混凝土腐蚀的机理——钢筋的腐蚀

钢筋混凝土是现代社会应用最广泛的建筑材料，由水泥、砂、石子和水按一定比例混合而成，并用钢筋强化。混凝土的作用主要体现在两个方面：承重及保护钢筋。单纯钢筋的耐腐蚀性能差，但在混凝土中却具有良好的抗腐蚀特性。水泥中的氧化钙会水解生成氢氧化钙，因而混凝土孔内溶液的pH 在12～14 之间，结果使钢筋表面发生钝化。钢筋混凝土结构承受各种静荷载、动荷载的同时，受到环境中物理化学因素的影响。钢筋混凝土的腐蚀破坏来自于钢筋和混凝土两部分。

美国标准局1975 年的调查表明，美国全年各种腐蚀损失为700 亿美元，其中混凝土中钢筋腐蚀损失占40%。目前美国的近60万座桥梁中，50%以上出现腐蚀破坏，40%承载力不足和必须修复、加固处理。有近10万座钢筋腐蚀严重。现在美国每4 座钢筋混凝土公路桥中，就有一座因钢筋锈蚀而严重损坏。在英国，需要重修或大修的钢筋混凝土结构占36%；据1986 年报导，日本运输省检查103 座混凝土海港码头发现，凡是有20年以上历史的，都有相当大的顺筋开裂，需要修补。香港房屋管理局1989 年调查过1000 栋公寓，其中156 栋需要修补，主要原因是混凝土碳化和厕所用海水冲洗系统的渗漏。在我国，据调查，腐蚀破坏的程度比欧美更为严重。河海大学等单位于80 年代初对国内水工建筑物、港口、码头等的使用情况进行了调查，发现使用了10～30年的水工建筑物有近60%出现了钢筋锈蚀破坏，使用了7～25年的海港码头有近90% 出现了钢筋锈蚀破坏。80年代修建的码头，据专家预测，使用寿命仅在30 年左右。而进入90 年代，钢筋锈蚀问题更加严重。近年来，由于钢筋锈蚀而使建筑物未达到设计使用年限就提前破坏，甚至发生灾难性后果的现象时有发生，因此钢筋锈蚀的防护问题，已经受到我国工程界的普遍关注和重视。

钢筋的腐蚀，尤其当有氯离子存在时，是混凝土结构腐蚀破坏的主要原因。氯离子对混凝土的破坏：一方面表现在氯离子可在水泥混凝土中成盐结晶，体积膨胀，从而使水泥混凝土开裂；另一方面，氯离子可破坏钝化层，对钢筋形成点蚀。混凝土中氯离子的来源包括：在混凝土制作过程中进入的，例如以海砂为细骨料、用海水拌和、以氯化钙作为防冻剂以及使用其它含氯添加剂，通常要求混凝土拌和物由各种原材料引入的氯离子总质量不超过胶凝材料总量的0. 1%。更多的情况则是因为构件处于含氯环境中，主要是在空气和环境中富含氯离子的沿海地区和在使用去冰盐化冰的地区。氯离子引发钢筋锈蚀存在着一个临界浓度，如应该满足Cl- / OH-≥0.61，或者当混凝土中氯离子的含量达到0. 3～0.16kg/ m3，就会发生明显的锈蚀。氯离子扩散系数是衡量混凝土抵抗氯离子侵蚀能力、防止钢筋锈蚀的一项重要指标。氯离子扩散系数(D)评价标准为:

D< 2×10^-12m² / s   抗氯离子渗透性能非常好

D< 8×10^-12m² / s   抗氯离子渗透性能较好

D< 16×10^-12m² / s 抗氯离子渗透性能一般

D> 16×10^-12m² / s 不适用于严酷环境

当钢筋混凝土中有杂散电流通过时(如电气化铁路，地铁等)，杂散电流亦可导致钢筋锈蚀。

根据国内外海工混凝土结构的使用经验，混凝土结构中钢筋腐蚀最严重的是浪溅区，依次是水位变动区、大气区，水下区由于缺乏供氧条件，钢筋腐蚀极为缓慢。因此，在设计海工混凝土结构时应根据各部分所处的环境，考虑不同的防腐蚀要求。