氯盐环境对混凝土耐久性危害

彭蓝鸽

(扬州大学 江苏 扬州 225100)

一、钢筋混凝土重要性

混凝土应用至今已有一百多年的时间，由于其原材料丰富、价格低廉、生产工艺简单、整体性好等特点，不仅在土建、水利及道路工程上广泛使用，而且在造船业、机械工业、海洋开发等领域也大量使用。尽管有许多新型材料和结构形式的不断出现，但据预测今后相当长的一段时间钢筋混凝土依旧是不可取代的建筑材料[1]。随着近现代文明的发展，基础建设和城市建筑的大量建设，以及我国对外贸易和海洋经济的发展需求变大，建造了各种各样的海洋构筑物，比如从最简单的海港码头，到现如今的跨海跨江大桥、海底隧道、海上石油钻井平台等等，海岸线长达1.8万公里，岛屿海岸线长1.4万公里，工程结构所处的环境越来越复杂，但钢筋混凝土一直都是使用量最大和最基本的工程材料。

二、混凝土氯离子来源以及钢筋腐蚀机理

(一)氯离子来源

氯盐的来源主要是混凝土原材料引入和外界环境引入两种。具体分为由环境中渗入和混入(掺入)混凝土中的。环境中渗入的指的是来源海洋环境、化冰盐、盐渍土、盐湖地区和工业盐。如海洋工程、水利工程、道路与桥隧工程和工业与民用建筑工程混凝土服役环境中。混入(掺入)混凝土中的：如含氯盐外加剂、含氯盐砂(如海砂)、含氯盐(超标)施工用水等。

(二)钢筋腐蚀机理

新浇筑的混凝土构件内部为高碱性(pH>12.5)环境，在这种环境下钢筋表面将生成一层致密的氧化物保护膜即钝化膜[2]，起到隔绝氧气和水的屏障作用，从而保护钢筋不受锈蚀。作为结构中最重要的钢筋，有一个不能忽视的特点就是在海洋环境下由于氯离子极强的穿透力和去钝化作用，去钝化时钢筋成为阳极，为氧气的还原反应提供电子；钝化膜完好的钢筋形成阴极，为氧气的还原提供反应场所。当氯离子含量达到某一临界值时，钝化膜遭到破坏，钢筋将会被持续锈蚀。钢筋腐蚀电化学反应如下：

阳极： Fe→Fe2++2e

(1)

阴极： O2+4e+2H2O→4OH-

(2)

在氯盐环境下，氯离子从中起到催化剂的作用，不仅促成了钢筋表面腐蚀电池的形成，而且会加速钢筋锈蚀的电化学过程。相关化学反应如下：

Fe2++2Cl-=FeCl2

(3)

FeCl2+2OH-=Fe(OH)2+2Cl-

(4)

锈蚀钢筋不仅会降低自身的力学性能，而且使得钢筋周围的混凝土受到膨胀压力，造成混凝土保护层沿钢筋开裂。锈胀裂缝出现之后钢筋锈蚀速度加快，从而对结构的使用功能产生较大的影响，甚至危及结构的安全。因此提高混凝土结构耐久性，保证结构的使用寿命，解决好钢筋混凝土结构提早失效问题是工程界的重大课题。

三、国内外混凝土耐久性不足导致的危害

过去的几十年我国的计划经济体制和国民经济基础相对薄弱，另一方面，作为发展中国家的中国，正需要崇尚适用、经济简约的现代建筑原则，长期沿袭“按强度设计”的传统设计方法，且人们对混凝土耐久性认识不足、重视不够。由于忽略了钢筋锈蚀问题而导致结构耐久性失效。特别是沿海及近海地区混凝土结构发生早期损坏的主要因素，国内外这些案例数不胜数[3]。

据统计我国的海工混凝土结构耐久性较差，腐蚀破坏相当严重。如1981年交通部第四航务局等对华南地区使用7-25年的18座海港码头进行调查，结果表明，在海溅区，梁、板底部钢筋普遍严重锈蚀，引起破坏的有16座，出现锈蚀破坏的时间有的仅5～10年，其中有几座已经不能正常使用[4]。我国每年由腐蚀引起的直接经济损失为5000亿元，其中钢筋锈蚀造成的损失高达1000亿元[5]。2001年至2004年，浙江大学结构工程研究所先后对浙江省舟山市和台州市共11座高桩码头[6]、浙江省内37座公路桥梁[7]进行调研，发现多数码头、桥梁都存在不同程度的耐久性问题，以钢筋锈蚀导致的混凝土锈胀开裂、剥落现象最为突出。

不仅我国，钢筋锈蚀引起建筑物破坏已成为世界性问题。据美国标准局(NBS)调查，1975年美国全年各种因腐蚀造成的损失为700多亿美元，其中混凝土中钢筋锈蚀造成的损失约占40%。德国2004年全年用于高速公路维修的费用约为3亿欧元，其中40%用于修复因氯盐侵蚀及钢筋锈蚀导致的混凝土桥梁损伤[8]。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土构筑物的腐蚀与防护问题，每年就花费将近20万英镑[9]。日本目前每年仅用于房屋结构维修的费用高达400亿日元，大约有21.4%的钢筋混凝土结构损坏是因钢筋锈蚀引起的，其著名的新干线使用不到10年，就出现了大面积开裂、剥落[10]。各个国家地区都在遭受不同的腐蚀情况。

四、结语

世界各国都为混凝土耐久性不足投入了大量的人力、物力和财力，这已经是一个经济问题和影响可持续发展的大问题。氯盐引起的钢筋腐蚀对混凝土耐久性影响的问题必须给与足够的重视。所以需要开展广泛氯盐环境下耐久性研究，提高设计质量，更好的确认维护、维修加固时点，合理确定结构的使用寿命并进行结构全寿命的分析，是一项具有重大现实意义和社会经济效益的研究方向。