1、混凝土耐久性的盐雾试验研究摘要：提高混凝土结构耐久性的一个主要的方面就是防止混凝土构件中的钢筋发生锈蚀。本文从微观方面讨论了混凝土结构中钢筋锈蚀的原因及预防方法，并结合盐雾试验研究了氯离子向混凝土内部的渗透与时间及水灰比的关系。 关键词：混凝土，耐久性，钢筋锈蚀，盐雾试验 Research of salt spray test of concrete durability Li Song (china construction sixth engineering bureau civil engineering co.Ltd east china branch) Abstract: To pr
2、event the reinforcement from rust is one of the main ways to improve the durability of concrete structures. The corrosion of reinforcement is discussed from the micro level, and recommendations are given to prevent the reinforcement from rust. Combined with the salt spray test, the relationship of c
3、hloride ion penetration to the inside of concrete between time and the water-cement ratio are given. Keywords: concrete, durability, corrosion, salt spray test 中图分类号：TU528 文献标识码： A 文章编号： 前言 我国是水泥的生产和使用大国，混凝土工程量在世界上亦位居前列，混凝土以其在性能、施工、经济等方面的显著优点成为目前建筑工程中应用最为广泛的建筑材料之一。受到混凝土材料自身特点和使用环境的影响，钢筋混凝土结构目前普遍存在着严
4、重的耐久性问题，其中一个主要原因就是混凝土结构内钢筋的锈蚀问题。在沿海及近海环境这种问题更为突出，因为海水、近海盐雾中富含氯离子。在近海盐雾区，高温、高湿的气候特征可以促进氯离子聚集于混凝土结构表面，并在干燥、湿润交替作用下渗透到混凝土的内部。由于氯离子对混凝土的侵蚀，削弱了混凝土对钢筋的保护导致钢筋过快腐蚀而丧失了结构的耐久性，使结构在设计基准期内发生损坏，使建筑结构达不到使用寿命。同时内陆寒冷地区的高速公路及桥面，冬天为了化雪而撒除冰盐；化工企业的钢筋混凝土厂房、污水处理构筑物等，亦会经常被盐类溶液污染。据报道，由于美国曾在钢筋混凝土面上广泛使用除冰盐，造成了结构过早破坏，甚至在 5 年内
5、就明显出现钢筋锈蚀。因此有必要研究氯离子侵蚀对钢筋混凝土结构的侵蚀问题。 一 钢筋的锈蚀 1 氯离子的进入通道 混凝土材料是由水泥、粗细骨料、水及各种添加剂按照适当比例混合，通过一定的工艺成型硬化而成的人造石料。在混凝土中，水泥浆起到了粘结剂的作用，其将粗细骨料粘结在一起共同工作，此时会在粗细骨料表面生产微观初始空隙。同时，水泥水化反应后剩余的水会通过蒸发离开水泥浆，从而在硬化水泥浆中留下众多的毛细孔道，同时水泥的水化反应会产生 Ca(OH)2，这种材料具有较高的水溶性。在混凝土材料中，骨料表面的微观空隙，水泥浆中的毛细孔道及水化产物 Ca(OH)2 成为了混凝土中的薄弱环节，在混凝土结构服役
6、以后，环境中的各种腐蚀性物质会通过水泥浆中的毛细孔道进入到混凝土内部，首先在这些薄弱环节产生破坏，并会加剧毛细孔道的扩大及联通，使各种不利因素的影响进一步恶化。 2 混凝土对钢筋的保护作用 混凝土保护层的存在，防止了体内钢筋与外部的腐蚀环境直接接触。由于水化产物 Ca(OH)2 的存在，使得新制混凝土孔隙中碱度很高（pH 值可以达到 14） ，会使钢筋表面发生氧化形成一层氧化膜，此时钢筋处于钝化状态。但随着混凝土的碳化反应的发生及 Ca(OH)2 的溶出，使混凝土中的 pH 值降低时，或者有足够浓度的氯离子扩散到钢筋表面时，钢筋钝化膜将会遭到破坏。钝化膜被破坏后，钢筋就容易在有水的环境中与氧和
7、氯离子产生电化学反应，使钢筋表面产生锈蚀。 3 氯离子对钢筋锈蚀的原理 在氯离子侵蚀的环境下，钢筋的腐蚀主要是一个电化学过程。电化学腐蚀是指电极电位不同的金属与电解质溶液接触形成原电池。 (1)局部酸化作用。氯离子(Cl)与氢氧根离子(OH)共存，在同时被吸附时，Cl具有优先被吸附的趋势。钢筋钝化层表面的 Cl浓度远高于微孔水中 Cl的平均浓度。资料表明：由于 Cl的局部酸化作用，钢筋表面阳极电解液的 pH 值能被局部降低到 3.5 左右。 (2)形成“活化-钝化”锈蚀原电池。(Cl)半径小、活性大，常从膜结构的缺陷处渗进去将钝化膜击穿，直接与金属原子发生反应露出的金属便成了“活化-钝化”锈蚀
8、电池的阳极。这种小阳极、大阴极的锈蚀电池促成了所谓的小孔锈蚀，即坑蚀现象。 (3)催化剂作用。氯离子在钢筋锈蚀过程中起到加速锈蚀进程的催化剂作用。在氯离子的催化作用下，钢筋表面锈蚀微电池的阳极反应产物Fe2+被及时地“搬运”出去，不堆积在阳极区域堆加速了钢筋的锈蚀。 4 防止钢筋锈蚀的方法 为了减少钢筋的锈蚀，一方面是提高混凝土的密实度，改善混凝土内部的孔结构，减少混凝土内氯离子的进入量；另一方面就是对钢筋进行防锈蚀处理，提高钢筋的抗锈蚀能力。一般提高混凝土耐久性的具体措施有： （1） 、结合混凝土结构具体的工作环境合理的选择水泥品种。 （2） 、适当控制水灰比。在同样良好的成型条件下，水灰比
9、不同，混凝土的密实度、孔结构也不同。当水灰比较小时，可以使混凝土的总孔隙率大幅度降低，显著提高了混凝土的密实度，有效地阻断腐蚀性盐类进入混凝土内部的通道。 （3） 、混凝土是钢筋的保护外衣，针对不同的工作环境应设计不同的钢筋保护层厚度。 （4） 、改善施工方法，提高施工质量使建造完成的混凝土结构能够达到设计的要求。 （5） 、对钢筋进行防锈处理，如对钢筋喷涂防锈漆。 （6） 、控制裂缝宽度。在相同的腐蚀条件下，有的资料认为，无裂缝试件钢筋腐蚀面积约为 0.5%；裂缝宽度 0.03mm 时为 1.5%；裂缝宽度0.06mm 时为 2.5%；这也说明了随着裂缝宽度的增大，钢筋腐蚀面积也在增大。因此，国内外混凝土结构耐久性设计规范中，都根据环境条件，限制了混凝土结构裂缝的宽度，如表 1 所示。 表 1 由耐久性决定的最大裂缝允许宽度 二 混凝土构件氯离子侵蚀的盐雾试验 盐雾腐蚀试验主要就是利用盐雾试验箱来模拟产品和材料的实际应用环境，考核产品和材料在有盐雾腐蚀气体环境条件下的腐蚀情况，为评价、研究、筛选、预估和提高产品材料的使用寿命与防腐蚀能力提供依据。本试验采用盐雾试验箱喷盐雾腐蚀试验，研究表面氯离子浓度随时间的累积规律。通过对试件表面取粉，测定混凝土构件表面的氯离子含量。
