混凝土腐蚀的鱼骨图分析

姜硕 田美灵

[摘要]混凝土腐蚀问题一向为学界关注的重点，其原因复杂，相互耦合因素众多。从鱼骨图分析入手，逐条分析出造成混凝土腐蚀原因及其主次关系和相互作用的影响过程。在鱼骨图基础上，最终找出影响混凝土腐蚀的众多影响因素。

[关键词]港口；混凝土腐蚀；鱼骨图；原因分析

[中图分类号]TU37 [文献标识码]A

我国地域辽阔，处于农村地区的众多混凝土在经年累月的腐蚀环境下，经常处于耐久性失效的状况。对混凝土造成腐蚀的影响因素众多，目前围绕其耐久性，主要集中在氯离子，硫酸盐，碱-基骨料反应，冻融循环以及钢筋锈蚀等几个方面。其中又受到温度，湿度，风力大小等多种因素的复合叠加影响。本文将结合鱼骨图这一工具，对造成混凝土腐蚀的众多原因进行分析，找出其中不同影响因素的重要程度及相互影响的关系及作用。

1 鱼骨图分析法

鱼骨图由日本管理大师石川馨发明，又名石川图。是一种发现问题“根本原因”的方法，它也可以称之为“因果图”。简捷实用，深入直观。它将问题或缺陷（即后果）标在“鱼头”外，在鱼骨上长出鱼刺，按出现机会多寡列出产生问题的可能原因，层层分析不同原因对结果影响的主次关系，同时也说明了各个原因之间是如何相互影响的。

混凝土腐蚀中运用鱼骨图法，利用其分析腐蚀中的各种影响因素和条件，按以下步骤：①第一步找出鱼头，即明确研究对象，港口混凝土腐蚀的各关联因素；②画出鱼的主干；③列出各相关联因素，作为主要关联因素指向鱼的主骨，即所谓主干，搜索中国知网以及各种资料，分析出氯离子侵蝕、酸性液体、混凝土自身、外部条件等关联因素；④对次要相关联因素进行分析。确定主因素的基本框架后，将次要因素指向主骨，即是所谓的中骨。⑤利用xmind软件绘制鱼骨图。

2 绘制鱼骨图

利用xmind软件绘制鱼骨图如图1所示。

3 混凝土腐蚀相关因素分析

3.1 氯离子侵蚀

混凝土腐蚀的众多影响因素中，氯离子的腐蚀一直是其中的影响因素，盐分含量较高地区，在混凝土耐久性检测中，关于氯离子扩散系数的检测也一直是其中重要的检测指标。针对氯离子侵蚀，分析影响其侵蚀的各个影响因素，可以针对性地采取防护措施，延长设施的使用年限。

混凝土内埋藏着钢筋，由于在混凝土在进行水化反应时，形成了氢氧化钙等碱性物质，钢筋表面被氧化，形成了一层薄而致密的钝化膜，混凝土内钢筋在钝化膜的保护下，能隔绝水和空气的侵入。因此，即便在酸性环境下，混凝土内钢筋也不易发生腐蚀。但是，若钢筋表面的氯离子浓度达到了临界值，钢筋表面的钝化膜会因为电化学反应而破坏，从而直接腐蚀钢筋。

钢筋受腐蚀时，表面发生电化学反应生成Fe2+，Fe2+在混凝土内部反应时和OH-反应生成Fe（OH）2。Fe（OH）2不稳定，和氧气反应又进一步生成四氧化三铁，在此过程中，氯离子虽然参与反应，但本身并不被消耗，只是起到了催化剂的作用，由于氯离子的催化作用，使得反应能够周而复始地循环进行，从而加速了反应的进行。具体电化学反应式如下：

在腐蚀电池的运行过程中，离子所构成的通路是必备的条件之一。混凝土中的氯离子能够有效减小腐蚀电池间的电阻，对离子电路进行强化，从而大大提高了腐蚀效率，加快了腐蚀电池对混凝土的腐蚀速度。

氯离子不仅在对钢筋的腐蚀中起着重要作用，其本身也可以与混凝土中的铝酸三钙反应生成结合氯离子而影响混凝土中自由氯离子浓度，其反应产物为Friedel盐，但Friedel盐本身为化学结合的氯离子，并不稳定，在某些情况下能释出氯离子，改变混凝土内自由氯离子浓度，影响钢筋腐蚀的临界浓度值，从而影响混凝土的腐蚀状况。

3.2 混凝土自身

混凝土自身组分材料的不同也能对混凝土腐蚀产生一定影响。

不同的掺和料会对混凝土的耐久性产生不同程度的影响。例如掺入硅灰的混凝土水泥浆中会相应减少毛细孔，在28天龄期时超过0.1微米的大孔会趋近于没有，比之于不掺硅灰的混凝土，其水泥浆中会有0.225mL/g的大孔。相应的防渗标号亦会有所提高。

混凝土内PH值对混凝土腐蚀的影响，主要在于其对钢筋钝化膜的形成与破坏。研究表明，钝化膜在PH值为9.8时逐渐形成，及至PH升高至11.5以上时，钝化膜完全形成。与之相对，钝化膜在PH值小于11.5时不再稳定，完全破坏时的PH值为9～10，此时钢筋脱钝，很有可能发生锈蚀破坏。PH值的下降主要与碳化反应于硫酸盐的侵蚀有关，因为空气中的二氧化碳会与氢氧化钙反应：

混凝土保护层是指混凝土钢筋结构最外层的外缘至混凝土表面的部分。其厚度对于混凝土抗腐蚀的能力有着重要影响。它能有效隔绝外部因素对混凝土及钢筋的不良影响。有研究显示，混凝土保护层越厚，外部侵入混凝土内部的不良离子等有害物质就越少。但如果保护层过厚又会降低混凝土的抗弯和抗冲切能力。因此，关于保护层的厚度并非越厚越好，而应该取一个合适值。目前的国家规范针对不同的混凝土情况对保护层厚度都做了具体要求。

3.3 外部条件

众所周知，化学反应中温度通常会影响化学反应的速率。温度升高，化学反应速率会加快。在混凝土的腐蚀中，温度同样深入地影响着其他腐蚀因素的速率快慢。当温度增加时，电阻率会相应减小，孔隙液中的氧气会逸出，孔隙溶液的PH值也会相应改变，同时也改变了自由氯离子的含量和化学反应速率，这又导致了混凝土腐蚀和钢筋锈蚀的快慢程度相应改变。有研究表明，混凝土碳化及氯离子的腐蚀能力在温度仅仅提高10度时上升了0.45倍和2.19倍。

环境中所含水分，即湿度，会直接影响混凝土内孔隙水的饱和度。混凝土所构成腐蚀电池的电化学反应需要水的参与。若水分充足，则阴极反应能较为顺畅地进行。同时，水分的存在使得混凝土导电性提高，降低了混凝土的电阻率。增大了腐蚀速度。若环境条件较位干燥，则因为缺乏阴极反应所必需的条件，导致反应无法继续进行。但是，当混凝土内孔隙水饱和度大到一定程度乃至全饱和时，会挤出氧气所占体积，使氧气含量减少，导致反应所需条件不足，降低了腐蚀反应的速度。同样的研究表明，混凝土碳化及氯离子的腐蚀能力在湿度提高10%时上升了1.58和1.16倍。

混凝土中钢筋锈蚀的阴极反应需要氧气的参与，氧气浓度自然成为影响混凝土腐蚀的重要影响因素之一。混凝土在发生钢筋腐蚀时需要充分接触氧气，相比与无法接触到氧气的混凝土部分而言，氧气浓度高的区域腐蚀程度更深，腐蚀速度更快。正是因为其能充分接触氧气，而无法接触氧气的混凝土部分，虽然有构成腐蚀电池的水和氯离子等各项条件，但因为缺乏氧气，自然难以发生腐蚀反应。

3.4 酸性液体

当混凝土受到污染时，污水中含有许多氢离子，此时污水呈现酸性，由于氢离子的存在，污水的游离离子会使得污水导电性增强，使得电化学反应速率大大加快，从而使得混凝土受腐蚀的程度进一步加深。具体化学反应式如下：

污染水体中的硫酸盐本身亦能对混凝土构成腐蚀，例如污染水体中的重金属盐类可以与铁单质构成电化学腐蚀电池，从而不断加深化学腐蚀的速度和深度。此时，铁被氧化成二价铁离子，铜被还原成单质：

此外硫酸盐能和混凝土中水化反应的产物发生化学反应，产生钙钒石，石膏等产物，这些产物自身体积会增大，从而使得混凝土内部膨胀开裂，出现裂缝。硫酸盐自身也能渗入混凝土中，孔隙液饱和后，硫酸盐能结晶析出，产生压力，致使混凝土内部出现开裂。

当污水中存在其他物质时，他们能使污水酸化，原理是他们能与污水反应产生大量氢离子，例如氧气，溶解二氧化碳，废弃的硫酸溶液等。此时水的导电性大大增强，电化学反应速度不断增加。

4 结语

鱼骨图法在分析造成混凝土腐蚀的多种影响因素时，能条理清晰地找出各影响因素间的主次关系和各影响因素间的相互作用联系。

混凝土腐蚀是个复杂的多因素综合的耦合过程。涉及导温湿度，氯离子含量，硫酸盐以及混凝土自身材料特性等多种因素的影响与作用。氯离子和硫酸鹽能和混凝土自身发生电化学反应，加快钢筋腐蚀，同时又受到温湿度的影响而呈现出不同的反应速度。运用鱼骨图对造成混凝土腐蚀的多种原因进行分析比较，找出其中不同影响因素间的相互作用和重要程度，对于有针对性地为混凝土防护提供多种措施，延长混凝土使用寿命，增强混凝土的抗腐蚀性能有着积极意义。值得深入持续探讨。

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