鋼筋混凝土結構物的防腐技術
發布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：提出了鋼筋混凝土防腐技術和預防措施，并對混凝土中的Cl－含量確定了量化指標，通過試驗驗證了7種混凝土外加劑均能減緩氯鹽對鋼筋的腐蝕速度，強調了應建立有關融雪、破冰劑的技術質量標準和試驗規程。
1、鋼筋在氯鹽環境中的防腐技術與預防措施
1.1防腐技術
研究防腐技術的目的，在于使結構物從投入使用，到內部的鋼筋開始銹蝕的時間盡可能的接近設計壽命。要想完全避免Cl－的腐蝕，最理想的方法就是從根本上保證混凝土與氯鹽環境隔絕，事實上這是不可能的。重要的是如何有效地控制氯鹽的總量，使之限定在規定的范圍之內。依據鋼筋在氯鹽環境中的電化學行為的研究結果和腐蝕機理，認為凡是能夠有效的阻止混凝土PH值下降、保證鋼筋界面上的鈍化膜不活化、維持界面雙電層的電位恒定、避免鋼筋表面去極化的發生，就能夠有效地控制腐蝕的發生，也即防腐技術。本文就防腐技術歸納如下：
（1）混凝土中Cl－總量限定值
所謂“限定值”是指混凝土中所允許的最值。研究表明，Cl－的總量限定值應小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合為0.55kg／m3，該值相當于美國（ACI）的限定值，比日本土木學會的規范值低8％，研究結果與美、日發達國家規范值基本上是一致的。此外Cl－的總量還直接影響著其在混凝土中的擴散速率，擴散過程可用下列方程描述：
（2）可利用正態分布求出。這樣，利用擴散方程可以將Cl－擴散與使用年限建立起關系，進而據此進行混凝土耐久性設計或檢驗評估，同時也確定了擴散速率與Cl－濃度的關系。
（3）限定鋼筋界面的電流密度和酸堿度
限定鋼筋界面的電流密度是保證電位恒定的基本指標，即鋼筋界面保護膜鈍化狀態向活化狀態轉化的臨界值。該臨界值不小于10A／cm2.而強堿性則是鋼筋界面保護膜的最佳環境條件，酸堿度的最佳值不小于11.5.
（4）限定混凝土裂縫寬度和水膠比
混凝土裂縫使腐蝕介質通過混凝土保護層，進入到鋼筋表面。必須對混凝土保護層裂縫的寬度加以限制，對高性能混凝土裂縫的限定值為0.2mm.對普通混凝土該值要適當減小。而對混凝土本身要減小Cl－的擴散速度，必須減小混凝土的滲透性，控制混凝土滲透性最有效的方法是控制其水膠比，一般限制在0.35～0.45.
1.2預防措施
（1）嚴把檢測關、增厚保護層
建議質檢部門把“新拌砂漿法”和“硬拌砂漿法”作為工程質檢的必測過程。使原材料中所含氯鹽總量控制在限定值之內。而僅僅靠自身帶入的氯離子不足以造成鋼筋的銹蝕。在此基礎上適當提高保護層的厚度。量工程實踐和試驗表明，處于氯鹽環境中的混凝土表面12mm深度內的氯離子濃度遠遠高于25～50mm深度范圍。因此在氯鹽環境中的工程，混凝土保護層的厚度應不小于38mm，最好是不小于50mm，考慮到施工偏差，設計保護層厚度應選擇65mm.
（2）優選原材料和阻銹劑
在選擇水泥時盡量選擇礦渣、火山灰、粉煤灰水泥。這些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能夠預防氯鹽對水泥石的溶解和溶出，并防止氯鹽與水泥石發生堿集料反應，生成低強度、低膠結力的膨脹鹽，以及由此產生的混凝土松散、露骨和脫落。粗骨料應盡量選擇高堿性的碳酸巖碎石，它一方面能與水泥有高強度的膠結力，另一方面能形成高堿性的環境，使鋼筋界面的鈍化膜長期處于鈍化態。細骨料要盡量采用河砂以防止海砂帶入氯鹽。在此基礎上優選適合于工程特點的鋼筋阻銹劑，建議使用NaNO2復合型阻銹劑，這種堿性阻銹劑在堿性環境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－離子對鋼筋的腐蝕。
（3）采用三組分膠結材料及涂層
降低腐蝕介質在混凝土中的滲透性，是防止Cl－進入鋼筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中摻加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨細礦渣。水泥、微硅粉、粉煤灰稱為三組分膠結材料。三組分材料制成的混凝土，具有極低的滲透性并具有很高的抗Cl－滲透能力，同時具有低熱、經濟等優點。微硅粉可以提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及總堿量，從而避免堿集料反應發生。此外混凝土表面涂層是防止鋼筋銹蝕的第一道防線。混凝土表面的涂層能在一定時期內有效防止腐蝕介質浸入，但因其使用壽命的限制，而不能廣泛使用。目前與混凝土壽命匹配的水泥基聚合物涂層、砂漿層成為混凝土表面保護層的首選。
（4）禁止使用含氯鹽的融雪、化冰劑
對于已成型的結構物而言最重要的是禁止在結構物表面直接接觸氯鹽。我國長江以北地區噴灑氯鹽融雪化冰的勢頭有增無減，因此有必要建立一套關于融雪化冰劑的檢測規程和技術標準，授權于相關質檢部門對市場上的所有融雪劑進行強制性檢查，合格者進入市場，CI－超標者禁止進入市場。
2、結語
（1）混凝土中的鋼筋銹蝕已構成影響鋼筋混凝土結構物耐久性的最主要原因，給世界各國造成了巨損失。必須認識到防腐技術和預防措施的緊迫性。
（2）以氯鹽作為融雪、破冰劑的屢禁不止，是導致結構物過早破壞的直接原因。有關部門必須把預防鋼筋銹蝕的具體措施落實到實處。如能將鋼筋銹蝕快速試驗方法應用到每一個工程施工的全過程，將給防腐技術帶來一次革命，必將帶來巨而又長遠的經濟效益。
1、鋼筋在氯鹽環境中的防腐技術與預防措施
1.1防腐技術
研究防腐技術的目的，在于使結構物從投入使用，到內部的鋼筋開始銹蝕的時間盡可能的接近設計壽命。要想完全避免Cl－的腐蝕，最理想的方法就是從根本上保證混凝土與氯鹽環境隔絕，事實上這是不可能的。重要的是如何有效地控制氯鹽的總量，使之限定在規定的范圍之內。依據鋼筋在氯鹽環境中的電化學行為的研究結果和腐蝕機理，認為凡是能夠有效的阻止混凝土PH值下降、保證鋼筋界面上的鈍化膜不活化、維持界面雙電層的電位恒定、避免鋼筋表面去極化的發生，就能夠有效地控制腐蝕的發生，也即防腐技術。本文就防腐技術歸納如下：
（1）混凝土中Cl－總量限定值
所謂“限定值”是指混凝土中所允許的最值。研究表明，Cl－的總量限定值應小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合為0.55kg／m3，該值相當于美國（ACI）的限定值，比日本土木學會的規范值低8％，研究結果與美、日發達國家規范值基本上是一致的。此外Cl－的總量還直接影響著其在混凝土中的擴散速率，擴散過程可用下列方程描述：
（2）可利用正態分布求出。這樣，利用擴散方程可以將Cl－擴散與使用年限建立起關系，進而據此進行混凝土耐久性設計或檢驗評估，同時也確定了擴散速率與Cl－濃度的關系。
（3）限定鋼筋界面的電流密度和酸堿度
限定鋼筋界面的電流密度是保證電位恒定的基本指標，即鋼筋界面保護膜鈍化狀態向活化狀態轉化的臨界值。該臨界值不小于10A／cm2.而強堿性則是鋼筋界面保護膜的最佳環境條件，酸堿度的最佳值不小于11.5.
（4）限定混凝土裂縫寬度和水膠比
混凝土裂縫使腐蝕介質通過混凝土保護層，進入到鋼筋表面。必須對混凝土保護層裂縫的寬度加以限制，對高性能混凝土裂縫的限定值為0.2mm.對普通混凝土該值要適當減小。而對混凝土本身要減小Cl－的擴散速度，必須減小混凝土的滲透性，控制混凝土滲透性最有效的方法是控制其水膠比，一般限制在0.35～0.45.
1.2預防措施
（1）嚴把檢測關、增厚保護層
建議質檢部門把“新拌砂漿法”和“硬拌砂漿法”作為工程質檢的必測過程。使原材料中所含氯鹽總量控制在限定值之內。而僅僅靠自身帶入的氯離子不足以造成鋼筋的銹蝕。在此基礎上適當提高保護層的厚度。量工程實踐和試驗表明，處于氯鹽環境中的混凝土表面12mm深度內的氯離子濃度遠遠高于25～50mm深度范圍。因此在氯鹽環境中的工程，混凝土保護層的厚度應不小于38mm，最好是不小于50mm，考慮到施工偏差，設計保護層厚度應選擇65mm.
（2）優選原材料和阻銹劑
在選擇水泥時盡量選擇礦渣、火山灰、粉煤灰水泥。這些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能夠預防氯鹽對水泥石的溶解和溶出，并防止氯鹽與水泥石發生堿集料反應，生成低強度、低膠結力的膨脹鹽，以及由此產生的混凝土松散、露骨和脫落。粗骨料應盡量選擇高堿性的碳酸巖碎石，它一方面能與水泥有高強度的膠結力，另一方面能形成高堿性的環境，使鋼筋界面的鈍化膜長期處于鈍化態。細骨料要盡量采用河砂以防止海砂帶入氯鹽。在此基礎上優選適合于工程特點的鋼筋阻銹劑，建議使用NaNO2復合型阻銹劑，這種堿性阻銹劑在堿性環境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－離子對鋼筋的腐蝕。
（3）采用三組分膠結材料及涂層
降低腐蝕介質在混凝土中的滲透性，是防止Cl－進入鋼筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中摻加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨細礦渣。水泥、微硅粉、粉煤灰稱為三組分膠結材料。三組分材料制成的混凝土，具有極低的滲透性并具有很高的抗Cl－滲透能力，同時具有低熱、經濟等優點。微硅粉可以提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及總堿量，從而避免堿集料反應發生。此外混凝土表面涂層是防止鋼筋銹蝕的第一道防線。混凝土表面的涂層能在一定時期內有效防止腐蝕介質浸入，但因其使用壽命的限制，而不能廣泛使用。目前與混凝土壽命匹配的水泥基聚合物涂層、砂漿層成為混凝土表面保護層的首選。
（4）禁止使用含氯鹽的融雪、化冰劑
對于已成型的結構物而言最重要的是禁止在結構物表面直接接觸氯鹽。我國長江以北地區噴灑氯鹽融雪化冰的勢頭有增無減，因此有必要建立一套關于融雪化冰劑的檢測規程和技術標準，授權于相關質檢部門對市場上的所有融雪劑進行強制性檢查，合格者進入市場，CI－超標者禁止進入市場。
2、結語
（1）混凝土中的鋼筋銹蝕已構成影響鋼筋混凝土結構物耐久性的最主要原因，給世界各國造成了巨損失。必須認識到防腐技術和預防措施的緊迫性。
（2）以氯鹽作為融雪、破冰劑的屢禁不止，是導致結構物過早破壞的直接原因。有關部門必須把預防鋼筋銹蝕的具體措施落實到實處。如能將鋼筋銹蝕快速試驗方法應用到每一個工程施工的全過程，將給防腐技術帶來一次革命，必將帶來巨而又長遠的經濟效益。
