鋼筋混凝土耐久性劣化模式及對策分析
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕問題屬于耐久性問題的范疇，通常是指環(huán)境中某些物質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)進行侵蝕，促使結(jié)構(gòu)功能劣化的過程。對于水泥混凝土結(jié)構(gòu)物來說，環(huán)境中的氧、氯鹽、硫酸鹽、鎂鹽，以及酸類物質(zhì)都是腐蝕性物質(zhì)，但是腐蝕方式互不相同，最終的腐蝕表現(xiàn)形式也互不一樣。
一、影響混凝土耐久性的劣化模式
（一）溶解氧腐蝕模式
1、碳化過程
通常情況下水泥混凝土具有保護鋼筋不被腐蝕的能力，因為硬化的水泥混凝土是高堿性物質(zhì)，PH值＞11.5，在這種環(huán)境下，鋼筋表面存在一層穩(wěn)定而致密的鈍化膜。鈍化膜對腐蝕性的介質(zhì)具有有效的隔離作用，能使鋼筋得到有效的保護。但是當外界因素使混凝土的PH值＜11.5時，鈍化膜就開始不穩(wěn)定，當PH值小于9.88時，鈍化膜生成困難或已經(jīng)生成的鈍化膜 開始逐漸破壞即“脫鈍”，致使鐵基體裸露，從而逐漸失去對鋼筋的保護作用。
碳化的過程就是空氣中CO2溶解于水中后進入混凝土內(nèi)部，消耗水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2生成碳酸鈣的過程。由于Ca（OH）2的持續(xù)消耗，混凝土的PH值持續(xù)下降，到了一定的程度將引起鋼筋的脫鈍。
碳化的速度取決于混凝土結(jié)構(gòu)保護層的厚度、混凝土的抗?jié)B性、混凝土的含氣量、空氣濕度、二氧化碳濃度等多種因素。一般情況下，碳化的深度和時間的平方根成正比，當環(huán)境的濕度為50%左右時混凝土的炭化速度最快，混凝土自身的抗?jié)B透性對炭化速度具有決定性的影響。
2、鋼筋表面的電池反應(yīng)過程
通常情況下，鋼筋表面的電位是不均勻的，沿鋼筋長度方向具有電勢差。當保護層被完全碳化后，空氣中的氧通過溶解滲透作用達到鋼筋的鐵基體表面將形成電化學作用，誘發(fā)鋼筋銹蝕，造成破壞。這種破壞模式的反應(yīng)式如下：
上式中氧化生成物Fe（OH）2的體積為原被腐蝕鐵基體體積的兩倍以上，生成后將對周圍混凝土形成很的膨脹力，即通常所說的鋼筋銹脹作用。鋼筋銹蝕通常從局部點蝕開始，數(shù)量逐步增多并擴展，最終形成片鋼筋銹蝕，鋼筋保護層剝落。通常情況下當環(huán)境相對濕度處于70～80%時最利于電化學反應(yīng)發(fā)生。
（二）由于氯鹽作用引起的鋼筋銹蝕破壞模式
氯鹽對鋼筋的腐蝕作用在原理上和溶解氧腐蝕有共同之處，都由鋼筋脫鈍和電化學反應(yīng)兩個過程構(gòu)成，但在作用的細節(jié)上卻存在較差異，主要表現(xiàn)為：1、 Cl-加速了局部鋼筋鈍化膜的破壞速度；2、由于Cl-的參與加速了電池反應(yīng)的速度。正是由于以上作用特點，在有Cl-存在的情況下，鋼筋銹蝕的速度加快了，并且發(fā)生了更為不利的點蝕現(xiàn)象，嚴重削弱了鋼筋的承載力和延性。所以氯鹽腐蝕作用一旦發(fā)生，其危害程度遠超過溶解氧引起的鋼筋銹蝕作用。
Fe+O2+O2H→Ｆe（OH）2
由于Cl-離子來源廣泛，以及其對鋼筋造成的銹蝕影響的嚴重性，被工程界公認為導(dǎo)致混凝土破壞頻率最高的因素。
（三）硫酸鹽腐蝕引起的混凝土破壞模式
硫酸鹽腐蝕混凝土的過程比較復(fù)雜，但總體上看，主要由硫酸鹽和Ca（OH）2反應(yīng)生成石膏（硫酸鈣）的過程以及石膏和水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）生成的過程兩部分構(gòu)成，其中又包含了許多次生的過程。
混凝土發(fā)生硫酸鹽腐蝕破壞表現(xiàn)的特征為表面發(fā)白，損害從棱角處開始，隨后裂縫開展并造成混凝土表面剝落，最終使混凝土成為一種易碎，甚至松散的狀態(tài)。硫酸鹽腐蝕的速度隨其溶液的濃度增而加快。如果混凝土處于干濕循環(huán)的狀態(tài)，將有利于生成物的溶出和反應(yīng)物的滲入，配合以干縮濕脹的作用，將加劇硫酸鹽腐蝕。
（四）凍融和鹽凍作用破壞模式
凍融破壞型式是受潮混凝土在負溫條件下，由于水分結(jié)冰——融化反復(fù)作用造成的混凝土的破壞型式。混凝土受凍破壞的原理是水分結(jié)冰膨脹和相伴的由于水分遷移形成的滲透壓作用。當水分中含有鹽份時，這種破壞作用會顯著加劇。
鹽凍作用是指在負溫條件下鹽水對混凝土的凍融破壞作用。通常情況下，氯鹽對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是通過腐蝕混凝土中的鋼筋形成的，但鹽凍作用是氯鹽對混凝土本體形成的腐蝕作用。
（五）堿骨料反應(yīng)破壞模式
堿骨料反應(yīng)是混凝土原材料（主要是水泥、活性摻合料和外加劑）攜帶的可熔性堿在有水的作用下和骨料中含有的堿活性物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)。這種反應(yīng)會在骨料界面，有時也可能在裂隙內(nèi)，生成可吸水腫脹的凝膠或體積膨脹的晶體，使混凝土發(fā)生膨脹開裂。
一般把堿骨料反應(yīng)分為兩類：一類是堿-硅酸反應(yīng)，是指堿和骨料中的活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅凝膠，吸水腫脹導(dǎo)致混凝土膨脹或開裂。另一類是堿-碳酸鹽反應(yīng)，是指堿與骨料中的微晶白云石反應(yīng)生成水鎂石和方解石晶體，使骨料膨脹，進而使混凝土膨脹開裂。
一、影響混凝土耐久性的劣化模式
（一）溶解氧腐蝕模式
1、碳化過程
通常情況下水泥混凝土具有保護鋼筋不被腐蝕的能力，因為硬化的水泥混凝土是高堿性物質(zhì)，PH值＞11.5，在這種環(huán)境下，鋼筋表面存在一層穩(wěn)定而致密的鈍化膜。鈍化膜對腐蝕性的介質(zhì)具有有效的隔離作用，能使鋼筋得到有效的保護。但是當外界因素使混凝土的PH值＜11.5時，鈍化膜就開始不穩(wěn)定，當PH值小于9.88時，鈍化膜生成困難或已經(jīng)生成的鈍化膜 開始逐漸破壞即“脫鈍”，致使鐵基體裸露，從而逐漸失去對鋼筋的保護作用。
碳化的過程就是空氣中CO2溶解于水中后進入混凝土內(nèi)部，消耗水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2生成碳酸鈣的過程。由于Ca（OH）2的持續(xù)消耗，混凝土的PH值持續(xù)下降，到了一定的程度將引起鋼筋的脫鈍。
碳化的速度取決于混凝土結(jié)構(gòu)保護層的厚度、混凝土的抗?jié)B性、混凝土的含氣量、空氣濕度、二氧化碳濃度等多種因素。一般情況下，碳化的深度和時間的平方根成正比，當環(huán)境的濕度為50%左右時混凝土的炭化速度最快，混凝土自身的抗?jié)B透性對炭化速度具有決定性的影響。
2、鋼筋表面的電池反應(yīng)過程
通常情況下，鋼筋表面的電位是不均勻的，沿鋼筋長度方向具有電勢差。當保護層被完全碳化后，空氣中的氧通過溶解滲透作用達到鋼筋的鐵基體表面將形成電化學作用，誘發(fā)鋼筋銹蝕，造成破壞。這種破壞模式的反應(yīng)式如下：
上式中氧化生成物Fe（OH）2的體積為原被腐蝕鐵基體體積的兩倍以上，生成后將對周圍混凝土形成很的膨脹力，即通常所說的鋼筋銹脹作用。鋼筋銹蝕通常從局部點蝕開始，數(shù)量逐步增多并擴展，最終形成片鋼筋銹蝕，鋼筋保護層剝落。通常情況下當環(huán)境相對濕度處于70～80%時最利于電化學反應(yīng)發(fā)生。
（二）由于氯鹽作用引起的鋼筋銹蝕破壞模式
氯鹽對鋼筋的腐蝕作用在原理上和溶解氧腐蝕有共同之處，都由鋼筋脫鈍和電化學反應(yīng)兩個過程構(gòu)成，但在作用的細節(jié)上卻存在較差異，主要表現(xiàn)為：1、 Cl-加速了局部鋼筋鈍化膜的破壞速度；2、由于Cl-的參與加速了電池反應(yīng)的速度。正是由于以上作用特點，在有Cl-存在的情況下，鋼筋銹蝕的速度加快了，并且發(fā)生了更為不利的點蝕現(xiàn)象，嚴重削弱了鋼筋的承載力和延性。所以氯鹽腐蝕作用一旦發(fā)生，其危害程度遠超過溶解氧引起的鋼筋銹蝕作用。
Fe+O2+O2H→Ｆe（OH）2
由于Cl-離子來源廣泛，以及其對鋼筋造成的銹蝕影響的嚴重性，被工程界公認為導(dǎo)致混凝土破壞頻率最高的因素。
（三）硫酸鹽腐蝕引起的混凝土破壞模式
硫酸鹽腐蝕混凝土的過程比較復(fù)雜，但總體上看，主要由硫酸鹽和Ca（OH）2反應(yīng)生成石膏（硫酸鈣）的過程以及石膏和水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）生成的過程兩部分構(gòu)成，其中又包含了許多次生的過程。
混凝土發(fā)生硫酸鹽腐蝕破壞表現(xiàn)的特征為表面發(fā)白，損害從棱角處開始，隨后裂縫開展并造成混凝土表面剝落，最終使混凝土成為一種易碎，甚至松散的狀態(tài)。硫酸鹽腐蝕的速度隨其溶液的濃度增而加快。如果混凝土處于干濕循環(huán)的狀態(tài)，將有利于生成物的溶出和反應(yīng)物的滲入，配合以干縮濕脹的作用，將加劇硫酸鹽腐蝕。
（四）凍融和鹽凍作用破壞模式
凍融破壞型式是受潮混凝土在負溫條件下，由于水分結(jié)冰——融化反復(fù)作用造成的混凝土的破壞型式。混凝土受凍破壞的原理是水分結(jié)冰膨脹和相伴的由于水分遷移形成的滲透壓作用。當水分中含有鹽份時，這種破壞作用會顯著加劇。
鹽凍作用是指在負溫條件下鹽水對混凝土的凍融破壞作用。通常情況下，氯鹽對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是通過腐蝕混凝土中的鋼筋形成的，但鹽凍作用是氯鹽對混凝土本體形成的腐蝕作用。
（五）堿骨料反應(yīng)破壞模式
堿骨料反應(yīng)是混凝土原材料（主要是水泥、活性摻合料和外加劑）攜帶的可熔性堿在有水的作用下和骨料中含有的堿活性物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)。這種反應(yīng)會在骨料界面，有時也可能在裂隙內(nèi)，生成可吸水腫脹的凝膠或體積膨脹的晶體，使混凝土發(fā)生膨脹開裂。
一般把堿骨料反應(yīng)分為兩類：一類是堿-硅酸反應(yīng)，是指堿和骨料中的活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅凝膠，吸水腫脹導(dǎo)致混凝土膨脹或開裂。另一類是堿-碳酸鹽反應(yīng)，是指堿與骨料中的微晶白云石反應(yīng)生成水鎂石和方解石晶體，使骨料膨脹，進而使混凝土膨脹開裂。
