水泥中氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕

1、0氯離子對(duì)鋼筋腐蝕機(jī)理的影響摘要氯化物的侵入是引起混凝土中鋼筋腐蝕的最主要原因之一，氯離子能破壞鋼筋表面鈍化膜而引起鋼筋局部腐蝕，對(duì)腐蝕過(guò)程具有催化作用。但只有混凝土中氯離子的濃度達(dá)到一定的臨界值后，鋼筋才會(huì)發(fā)生腐蝕。由于影響因素多，至今難以確定統(tǒng)一的氯離子濃度臨界值。 著重闡述了鋼筋腐蝕行 為和氯離子的去鈍化機(jī)理、混凝土中氯離子的來(lái)源和保護(hù)鋼筋的措施及其研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞鋼筋混凝土；鋼筋；腐蝕；氯離子0 前 言鋼筋在混凝土高堿性環(huán)境中的鈍態(tài)條件被破壞， 便被腐蝕。鋼筋鈍化膜破 壞機(jī)理主要是混凝土的碳化和氯化物侵入，這兩種因素既影響混凝土孔隙液的pH值，又影響鋼筋的電位值，因而直接影響鋼筋的穩(wěn)定

2、性。因氯化物的侵蝕引 起鋼筋混凝土構(gòu)筑物破壞而造成重大損失的現(xiàn)象非常嚴(yán)重。北京西直門立交橋于1979年建成投入使用，不到20a鋼筋混凝土的腐蝕已十分嚴(yán)重，不得不進(jìn)行改 建。引起西直門立交橋過(guò)早破壞的原因是多方面的， 但長(zhǎng)期在冬季向立交橋撒含 氯化物除冰鹽引起鋼筋腐蝕使立交橋結(jié)構(gòu)受到破壞是突出的因素。臺(tái)灣四面環(huán) 海，許多鋼筋混凝土構(gòu)筑物受破壞以及不斷發(fā)生的“海砂屋”事件，也是氯化物侵蝕所引起的。目前，中國(guó)大陸也存在“海砂屋”現(xiàn)象。 氯離子的侵蝕引起鋼筋 局部腐蝕是最有害的，對(duì)此，各國(guó)都給予了高度的重視。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的 復(fù)雜性和研究條件的差異，研究結(jié)果和結(jié)論并不完全一致，許多問(wèn)題還有待深入

3、研究。本工作主要對(duì)國(guó)內(nèi)外氯離子與鋼筋腐蝕系的研究進(jìn)展和防止氯化物侵蝕的 措施進(jìn)行評(píng)述。1 鋼筋腐蝕與氯離子去鈍化機(jī)理鋼筋混凝土是多相、不均質(zhì)的特殊復(fù)雜體系，鋼筋表面具有電化學(xué)不均勻性， 存在著電位較負(fù)的陽(yáng)極區(qū)和電位較正的陰極區(qū)； 一般鋼筋表面總處于混凝土孔隙 液膜中，即鋼筋表面陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)之間存在電解質(zhì)溶液； 由于混凝土的多孔性，其構(gòu)筑物總是透氣和透水的，即通常氧可以通過(guò)毛細(xì)孔道達(dá)到鋼筋表面作為氧化 劑接受鋼筋發(fā)生腐蝕產(chǎn)生的自由電子。因此，鋼筋表面存在活化狀態(tài)，則可構(gòu)成腐蝕電池，鋼筋就會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。但在正常情況下，鋼筋在混凝土中不會(huì)發(fā) 生腐蝕。這是因?yàn)殇摻畋砻嬖趬A性混凝土孔隙液中生成鈍化

4、膜，發(fā)生陽(yáng)極鈍化阻止了鋼筋的腐蝕。因此，長(zhǎng)期保持混凝土固有的高堿性是保護(hù)鋼筋不受腐蝕、保證鋼筋混凝土構(gòu)筑物耐久性的有效途徑。但是，在氯離子侵蝕嚴(yán)重的情況下鋼筋的腐蝕還是時(shí)有發(fā)生?；炷林袖摻畹母g是電化學(xué)腐蝕， 但有其特殊性。鋼筋腐蝕的先決條件是 表面去鈍化。通常認(rèn)為其基本反應(yīng)是在陽(yáng)極區(qū)鐵失去電子變?yōu)殍F離子，導(dǎo)致鐵的溶解。鐵離子可進(jìn)一步反應(yīng)生成氫氧化物和氧化物，在陰極區(qū)進(jìn)行氧的還原反應(yīng)。 由于腐蝕產(chǎn)生的多種形式的氫氧化物和氧化物的體積比鐵原來(lái)的體積大好幾倍，因此，可造成混凝土結(jié)構(gòu)的膨脹開裂，進(jìn)一步促進(jìn)鋼筋的腐蝕。氯離子是極強(qiáng)的去鈍化劑，關(guān)于氯離子的去鈍化機(jī)理認(rèn)識(shí)還不一致， 有人認(rèn) 為是氯離子易

5、滲入鈍化膜，也有人認(rèn)為是 Cl-優(yōu)先于氧和OH被鋼吸附。一般認(rèn) 為，在不均質(zhì)的混凝土中氯離子能夠破壞鋼筋表面鈍化膜，使鋼筋發(fā)生局部腐蝕。在陽(yáng)極區(qū)鐵發(fā)生腐蝕生成鐵離子，當(dāng)鋼筋/混凝土界面環(huán)境存在氯離子時(shí)， 在腐 蝕電池產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，氯離子不斷向陽(yáng)極區(qū)遷移、富集。Fe2+和Cl-生成可溶于水的FeCl2,然后向陽(yáng)極區(qū)外擴(kuò)散，與本體溶液或陰極區(qū)的OH生成俗稱“褐 銹”的Pe(OH)2,遇孔隙液中的水和氧很快又轉(zhuǎn)化成其他形式的銹。FeCl2生成Pe(OH)2后，同時(shí)放出Cl-,新的Cl-又向陽(yáng)極區(qū)遷移，帶出更多的 Fe2+。Cl- 不構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物，在腐蝕中也未被消耗，如此反復(fù)對(duì)腐蝕起催化作用。可見

6、 C1- 對(duì)鋼筋的腐蝕起著陽(yáng)極去極化作用，加速鋼筋的陽(yáng)極反應(yīng)，促進(jìn)鋼筋局部腐蝕， 這是氯離子侵蝕鋼筋的特點(diǎn)。止匕外，氯化物對(duì)混凝土也有侵蝕作用。汪鷹等采用X射線光電子能譜(XPS)等方法，考察在含與不含氯離子的模擬 混凝土孔隙液中鋼筋表面鈍化膜的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，在含氯離子的溶液中，鈍化膜中有氯元素，膜內(nèi)層有FeCl2,氯離子對(duì)鈍化膜的破壞機(jī)理可能是先吸附后穿透進(jìn) 入膜中，在鋼筋表面Pe2餅口 Cl-反應(yīng)生成FeCl2,從而使鈍化膜局部溶解，鋼筋發(fā)生點(diǎn)腐蝕采用掃描微電極法、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、電化學(xué)交 流阻抗（ElS）和其他電化學(xué)測(cè)試 這在，研究氯離子對(duì)鋼筋在模擬混凝土

7、孔隙液或 混凝土中腐蝕行為的影響發(fā)現(xiàn)，鋼筋在純飽和Ca（OH）2溶液中，表面電位分布處 于動(dòng)態(tài)平衡，雖有不穩(wěn)定的微腐蝕點(diǎn)存在，但未發(fā)展成宏觀腐蝕點(diǎn)，鋼筋表面維 持鈍性。當(dāng)介質(zhì)中pH值下降和外加一定含量的氯離子后，鋼筋表面微區(qū)電位分 布即發(fā)生變化，出現(xiàn)固定的突出電位峰，鋼筋表面鈍化膜受到局部破壞發(fā)生點(diǎn)腐 蝕；AFMff口原位STM觀測(cè)鋼筋在不同介質(zhì)條件下模擬混凝土孔隙液中的表面微觀 形貌表明，在純正模擬液中鋼筋表面膜較連續(xù)完整，而在一定 pH值下添加一定 濃度的Cl-后，鋼筋表面鈍化膜粗糙和受破壞，發(fā)生點(diǎn)蝕；把鋼筋混凝土試樣浸 泡于NaCl溶液中，隨著Cl-濃度的增加或浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，鋼筋的腐蝕

8、電位負(fù) 移，腐蝕電流密度升高，鋼筋發(fā)生腐蝕反應(yīng)到一定程度后主要受氧的傳輸過(guò)程控 制?；炷林械穆然锟煞譃槿芙庥诨炷量紫兑褐杏坞x的Cl-和水泥水化產(chǎn)物結(jié)合的氯化物，這兩種形式一般在混凝土中同時(shí)存在， 保持化學(xué)平衡，其中只有 游離的Cl-對(duì)鋼筋有去鈍化作用。但是，研究氯離子對(duì)鋼筋腐蝕的影響時(shí)，應(yīng)考 慮混凝土中氯化物的總量和孔隙液中游離 Cl-的含量以及兩者的關(guān)系。不同水泥 和混凝土拌合物及其拌合方式對(duì)混凝土結(jié)合氯化物的能力都有影響，并影響到鋼筋的穩(wěn)定性。2 鋼筋腐蝕的氯化物濃度臨界值通常，鋼筋腐蝕的可能性隨混凝土中氯化物含量的增加而增大，但不是混凝土含有氯化物鋼筋就會(huì)發(fā)生腐蝕。在一定的鋼筋混凝

9、土體系中，只有當(dāng)氯離子濃 度達(dá)到臨界值，且具備其他必要條件（水和氧）時(shí)，鋼筋表面才會(huì)去鈍化而發(fā)生腐 蝕。由于鋼筋混凝土體系復(fù)雜、腐蝕的影響因素較多，且氯化物臨界值的測(cè)試方 法不統(tǒng)一，因此，氯化物濃度的臨界值仍無(wú)統(tǒng)一定論。根據(jù)上述鋼筋鈍化與 Cl- 去鈍化機(jī)理，混凝土中鋼筋能否維持鈍化取決于其所處的介質(zhì)OH和Cl-在鋼筋/混凝土界面上爭(zhēng)奪Pe2碼占優(yōu)勢(shì)。如果OH濃度高，則鈍化占優(yōu)勢(shì)或者說(shuō)引起 鋼筋腐蝕的氯離子臨界值也跟著提高，反之，則去鈍化占優(yōu)勢(shì)。因此，氯離子引 起混凝土中鋼筋的去鈍化不只取決于 Cl-濃度，更主要的是C1- /OH-值。也 就是說(shuō)，混凝土中鋼筋腐蝕的氯化物臨界值是隨條件而變的，

10、最重要的條件之一是孔隙液中的pH值，水泥的組分也有影響。低滲透性的混凝土結(jié)構(gòu)可延長(zhǎng)氯化 物達(dá)到臨界值的時(shí)間HausmanrW究了不同pH值的堿溶液及飽和氫氧化鈣溶液中氯化物濃度與鋼筋腐蝕的關(guān)系，總結(jié)出在pH值為11.6012.40范圍內(nèi)引起鋼筋腐蝕的Cl-/OH-值約為0.60。后來(lái)，Haus-mannffi一步研究認(rèn)為大部分鋼筋混凝土中C1-/OH-的臨界值為 0.66-1.40。Hussain等研究了在不同組分水泥砂漿中鋼筋腐蝕的氯化物臨界 濃度，發(fā)現(xiàn)Cl- /OH-臨界值隨孔溶液的pH值的減小而增大，pH值為 13.2613.36時(shí)，其臨界值在1.282.00內(nèi)變化，比他人在堿溶液測(cè)得的

11、數(shù)值要 高。還有研究認(rèn)為鋼筋腐蝕的氯離子臨界值隨膠凝材料中的Ca3Al206即C3A含量的增加而提高。3 氯離子的來(lái)源鋼筋混凝土中氯離子的來(lái)源可分為來(lái)自生產(chǎn)水泥和拌制混凝土所 用原材料及其過(guò)程中氯化物的引進(jìn)和外界氯化物的侵入兩種途徑。對(duì)前一種根據(jù)水泥和混凝土的用途，對(duì)氯化物的含量和污染可嚴(yán)格控制；而后一種則與水泥組 分、混凝土拌制工藝、工程質(zhì)量、混凝土厚度及密實(shí)性和環(huán)境中氯化物的污染程 度等因素有關(guān)，較難嚴(yán)格避免。3.1 水泥和混凝土原材料使用含氯原材料均會(huì)使鋼筋混凝土受到氯離子污染，為此，對(duì)混凝土拌合物中氯化物的總含量有相應(yīng)規(guī)定。大多數(shù)品種的水泥在生產(chǎn)過(guò)程中所用原材料的氯含量極低，熟料中幾乎

12、不含氯化物，這部分水泥原料對(duì)鋼筋的耐蝕性無(wú)不良影響。為了改善水泥的制造工藝，提高水泥的使用性能，在生產(chǎn)過(guò)程中，往往加入一定量的氯化物或含 氯化物外加劑，如水泥生料中摻人含有氯的礦化劑； 水泥立窯上為改善水泥的安 定性采用由HCl等配制成的安定性液；?；郀t礦渣用海水排濕淬冷、粉煤灰用 海水排濕，則可能含有較多的氯化物。拌制混凝土?xí)r如使用不潔凈的水或海砂將使混凝土引入較多的氯 離子?；炷镣饧觿┦浅M成混凝土的各種原材料或混合材料之外，另行加入的材料，即在拌制混凝土過(guò)程中摻人用以改善混凝土各種性能的化學(xué)物質(zhì), 如減水劑、密實(shí)劑、抗凍劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等，其中一部分外加劑采用氯化物 或含氯化物的化

13、學(xué)試劑，如氯化鈉、氯化鈣普通早強(qiáng)劑、氯化鈉抗凍劑等，使混 凝土中氯離子含量增加。3.2 海洋環(huán)境和沿海區(qū)域海水含有大量氯鹽，對(duì)海洋環(huán)境中的鋼鐵具有強(qiáng)腐蝕性。 一般把海 洋腐蝕環(huán)境分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)。暴露于海洋環(huán)境的鋼筋混凝土構(gòu)筑物， 其暴露條件不同，氯化物侵 入的機(jī)理也不同。在這些海洋環(huán)境中，氯離子可通過(guò)擴(kuò)散或（和）毛細(xì)管的吸收作 用，遷移到混凝土內(nèi)部直至鋼筋表面。處于水下部分或潮差區(qū)的飽水部分構(gòu)筑物一直接觸海水，主要是飽 水混凝土里外氯離子濃度差引起的離子擴(kuò)散。這一區(qū)域又有充足的氧，因而鋼筋 受腐蝕的機(jī)遇最大。處于海上大氣區(qū)和近海地區(qū)的鋼筋混凝土被侵蝕

14、的主要因素是風(fēng) 帶來(lái)細(xì)小的鹽粒沉積于結(jié)構(gòu)物表面，由于鹽吸濕形成液膜，使構(gòu)筑物受到氯離子 污染。通常深入內(nèi)陸鹽量迅速下降，影響變小。3.3 除冰鹽冬季為防止公路結(jié)冰，常向道路、橋梁和立交橋路面撒鹽或鹽水溶 化冰雪。早期大量使用的除冰鹽是氯化鈉和氯化鈣，氯鹽化冰雪性能好，價(jià)格便宜。但使用氯化物除冰鹽，易造成橋梁、道路混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。3.4 鹽堿地和鹽湖我國(guó)存在著大面積的鹽堿地和部分鹽湖， 沿海地區(qū)的鹽堿地以含氯 鹽為主，其他地區(qū)的鹽堿地和鹽湖一般含有氯鹽的混合鹽。鹽堿地的土壤中一般 含有較高含量的氯化物，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)筑物有較強(qiáng)的侵蝕作用。 如大港油田地 處渤海灣，大港油田沿海區(qū)域的濱海鹽漬

15、土壤對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)筑物的腐蝕十分嚴(yán) 重。鋼筋混凝土筑物的腐蝕狀況主要取決于土壤中 Cl-的含量，含量越高，腐蝕 越嚴(yán)重。油田沿海區(qū)域的土壤對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)筑物的腐蝕比大氣腐蝕的危害大得多。3.5 化學(xué)污染化學(xué)污染主要來(lái)自工業(yè)環(huán)境和 亙丞中的氯化物。處于氯堿工業(yè)等強(qiáng) 腐蝕工業(yè)環(huán)境中的鋼筋混凝土腐蝕破壞嚴(yán)重，有的結(jié)構(gòu)物壽命只有十幾年。3.6 其他途徑除上述來(lái)源外，還有其他一些因素也會(huì)引起鋼筋混凝土受氯化物的 污染。例如，火災(zāi)后鋼筋混凝土構(gòu)筑物常為氯化物所污染，C1-可侵入混凝土內(nèi)部的鋼筋表面起腐蝕破壞。鋼筋在使用前存放于露天中，有時(shí)也會(huì)受到含有氯化 物的生活污水等的污染。4防止氯離子侵蝕混凝土中鋼筋

16、的措施防止氯離子侵蝕鋼筋混凝土可采用基本措施和補(bǔ)充措施兩類。前者 旨在提高混凝土的性能，以增加對(duì)鋼筋的防護(hù)功能，后者主要指基本措施在環(huán)境 侵蝕作用下難以保證對(duì)鋼筋的有效保護(hù)時(shí)增加其他防護(hù)措施。4.1 控制原材料中氯化物的含量除按照施工質(zhì)量的要求（規(guī)范）選擇合適的原材料外，嚴(yán)格控制材料 的氯化物含量和避免氯化物的污染是混凝土中氯離子不超標(biāo)的前提條件。混凝土的原材料主要有水泥、水、砂、石子和外加劑等，因特殊需 要在生產(chǎn)過(guò)程引入氯化物的水泥要嚴(yán)格控制氯含量，并對(duì)其使用范圍有所限制。 飲用水、天然的潔凈淡水及河砂一般含氯鹽量很少， 可直接用于拌制混凝土；鋼 筋混凝土工程不允許使用海水；對(duì)海砂應(yīng)檢驗(yàn)其氯

17、鹽含量，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的才能 使用，而且最好還要采取防鋼筋腐蝕（如加鋼筋阻銹劑）的措施；混凝土中摻用的 外加劑要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，我國(guó)規(guī)定嚴(yán)禁使用含氯化物的 外加劑。關(guān)于混凝土及其原材料氯離子含量的限制， 還有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如對(duì)在潮濕 并含有氯離子環(huán)境中的鋼筋混凝土，氯化物總含量不得超過(guò)水泥重量的0.1 %。但是，我國(guó)目前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還不夠健全，在實(shí)際工程中也未得到嚴(yán)格的執(zhí)行。4.2 提高混凝土對(duì)鋼筋的防護(hù)性能正常情況下，正確設(shè)計(jì)和施工的優(yōu)質(zhì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)期抵制 環(huán)境介質(zhì)侵蝕的功能。因此，最大限度提高混凝土本身的低滲透性和保持對(duì)鋼筋 的防護(hù)性能，是預(yù)防混凝土中鋼筋腐蝕的措施中最

18、有效和經(jīng)注的根本方法。提高 混凝土對(duì)鋼筋防護(hù)性能的主要方法有： 在設(shè)計(jì)、施工中考慮和采取護(hù)筋措施；適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層的厚度；改善？昆凝土結(jié)構(gòu)，如選擇優(yōu)質(zhì)原材料、引人外加 齊I，合理施工；使用新型混凝土等。4.3 采用耐腐蝕鋼筋研制合金鋼是改變鋼筋對(duì)腐蝕敏感性的方法之一。合金元素包括 銅、銘、鍥、鴇等，其中銘最常用，其他金屬也用于與銘一起組成合金。銘使鐵 易形成更致密和結(jié)合力強(qiáng)的氧化膜，在高堿性條件下比普通鋼筋具有更高的防腐 蝕性能；鍥對(duì)于提高鋼筋抗鹽腐蝕是很有用的； 奧氏體不銹鋼在氯化物濃度較高 的環(huán)境中比鐵素體具有更好的耐蝕性。在鋼表面施加覆蓋層已廣泛應(yīng)用于鋼筋的防腐蝕， 如海洋和近岸結(jié)構(gòu)

19、物、廠 房、橋梁和高速公路等，鋼筋表面覆蓋層包括金屬與非金屬兩種形式。金屬覆蓋層大體可分為鈍化膜型（如銘基鍍層）和犧牲型（如鍍鋅層） 兩種。前一種鍍層在鋼筋服役、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工等過(guò)程中，如受局部破壞將使 基體金屬相對(duì)于陰極鈍化膜作為陽(yáng)極而發(fā)生局部腐蝕，而后一種則是作為犧牲陽(yáng)極對(duì)基體金屬起防護(hù)作用，即使鍍層發(fā)生局部破壞鋼筋仍可受到保護(hù)。其中，鍍鋅鋼筋獲得了較廣泛的應(yīng)用。非金屬覆蓋層主要是有機(jī)涂層，包括環(huán)氧涂層、聚氯乙烯、聚丙烯 和聚氨酯等，其中以環(huán)氧涂層最常用。環(huán)氧涂層鋼筋是在拋光凈化的鋼筋表面熱 噴涂一層致密、堅(jiān)韌的膜。涂層可以極大地提高鋼筋的防腐蝕性能， 有效抵制侵 蝕性介質(zhì)，適合于含氯離

20、子的環(huán)境。但有研究表明，環(huán)氧涂層使鋼筋與混凝土的 附著強(qiáng)度減少約15%25%,而且環(huán)氧涂層鋼筋在使用過(guò)程中對(duì)其質(zhì)量要求高， 使其應(yīng)用受到了一定的限制。4.4 應(yīng)用鋼筋阻銹劑鋼筋阻銹劑即為抑制鋼腐蝕的緩蝕劑，拌制混凝土?xí)r摻加阻銹劑是 防止鋼筋腐蝕的一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法。最早開發(fā)的鋼筋阻銹劑是亞硝酸鹽，特 別是亞硝酸鈣對(duì)提高防腐蝕性能很有效，至今常作為復(fù)合阻銹劑的重要組分。亞 硝酸鈉用于防止混凝土中鋼筋的點(diǎn)腐蝕， 也曾被認(rèn)為是良好的阻銹劑，但會(huì)使混 凝土的強(qiáng)度損失，鈉離子有促進(jìn)堿集料反應(yīng)的危險(xiǎn)， 而且它是陽(yáng)極型阻銹劑，用 量不足反而會(huì)促進(jìn)鋼筋局部腐蝕， 加上亞硝酸鈉有毒，因而，不能得到廣泛的應(yīng) 用

21、。除亞硝酸鹽外，Na2PO3F Na3PO4口 Na2PO舒也可用于作為鋼筋阻銹劑。近年來(lái)，有機(jī)阻銹劑的應(yīng)用又發(fā)展成為抑制混凝土中鋼筋腐蝕的有效方法，其主要是胺與酯組成的水基有機(jī)外加劑。目前，鋼筋阻銹劑的研究仍在發(fā)展，不斷有新的和多功能的復(fù)合型 阻銹劑獲得了開發(fā)和應(yīng)用，其中遷移型阻銹劑是一種較為新穎的有機(jī)阻劑。這種阻銹劑一般是胺與鏈烯胺及有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸的鹽， 和單氟磷酸鈉一樣可以滲人混 凝土使受侵蝕的鋼筋再鈍化，無(wú)損高效地修補(bǔ)被氯鹽污染的鋼筋混凝土， 其前景 見好。與國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)對(duì)鋼筋阻銹劑的研究和應(yīng)用較少。 隨 著鋼筋混凝土腐蝕問(wèn)題的日益突出以及人們認(rèn)識(shí)的提高，鋼筋阻銹劑在我國(guó)將

22、有良好的應(yīng)用市場(chǎng)。4.5 電化學(xué)保護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的電化學(xué)保護(hù)包括陰極保護(hù)和電化學(xué)處理。陰極保護(hù)能直接抑制鋼筋自身的電化學(xué)腐蝕過(guò)程， 尤其適用于易受碳化和氯化物污染的 混凝土中鋼筋的保護(hù)，是目前保護(hù)混凝土中鋼筋最有效且經(jīng)濟(jì)的方法之一。陰極保護(hù)法可分為犧牲陽(yáng)極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法。前者是采用比鋼電位更負(fù)的鋁合金等作為陽(yáng)極與鋼筋電連接，*自身的腐蝕提供自由電子實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋的保護(hù)； 后者則是以直流電源的負(fù)極與被保護(hù) 的鋼筋連接，正極與難溶性的輔助陽(yáng)極相接，提供保護(hù)電流使鋼筋發(fā)生陰極極化 而受到保護(hù)。犧牲陽(yáng)極保護(hù)法陽(yáng)極材料的估計(jì)壽命較短，一般不用于新混凝土結(jié) 構(gòu)，且陽(yáng)極提供的電流有限，只能保護(hù)陽(yáng)極

23、附近較小范圍的鋼筋， 因而該方法不 大適用于暴露于大氣中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。外加電流陰極保護(hù)法的應(yīng)用較廣泛， 發(fā)展較迅速，近10a已應(yīng)用于新的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。目前，陰極保護(hù)法的研究主 要致力于開發(fā)新的優(yōu)質(zhì)陽(yáng)極材料。電化學(xué)處理與外加電流陰極保護(hù)法相似， 也是以鋼筋為陰極，通以 低壓直流電流達(dá)到保護(hù)鋼筋的目的。其區(qū)別在于電化學(xué)處理是在短期內(nèi)施加大的 陰極電流密度，使鋼筋表面發(fā)生電極反應(yīng)產(chǎn)生 OH-,提高鋼筋附近混凝土孔隙液 的pH值，同時(shí)，*離子遷移排走鋼筋周圍的CI-,使其濃度低于臨界值。因此， 電化學(xué)處理可用于碳化混凝土和氯化物污染引起鋼筋腐蝕的場(chǎng)合。該技術(shù)可以無(wú)損地恢復(fù)鋼筋鈍態(tài)，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效

24、益顯著。4.6 混凝土表面處理硬化后的混凝土總是存在著空隙，為環(huán)境中水、二氧化碳和氯離子 等介質(zhì)的侵蝕提供了通道。因此，通過(guò)混凝土表面處理，提高混凝土層的抗?jié)B性 也是保護(hù)鋼筋的一項(xiàng)補(bǔ)充措施?；炷帘砻嫣幚碇饕獮榛炷恋拿?水處理、鑲面 板和表面涂覆。脫水處理是在混凝土剛澆搗成型后，用真空脫水模板對(duì)混凝土表 層進(jìn)行真空脫水，排走混凝土中多余的水分和空氣， 使混凝土表層更為密實(shí)，提 高抗氯化物等介質(zhì)的滲透。在混凝土表面涂覆涂料作為抵制侵蝕性介質(zhì)滲入混凝 土的第一道防線是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便和有效的方法。表面涂覆一般可分為浸入型和 隔離型，前者通過(guò)將涂料吸人到混凝土表層， 降低混凝土的吸水性；后者則在混

25、凝土表面成膜，形成隔離層。由于涂料的耐久性不佳，因此其對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 往往只能提供暫時(shí)性的保護(hù)。5 結(jié) 論(1)氯離子的侵蝕是引起混凝土中鋼筋腐蝕的主要原因。氯離子是 極強(qiáng)的去鈍化劑，一定條件下其濃度達(dá)到臨界值，鋼筋就會(huì)去鈍化而腐蝕。(2)氯離子來(lái)源廣泛。我國(guó)的海岸線長(zhǎng)，沿海地區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 受海洋環(huán)境的影響較大，北方公路除冰鹽的應(yīng)用是造成氯化物污染的重要原因。(3)為防止鋼筋的腐蝕，首先應(yīng)提高混凝土的護(hù)筋性，其次必須采 取一些補(bǔ)充措施來(lái)抑制氯離子的侵蝕。采用鋼筋阻銹劑和電化學(xué)陰極保護(hù)是較為 經(jīng)濟(jì)和有效的保護(hù)鋼筋的方法。2009-09-27 11:42混凝土是現(xiàn)代緊重要的建筑材料之一，廣泛

26、用于大壩、橋梁、地板、貯槽和建 筑等。堅(jiān)硬的混凝土本身也耐腐蝕的材料，經(jīng)常用于鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)，但是混凝 士也有反應(yīng)性，比如說(shuō)在酸性環(huán)境中，所以它的表面也需要涂料的保護(hù)。混凝土是由硅酸鹽水泥、填充骨料、水和助劑等混合后經(jīng)水合澆注而成。水泥 的基本化學(xué)組成為3CaO?SiO洲B-2CaO?SiO2以及少量的3CaO?Al2O3 4CaO?Al2O3?Fe2O3者是一些鐵相的固體溶液 MgO CaO以及其痕量化合物。除了加入骨料增強(qiáng)其耐磨性，還使用鋼筋骨架來(lái)增加混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，這種 混凝土叫作鋼筋混凝土。混凝土的固化通常經(jīng)過(guò)28天后可以達(dá)到最初的物理性能，國(guó)外有時(shí)候采用蒸汽 來(lái)加速水合反應(yīng)，混凝土構(gòu)

27、件的固化通常只要幾個(gè)小時(shí)就可以完成?；炷镣繉有杈邆浞雷o(hù)和裝飾兩方面功能。由于暴露於日曬、雨淋、大氣污染 等的長(zhǎng)期作用下，鋼筋混凝土的腐蝕如果不引起重視和采取措施，就會(huì)帶來(lái)嚴(yán) 重后果。引起混凝土內(nèi)加強(qiáng)鋼筋腐蝕最為主要的原因是混凝土的碳化和氯化物的滲透 量。1.混凝土的碳化鋼筋混凝土的發(fā)明與發(fā)展的主要因素之一是水泥漿具有保護(hù)鋼筋免受腐蝕的能 力。鋼筋混凝土中水泥的水化產(chǎn)物一一氫氧化鈣是一種高堿性物質(zhì)，pH值在12.5以上，混凝土中鋼筋與該溶液接觸，表面會(huì)形成氧化亞鐵面膜，它可以鈍 化鋼筋，阻止氧接觸鋼筋，對(duì)鋼筋起到保護(hù)作用。這種鈍化作用在堿性環(huán)境中 是很穩(wěn)定的。當(dāng)水份通過(guò)孔洞形態(tài)的混凝土，在里面

28、形成氫氧化鈣。氫氧化鈣是 一個(gè)堿性環(huán)境，由于外來(lái)的酸性氣體，如二氧化碳滲入混凝土與氫氧化鈣發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，變成碳酸鈣，整個(gè)反應(yīng)稱為碳化作用。CO2+H2O+Ca(OH)CaCO3+2H2O混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕當(dāng)大量的碳酸鈣形成時(shí)，混凝土內(nèi)部堿性環(huán)境受到破壞，達(dá)到一定程 度時(shí)，如pH在9以下時(shí)，鈍態(tài)鐵的保護(hù)層就失去作用，混凝土內(nèi)的鋼筋因?yàn)闆] 有受到堿性環(huán)境的保護(hù)而產(chǎn)生銹蝕。混凝土的碳化因素很多，例如，水泥本身的質(zhì)量，施工時(shí)水分及水泥比例，固 化時(shí)間及環(huán)境等等。而多孔的混凝土比一般混凝土碳化速度快，有時(shí)甚至快十 倍，此外施工也是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，例如水泥層外層與鋼筋之間的距離(水 泥壁)過(guò)小等。2

29、.氯化物的滲透混凝土施工時(shí)往往會(huì)加入一些含有氯化物的預(yù)混合料，例如污染的水源，砂石 等等?；炷凉袒?，在大氣環(huán)境中的氯化物污染是難以避免。為了防止冰雪對(duì)車輛行駛造成的事故危害，二十世紀(jì) 5060年代，以美國(guó)為主 的西方國(guó)家開始大量使用防冰鹽，當(dāng)時(shí)對(duì)“鹽害”認(rèn)識(shí)不足， 7080年代，防冰鹽所帶來(lái)的腐蝕破壞大量表現(xiàn)出來(lái)， 美國(guó)56.7萬(wàn)座高速公路橋已有半數(shù)以上 遭腐蝕和需要修復(fù)，至少已有50座橋出現(xiàn)了應(yīng)力腐蝕斷裂現(xiàn)象，為修復(fù)道路、 橋梁等，美國(guó)已花費(fèi)上千億美元。至本世紀(jì)末還需花費(fèi)400億美元，因修復(fù)和不安全等帶來(lái)的間接損失就難以預(yù)計(jì)了。 英國(guó)為修復(fù)因防冰鹽腐蝕破壞的橋梁， 已花費(fèi)62億英磅，德國(guó)

30、每年花費(fèi)4億馬克，北歐、加拿大等國(guó)，均有受氯離子 是一種穿透力極強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)，當(dāng)接觸到鋼鐵表面，便迅速破壞鋼鐵表面的鈍 化層，即使在強(qiáng)堿性環(huán)境中，氯離子 Cl-引起的點(diǎn)銹腐蝕依然會(huì)發(fā)生，同時(shí)由 于不論是氣態(tài)還是液態(tài)的水往往會(huì)滲透到混凝土里面，而這種水并非純水，而 是含有一些雜質(zhì)的電解液，電化學(xué)作用導(dǎo)致銹蝕加快進(jìn)行。當(dāng)氯離子滲透到達(dá) 鋼筋表面，氯離子濃度較高的局部保護(hù)膜破壞，成為活化態(tài).在氧和水充足的 條件下，活化的鋼筋表面形成 一個(gè)小陽(yáng)極，未活化的鋼筋表面成為陰極，結(jié)果 陽(yáng)極金屬鐵溶解，形成腐蝕坑，一般稱這種腐蝕為點(diǎn)腐蝕 .這個(gè)過(guò)程主要有下 列反應(yīng)：Fe2+2Cl-+2H2OFe(OH)2+2

31、HCl 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH激銹) Fe(OH)3若繼續(xù)失水就形成水化氧化物 FeOH即為紅銹)，一部分氧化不完全的 變成Fe3O4卻為黑銹)，在鋼筋表面形成銹層。由于鐵銹層呈多孔狀，即使銹 層較厚，其阻擋進(jìn)一步腐蝕的效果也不大，因而腐蝕將不斷向內(nèi)部發(fā)展。國(guó)際上還沒有一致公認(rèn)的引起混凝土中鋼筋腐蝕的氯化物界限值，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于 干濕交替狀態(tài)下或常年濕度大于80%寸，通常認(rèn)為在氯化物含量與混凝土的重 量比達(dá)到0.2 %以上時(shí)，就比較危險(xiǎn)。第五節(jié)橋梁的腐蝕防護(hù)措施一.涂料保護(hù)鋼鐵的大敵就是腐蝕，而涂料正是鋼鐵橋梁防腐蝕的最方便有效的方法之一。比如悉尼港口大橋在建設(shè)時(shí)的涂漆工作量

32、就相當(dāng)繁重，每度漆約有80000公升，涂裝面積相當(dāng)于60個(gè)足球場(chǎng)那么大。從電化學(xué)腐蝕的原理分析，我們可以了解到鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕必須具備幾個(gè) 基本條件：(1)鋼鐵作為腐蝕陽(yáng)極，其電位最低(2)低電阻的電解質(zhì)溶液，從外面滲入或殘存在底漆與鋼鐵的界面上(3)足夠的氧氣參與腐蝕過(guò)程，并維持在一定水平上采用涂料來(lái)保護(hù)鋼鐵，就是要提高其腐蝕電位，由腐蝕陽(yáng)極成為陰極，隔絕電 解質(zhì)以免形成腐蝕電池。漆膜的耐腐蝕性一個(gè)重要原因就是涂層作為一種高聚 物薄膜，能夠不同程度地阻緩腐蝕因子水、氧所和離子的透過(guò)，從而發(fā)揮防銹 防腐蝕的作用。止匕外，涂層漆膜對(duì)腐蝕介質(zhì)的穩(wěn)定性，與底材的附著力以及相 應(yīng)的機(jī)械性能對(duì)于涂層的

33、防腐蝕性能都有著重要的影響。涂料對(duì)鋼鐵的保護(hù)作用主要有有三種，屏蔽作用、緩蝕作用和陰極保護(hù)作用。1 .屏蔽作用涂料經(jīng)過(guò)良好的施工，覆蓋在鋼鐵表面，能有效地隔絕鋼鐵與外界腐蝕環(huán)境的 接觸。也就是說(shuō)，涂料阻止了大氣中的氧氣、水汽和其它腐蝕性離子對(duì)鋼鐵的 侵蝕。所有涂料都有著基本的屏蔽作用。2 .緩蝕作用防銹底漆的防銹作用在很大程度上依靠防銹顏料的作用。銘酸鋅、磷酸鋅和紅丹等對(duì)鋼鐵有著緩蝕作用。以磷酸鋅為例，它具有形成堿式絡(luò)合物的能力，可 以與漆基的極性基團(tuán)（羥基或竣基）進(jìn)一步絡(luò)合，生成穩(wěn)定的交聯(lián)絡(luò)合物，不 僅增強(qiáng)了漆膜的耐水性和附著力，同時(shí)在鋼鐵表面形成了牢固的鐵一鋅一磷酸 鹽絡(luò)合物，阻止銹蝕的形

34、成和發(fā)展，降低鋼鐵的腐蝕速度。有關(guān)這一類防銹顏料的作用，請(qǐng)參考第二章橋梁重防腐涂料中有關(guān)“防銹 顏料”的說(shuō)明。3 .陰極保護(hù)作用利用鋅粉的陰極保護(hù)作用，制成的環(huán)氧富鋅漆和無(wú)機(jī)硅酸富鋅漆最具有最好的 防銹作用，是重防腐涂料體系中的首選底漆。高含量的鋅粉與鋼鐵緊密接觸， 由于鋅的電位比鋼鐵低，腐蝕電流就會(huì)從鋅流向鋼鐵，鋅粉首先被腐蝕從而就 保護(hù)了鋼鐵。鋅粉在大氣中的腐蝕產(chǎn)物為難溶堿式鹽，它們會(huì)填沒涂層中的空 隙，也具有保護(hù)作用。二.陰極保護(hù)電化學(xué)保護(hù)根據(jù)其原理，有陽(yáng)極保護(hù)和陰極保護(hù)兩種。陽(yáng)極保護(hù)主要是對(duì)鋼鐵進(jìn)行鈍化，保護(hù)其在強(qiáng)氧化性質(zhì)中不受腐蝕。例如在硝 酸中，鋼鐵一般會(huì)強(qiáng)烈腐蝕，但是當(dāng)硝酸濃度達(dá)

35、到 35%寸，腐蝕速度就會(huì)顯著 減小，達(dá)到60%寸，幾科不受腐蝕。此時(shí)，鋼鐵變得十分穩(wěn)定。這就是是陽(yáng)極 保護(hù)。陰極保護(hù)是使用鋼鐵成為陰極并極化，以減小防止腐蝕。它可以分成犧牲陽(yáng)極 保護(hù)和外加電流保護(hù)。犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，是采用一種比所要保護(hù)金屬的電位要負(fù)，即化學(xué)性質(zhì)更為活 潑的金屬或合金，與被保護(hù)的金屬聯(lián)結(jié)在一起，依靠該金屬或合金不斷的腐蝕 犧牲掉所產(chǎn)生的電流使其它金屬獲得陰極極化而受到保護(hù)。因而，這種自身腐 蝕的金屬或合金，稱之為犧牲陽(yáng)極。常見的犧牲陽(yáng)極材料有鋅基合金，鋁基合 金。外加電流陰極保護(hù)是由直流電源通過(guò)輔助陽(yáng)極對(duì)被保護(hù)體施加保護(hù)電流，使被 保護(hù)體成為陰極并獲得極化，從而免受腐蝕的一種保

36、護(hù)技術(shù)水泥中氯離子的危害及預(yù)防今年6月1日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通用硅酸鹽水泥(GB175-2007)正式實(shí)施， 這是我國(guó)水泥行業(yè)的一件大事，它涉及到水泥產(chǎn)品的生產(chǎn)、 流通、應(yīng)用、科研與設(shè)計(jì) 的各個(gè)方面。尤其是水泥生產(chǎn)企業(yè)，無(wú)論是產(chǎn)品品種的確定、配料方案的設(shè)計(jì)、化學(xué) 分析及物理檢驗(yàn)儀器設(shè)備的購(gòu)置、效驗(yàn)、使用，還是生產(chǎn)工藝過(guò)程中的技術(shù)參數(shù)調(diào)整 與控制，都必須進(jìn)行必要的變更與適應(yīng)，才可能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的正常平穩(wěn)過(guò)渡。氯鹽是廉價(jià)而易得的工業(yè)原料，它在水泥生產(chǎn)中具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 一方 面，它可以作為熟料煨燒的礦化劑，能夠降低燒成溫度，有利于節(jié)能高產(chǎn)；它也是有 效的水泥早強(qiáng)劑，不僅使水泥 3天強(qiáng)度提高50%以上，

37、而且可以降低混凝土中水的 冰點(diǎn)溫度，防止混凝土早期受凍；另一方面，氯離子又是混凝土中鋼筋銹蝕的重要因 素。由于鋼筋銹蝕是混凝土破壞的主要形式之一， 所以，各國(guó)對(duì)水泥中的氯離子含量 都作出了相應(yīng)的規(guī)定。氯離子的來(lái)源主要是原料、燃料、混合材料和外加劑，但由于熟料煨燒過(guò)程 中，氯離子大部分在高溫下?lián)]發(fā)而排出窯外， 殘留在熟料中的氯離子含量較少。如果 水泥中的氯離子含量過(guò)高，其主要原因是摻加了混合材料和外加劑(如：工業(yè)廢渣、 助磨劑等)。因此，在我國(guó)水泥新標(biāo)準(zhǔn)中增加了 “水泥生產(chǎn)中允許加入00.5 %在助磨劑和水泥中的氯離子含量必須0 0.06%”的要求，充分體現(xiàn)水泥行業(yè)對(duì)混凝土質(zhì)量 保證的承諾和責(zé)任心。鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素，是當(dāng)前最突出的工程問(wèn)題之一，已引起了各個(gè)國(guó)家的關(guān)注。大家不僅重視研究混凝土結(jié) 構(gòu)中的鋼筋銹蝕與防護(hù)問(wèn)題，并推出新的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法與監(jiān)控防護(hù)措施。鋼筋的腐蝕分為濕腐蝕和干腐蝕兩種。鋼筋在混凝土中的銹蝕是在有水分子 參與的條件下發(fā)生腐蝕，屬濕腐蝕。鋼筋的銹蝕過(guò)程是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。使鋼筋