考量结构的经济效益和社会效益、结构耐久性破坏及功能丧失所造成的损失以及社会经济发展水平等因素。

参考文献：

［1］范颖芳.受腐蚀钢筋混凝土构件的力学性能研究［D］. 2002，4.

［2］李卫向，曹满堂.公司铜电解厂房可靠性鉴定报告［R］.

［3］闫忠强，陶向辉.公司腐蚀现状的调查报告［R］.