钢筋锈蚀的防护

  提高混凝土的保护层厚度  

 

    关于混凝土表面裂缝及裂缝宽度对混凝土内钢筋的腐蚀速率的影响存在2种观点。 第一种观点认为，裂缝的产生增加了腐蚀性介质的渗入，加速了混凝土内钢筋腐蚀速率；第二种观点认为，裂缝对混凝土内钢筋腐蚀速率并不产生重要影响，裂缝仅使腐蚀的时间提前，钢筋腐蚀的速率只取决于阴、阳极之间的电阻率及阴极处的供氧量，腐蚀速率与裂缝宽度无直接关系。

  目前一致的观点是：适当增加钢筋保护层厚度，能显著降低钢筋腐蚀速率，提高混凝土的耐久性。因为增加保护层厚度可以降低阴极区的O2以及有害离子 （如Cl-）在混凝土中的扩散系数，有利于保护钢筋。但保护层厚度也不能无限增大，从保证钢筋与混凝土之间有效粘结及防止混凝土表面干缩裂缝的角度考虑，混凝土保护层厚度一般不要超过80~100mm.

  加入缓蚀剂

  在拌制混凝土时加入缓蚀剂可提高混凝土的抗蚀能力，添加缓蚀剂被认为是最简单、经济、方便和有效果的技术。

  钢筋缓蚀剂已被美国混凝土学会（ACI318）确定为钢筋保护的3大长期有效措施 （钢筋缓蚀剂、环氧涂层钢筋、阴极保护 ）之一。钢筋缓蚀剂之所以能保护钢筋，主要是因为它能抑制、阻止并延缓钢筋腐蚀的电化学过程。在混凝土中加入钢筋阻锈剂主要起到2个方面作用：一方面推迟了钢筋开始锈蚀的时间；另一方面减缓了钢筋锈蚀发展的速度。一般来说，混凝土中缓蚀剂的含量越多，容许进入（而又不致钢筋腐蚀）的氯离子的量就越高。这就提高了氯离子腐蚀钢筋的"临界值".综合结果是缓蚀剂推迟了"盐害"发生的时间并减缓了其发展速度，从而达到延长结构物使用寿命的目的。

  缓蚀剂通常可作为外加剂掺加到混凝土中或涂敷在混凝土表面，它可分为几大类。

  （一）无机缓蚀剂

  （1） 重铬酸钾。加入0. 1%重铬酸钾可使钢筋表面形成很薄的γ-Fe2O3 · Cr2O3 氧化钝膜。该法使用经济，但存在环境污染和致癌性，现已禁用。

  （2） 亚硝酸盐。这是一类十分有效而且价格较低的缓蚀剂，它不会对混凝土性能产生不利影响，也不会引发碱骨料反应，因而得到广泛应用。近年来，由于它自身的毒性和疑致癌性，有些国家也已禁止使用。

  （3） 钼酸盐。钼酸盐以其低毒、无公害、优异的抗氯离子侵蚀能力等倍受关注。钼酸盐缓蚀作用也是在钢筯表面形成Fe - MoO4 - Fe2O3钝化膜，此膜十分致密，隔离了钢筋表面的氯离子。由于钼酸盐价格相对较高，现基本上与其他缓蚀剂混配使用。

  （4） 聚磷酸盐。聚磷酸盐中广泛应用的为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。其缓蚀机理主要是在水中有溶解氧存在下，它在促进钢表面上生成γ - Fe2O3的同时，可与两种金属形成化合物沉积在钢表面形成保护膜。目前该类盐常与其他缓蚀剂混配使用。

  （二）有机缓蚀剂

  （1） 有机磷缓蚀剂。有机磷缓蚀剂如 HEDP、EDTMP等比无机磷酸盐缓蚀效果更好。它可与锌盐配合进一步提高缓蚀效果。

  （2） 有机含氮化合物。这类化合物包括脂肪胺、芳香胺、一元胺、二元胺或聚胺以及它们的盐等。这类缓蚀剂分子中均含氮元素，使之易吸附在钢表面。以十二胺为例，它可在碳钢表面形成单分子吸附膜，一方面使腐蚀反应活化能升高，减缓腐蚀速度；另一方面，它在钢表面形成一层疏水性膜，一个胺分子平均取代2.32个水分子，从而阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移，也使腐蚀速度减缓。

  （三） 混合缓蚀剂

  实际钢筋混凝土防护体系中，单一缓蚀剂往往起不到很好的缓蚀效果，要达到理想的防腐目标，常常使用复配技术，将无机、有机缓蚀剂混合使用。缓蚀剂间协同效应有利于改变金属表面状态，降低缓蚀剂用量，减少毒性，达到提高防护效率和改善生产环境的双重目的。近年来，国际上流行的迁移性缓蚀剂 （MCI） 就是一种新型混合缓蚀剂，它直接涂覆于混凝土表面，通过气相和液相扩散到钢筋表面形成吸附膜，从而产生阻锈作用。迁移型阻锈剂并不降低混凝土的力学性能，和易性，吸水性等物理性能也没有任何改变。相反可以提高混凝土的高温（可达60℃）拉伸强度、弯曲强度；电化学研究表明，迁移型阻锈剂可显著降低腐蚀速度，且这种作用对低强混凝土比对高强混凝土更明显。

  对以下几种情况宜使用钢筋阻锈剂：海工混凝土结构，北方地区使用化冰盐的道路及其周围的建筑物，沿海地区使用海砂的建筑物、盐湖、盐渍土地区的建筑物，使用低碱水泥的建筑物。

  钢筋的表面防护

 

镀锌

  钢筋的表面防护可分为金属的表面防护和非金属的表面防护。镀锌是常用的金属表面防护措施。它既可以使钢筋和外界环境隔离，又可起到牺牲阳极的保护作用。非金属表面防护主要是采用有环氧和聚合物树脂等，其中环氧涂层钢筋被认为是防止钢筋腐蚀的有效措施之一，在国内外工程中得到比较广泛的应用。

  电化学保护法

  电化学保护法是使金属极化到免疫区或钝化区而得到保护，可分为阴极保护和阳极保护法。阴极保护法是一种经济而有效的防护措施，其保护的效果已被大量的工程实践所证实，并得到美国混凝土协会（ACI）和美国腐蚀工程师协会的认可。该方法适用的环境条件主要有土壤腐蚀环境、海水环境等，特别是在对使用年限有要求的海工构筑物中。因为这些环境中的介质通常具有良好的导电性。所以对于地下的钢筋混凝土基础设施以及海洋工程中的下部结构具备阴极保护的应用条件。此外，阴极保护与其他许多防腐措施是相容的，同时使用可对混凝土结构起到叠加保护作用。阴极保护法又可分为牺牲阳极和外加电流法。

  而将被保护的金属设备与外加直流电源的正极相连，在腐蚀介质中使其阳极极化到稳定的钝化区，金属设备得到保护，这种方法称为阳极保护法。这是一种较新的防护技术，目前已取得了很好的效果。

  选用耐腐蚀的钢材

  采用奥氏不锈钢或双相不锈钢钢筋来代替普通碳钢钢筋，借助不锈钢优良的耐蚀性能，腐蚀速度大大降低，从而延缓混凝土结构的腐蚀破坏。这种钢筋的价格是普通碳素钢的4~6倍，但它长期的耐腐蚀性足以补偿初期投入的成本。无论混凝土种类和暴露状态，采用这种钢筋的混凝土保护层厚度可降低30mm;裂缝宽度允许值放宽到0.3mm;并不需要对不锈钢筋进行硅处理。国外有研究表明，不锈钢筋不需任何维护，在极其恶劣的海洋腐蚀环境中，可达到 60年不损坏。

  此外，也可以采用玻璃纤维或碳素纤维强化的塑料"钢筋",具有取代普通钢筋的潜力，彻底摆脱钢筋锈蚀引起的混凝土结构开裂、剥落、破坏的可能。

 
 

 

 

 

 

钢筋混凝土结构