论海港工程混凝土防氯离子腐蚀.doc

1、论海港工程混凝土防氯离子腐蚀摘要：海港工程混凝土结构中钢筋的锈蚀影响工程结构安全和耐久性。本文通过介绍氯离子对钢筋的锈蚀，分析混凝土中氯离子的危害，提出混凝土防腐措施。 关键词：氯离子;钢筋锈蚀;防腐措施 Abstract: Reinforced concrete structure in seaport engineering in the effect of corrosion engineering structure safety and durability. This paper introduces the corrosion of chloride ions on the re

2、bar, the hazard analysis of chloride ions in concrete, puts forward corrosion protection measures of concrete. Key words: chloride; corrosion; anti-corrosion measures 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 引言 近来媒体报道广东多地建筑工程的混凝土违规使用氯离子超标海沙，影响工程结构耐久性和结构安全。也引起沿海地区水工结构工程技术人员的高度关注。海港结构混凝土采用的材料和使用环境均在沿海地区， 混凝土受氯离子的侵

3、蚀引起钢筋局部腐蚀更应给予高度的重视。据资料显示，港港结构混凝土构件因为氯离子的侵蚀，正常使用几年后，就会产生钢筋锈蚀、胀裂，钢筋握裹力下降 以致钢筋混凝土的失效，从而导致结构破坏的实例偶有发生。海港结构混凝土结构应在设计中提出氯离子含量要求，施工中严格控制混凝土材料氯离子含量，保证混凝土施工质量。 1 氯离子侵入途径 氯离子进入混凝土中通常有两种途径：一是混入，如掺用外加剂含氯离子、使用海砂、施工用水含氯离子、在含盐环境中拌制浇注混凝土等；二是渗入，环境中的氯离子通过混凝土多孔性、密实性、工程质量等宏观、微观缺陷渗入到混凝土中，并到达钢筋表面。 2 氯离子对钢筋锈蚀 国内外众多研究和实验结果

4、表明，并不是砼中含有氯离子就会对钢筋造成腐蚀，而是砼内的氯离子含量达到一定浓度(即超过某一“临界值”)时，才会与钢筋发生化学反应，混凝土中氯离子与钝化膜中的氧化铁反应生成无保护作用的氯化铁，从而在钢筋上形成大阴极小阳极的电化腐蚀。钢筋锈蚀过程是一个电化学反应过程，反应的结果是阳极生成了氧化物，在 O2 及 H2O 共同存在的条件下，由于上述电化学反应使钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐渐被腐蚀，在钢筋表面形成红铁锈，体积膨胀数倍，引起混凝土结构开裂。混凝土中氯离子引起钢筋锈蚀机理如下： （1）破坏钝化膜 水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生一层致密的钝化膜， 氯离子是极强的去钝化剂，其

5、进混凝土到达钢筋表面吸附于局部钝化膜处时，可使该处的值迅速降低（当 pH 值为 9.512.5 时，金属表面存在一层氧化铁或氢氧化铁膜，钢筋不容易发生锈蚀） ，从而破坏钢筋表面的钝化膜。 （2）形成腐蚀电池 在不均质的混凝土中， 常见的是局部腐蚀。氯离子对钢筋表面钝化膜的破坏发生在局部，这些部位露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域形 成的单位差；铁基体作为阳极而受腐蚀，大面积钝化膜区域作为阴极。腐蚀电池作用的结果是，在钢筋表面产生蚀坑，由于大阴极对应于小阳极，蚀坑发展十分迅速。 （3）去极化作用 Cl-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作用。Cl-与阳极反应产物 Fe 二价离子结合成

6、 FeCl2 将阳极产物及时地搬运走，使阳极过程顺利进行甚至加速进行。通常把使阳极过程受阴称作阳极极化作用。而把加速阳极极化作用称作去极化作用，Cl-是发挥了阳极去极化作用。 在氯离子存在的混凝土中，在钢筋的锈蚀产物中是很难找到 FeCl2的，这是由于 FeCl2 是可溶的，在向混凝土内扩散时遇到 OH就能生成Fe(OH)2 沉淀。再进一步氧化成铁的氧化物，就是通常的铁锈。由此可见，Cl起到了搬运的作用，却并不被消耗，也就是说，凡是进入混凝土中的 Cl-会周而复始地起到破坏作用，也是氯离子危害的特点之一。 （4）导电作用 腐蚀电池的要素之一是要有离子通路，混凝土中 Cl-的存在强化了离子通路，

7、降低了阴阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。氯化物还提高了混凝土的吸湿性，这也能减小阴阳极之间的欧姆电阻。 3.氯离子对混凝土结构的危害 混凝土中氯离子对钢筋产生腐蚀作用，使钢筋因原先在碱性介质中生成的钝化膜被破坏而渐渐失去保护作用，导致钢筋锈蚀，混凝土保护层沿钢筋纵向开裂，同时造成钢筋握裹力下降以及钢筋和混凝土有效截面损失。结构构件的承载力与可靠性劣化的速度大大加快，影响结构正常使用，缩短结构使用寿命甚至危及结构的安全，给国民经济带来了巨大损失。氯离子对混凝土结构的主要破坏形式： （1）混凝土顺筋开裂 因混凝土的抗折、抗裂性差，钢筋锈蚀生成的铁锈体积比被腐蚀掉

8、的金属体积大 2-7 倍，使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂，开裂后钢筋直接暴露于侵腐蚀介质中，腐蚀速度加快。 （2）钢筋握裹力下降 钢筋腐蚀物会是钢筋与混凝土的握裹力下降，影响构筑物承载能力和结构变形能力，对结构安全构成极大危害。 （3）钢筋和混凝土有效截面损失 混凝土中钢筋腐蚀常常是局部腐蚀，严重时会造成钢筋截面减少甚至断裂；混凝土开裂后，混凝土构件截面面积减少。从而影响构件承载力，产生结构安全问题。 4 混凝土防腐设计 为使港工结构混凝土具有必要和良好的防腐耐久性能，应对混凝土防腐蚀耐久性进行设计。主要防腐设计方法如下： （1）采用高性能混凝土 实践证明，位于浪溅区混凝土受腐蚀最严重，对暴露于

9、浪溅区的结构宜采用高性能混凝土。选用高强度硅酸盐水泥和质地坚硬级配良好的骨料是保证混凝土质量的关键，在混凝土中加入高效减水剂和优质掺合料，可以从根本上改善混凝土的性能，提高混凝土抵抗氯离子渗入的能力。如在混凝土中掺入优质粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉、沸石粉等优质活性混合材都是增密的有效措施，增密的原理是：活性混合材和水泥的水化产物 Ca(OH)2 发生“火山灰反应” ，也称“二次反应” ，由于反应的时间滞后于水泥的水化反应，生成物填充于原水泥水化空间的空隙之中，以及水泥石和集料的界面空间之中，起到增密的作用。 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范JTJ275-2000 中把高性能混凝土列为海港工程混凝

10、土结构防腐蚀的首选措施。 （2）增加钢筋保护层的厚度 增加钢筋的保护层厚度是防止氯盐侵入腐蚀非常有效的办法。一般情况下，氯离子渗透的深度和时间的平方根成正比，所以增加保护层的厚度将大大延迟氯离子渗透至钢筋表面的时间。规范中对钢筋混凝土和预应力混凝土的最小保护层做了规定，特殊构筑物可根据具体要求增加保护层厚度。 （3）使用混凝土外涂覆层 为了制止氯离子等腐蚀介质侵入混凝土，以延缓钢筋腐蚀，在混凝土结构构件表明涂覆层是一种比较简单，经济和有效的辅助性保护措施。防腐涂层应根据设计使用年限和环境状况设计，目前，常使用环氧树脂封闭漆做涂覆层的底层，环氧树脂漆为中层，丙烯酸树脂或氯化橡胶漆为面层。 （4）

11、混凝土表面硅烷浸渍 硅烷浸渍适用于浪溅区混凝土表面的保护。常采用异丁烯三乙氧基硅烷单体做硅烷浸渍材料，浸渍硅烷应进行喷涂试验，检查吸水率、硅烷浸渍深度、氯化物吸收量降低效果。 （5）使用环氧涂层钢筋 环氧涂层钢筋的保护机理是隔离钢筋和腐蚀性介质，因此，保护膜层的完整性成为保证环氧涂层钢筋有效性的关键。环氧涂层钢筋是采用静电粉末喷涂的方法对钢筋表面进行加工制作的，能保证涂层与基体钢筋的良好粘结，使钢筋具备较好的耐碱性、耐化学腐蚀性。环氧涂层钢筋检验应符合现行行业标准环氧树脂涂层钢筋JG3042 的要求。 （6）掺入钢筋阻锈剂 钢筋阻锈剂通过影响钢筋和电介质之间的电化学反应，可以有效地阻止钢筋腐蚀

12、发生，因为阻锈剂的作用可以自发地在钢筋表面上形成钝膜，只要有致钝环境，即使钝化膜破坏也可以自行再生，自动维持，这不仅优于任何人为涂层，而且经济、简便。阻锈剂可直接掺入混凝土中使用，钢筋阻锈剂的有效性与其在混凝土中的存在量有直接的关系。实践证明，拌制混凝土时掺加阻锈剂是预防恶劣环境中钢筋腐蚀的一种经济有效的补充措施，亚硝酸盐是近二十年来已经大规模应用的钢筋阻锈剂。 （7）其他防腐方法 阴极保护的方法电除盐法也是钢筋混凝土结构中防腐的有效办法在实际工程中可根据实际情况选择使用。 5 结束 结构工程混凝土使用材料应严格控制氯离子含量，一旦混凝土中氯离子超标，会导致结构内钢筋锈蚀，影响建筑物、构筑物正常使用和缩短结构使用寿命，甚至危及结构安全。工程技术人员应当高度关注，必要时采取必要防腐对策。 参考文献 1 交通部 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范JTJ275-2000 2 刘学庆 潘德强港口工程感觉混凝土结构的腐蚀与防护中国涂料 2008 年第 5 期 作者简介： 陈文敏，女，1961 年出生，本科学历，高级工程师，主要从事港工设计及咨询工作。