鋼筋混凝土結構的腐蝕及預防淺析
鋼筋混凝土結構的腐蝕及預防淺析
摘 要：鋼筋混凝土結構的耐久性和可靠性是建筑工程重要的質量指標，而腐蝕是對其產生影響的重要因素。在實際工程中，由腐蝕帶來的各種問題是建筑工程人員最為關注的問題之一。該文在分析鋼筋混凝土各種腐蝕原因與機理的基礎上，論述了預防鋼筋混凝土結構腐蝕的各項措施，為在工程中有針對性地使用腐蝕預防措施，保證工程質量提供有效的參考。
關鍵詞：鋼筋混凝土 腐蝕 預防措施
鋼筋混凝土結構的腐蝕，是指其與所處環境間產生了各種物理或化學反應，進而引起的材料本身性質的變化。隨著建筑工程技術的不斷進步，人們對建筑工程質量的要求也越來越高，腐蝕現象已成為建筑工程人員最為關注的問題之一。在建筑工程中，鋼筋混凝土結構是最常用的結構形式，而腐蝕對其耐久性與可靠性造成了嚴重影響[1]，給建筑物帶來了不確定的安全隱患。由于鋼筋混凝土是氣、水、固三態混合而成的復雜體系，所以多種因素都會引起腐蝕現象。因此，全面了解各種環境下鋼筋混凝土結構的腐蝕原因與機理，有針對性地使用正確適當的腐蝕預防措施，對于保證工程質量和延長建筑物使用壽命都具有重大意義。
1 鋼筋混凝土結構的腐蝕原因與機理
鋼筋混凝土結構是由鋼筋和混凝土復合而成，環境對這兩部分的腐蝕是造成鋼筋混凝土結構損壞的重要因素，其腐蝕的成因與機理主要包括以下幾種。
1.1 混凝土的中性化
中性化現象是指空氣中的二氧化碳與水泥水化反應生成的氫氧化鈣發生反應，生成碳酸鈣沉淀而導致混凝土孔隙溶液pH值降至9以下的現象。一般而言，中性化也包括其他礦物導致pH值下降的碳化。發生中性化的混凝土會變得致密且重量增加，進而產生一些細微的龜裂。當中性化發展至混凝土內部的鋼筋表面時，低pH值將破壞鋼筋鈍化膜賴以維持的堿性環境，在滲入的氧氣和濕氣共同作用下，就引發了鋼筋的腐蝕。
1.2 氯離子的侵蝕
鋼筋混凝土中的氯離子有自由態和化合態兩種，只有自由態氯離子才會造成鋼筋混凝土結構的腐蝕。游離的氯離子會和水形成鹽酸，然后與混凝土中的氫氧化鈣反應，使混凝土的密實性大大降低。另外，氯離子也是很強的去鈍化劑，在其到達鋼筋表面時，將會嚴重破壞鈍化膜，造成鋼筋的腐蝕，腐蝕后形成的氧化物會導致體積膨脹2.5～4倍，在混凝土內部產生超出其所能承受的拉應力，導致混凝土產生張力裂縫，降低鋼筋與混凝土的握裹力，引起鋼筋混凝土結構的承載力下降，嚴重的甚至使鋼筋混凝土局部的保護層產生脫落。
1.3 混凝土的凍融破壞
混凝土的凍融破壞是指混凝土中的水在低溫下受凍結冰膨脹，在混凝土內部產生超過混凝土承受強度的應力，而對其結構產生的破壞。混凝土的凍融破壞屬于物理腐蝕，位于北方地區的建筑鋼筋混凝土經常會發生這種腐蝕。在反復凍融破壞的循環作用下，混凝土內部的損傷會不斷累積，最終形成表面剝蝕和凍脹開裂兩種破壞結果。表面剝蝕是由于混凝土毛細管中的水分從內部熱端向表面冷端遷移，而導致表層先受凍，在多次受凍后表面會發生逐層剝離。凍脹開裂是由于水在混凝土毛細孔中結冰，體積膨脹導致的混凝土開裂。混凝土的凍融破壞嚴重危害建筑物的安全性。
1.4 堿集料反應
堿集料反應是指混凝土原材料中的堿性物與集料中的活性成分發生化學反應，生成的吸水膨脹物產生混凝土內部應力導致開裂的現象[2]。其中堿性物主要來自水泥熟料和外加劑;集料中活性成分主要是二氧化硅、硅酸鹽和碳酸鹽等，故混凝土堿集料反應有堿―硅反應，堿―硅酸鹽反應和堿―碳酸鹽反應三種，其中的堿―硅反應最為常見。堿集料反應一般多為混凝土成型若干年后逐漸發生，當裂縫出現后，隨著空氣、水和二氧化碳等的侵入，混凝土碳化和鋼筋銹蝕等又會使裂縫進一步擴大;在寒冷地區，還會使凍融破壞加速，最終將導致鋼筋混凝土結構的綜合性破壞。
2 預防鋼筋混凝土結構腐蝕的措施
恰當選擇防腐蝕材料，合理運用防腐蝕措施，都可以有效防止鋼筋混凝土結構腐蝕的發生，延長建筑物的壽命。
2.1 使用耐腐蝕材料
(1)高性能混凝土。
高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是目前較常用的防腐蝕材料。從混凝土的腐蝕原因與機理來看，多數腐蝕因素都與混凝土的滲透性有關。高性能混凝土的用水量較低，具有較優異的填充性，其中摻加的微硅粉可有效縮小混凝土中的孔隙尺寸，并且阻斷內部毛細孔，使混凝土中氯離子滲透率大幅降低[3]，還能減少凍融破壞對混凝土的損害。
(2)粗、細集料。
粗、細集料是堿集料反應發生的必要條件之一，因此粗、細集料的耐腐蝕性以及其表面性能都對混凝土的耐腐蝕性具有重大的影響。在選擇混凝土中使用的粗、細集料時，應對其致密性、材料的吸水率和其它雜質的含量進行嚴格控制。
(3)外加劑。
混凝土耐腐蝕劑是一種新型的混凝土外加劑，在建筑工程中合理的使用這種外加劑，可以提高混凝土的密實性，提升鋼筋的阻銹能力，從而提高鋼筋混凝土結構的耐腐蝕能力與耐久性。但在使用前，必須對其中所含的氯鹽含量進行檢測。
2.2 使用防腐涂料
使用防腐涂料可以隔絕鋼筋混凝土中的離子通路，防止腐蝕反應的產生。防腐涂料主要有鋼筋表面涂層和混凝土外表面涂層兩種。鋼筋表面涂層主要有不銹鋼鋼筋、鍍鋅鋼筋、合金鋼鋼筋、包銅鋼筋以及環氧樹脂涂層鋼筋等多種類型，其中最常用的為環氧樹脂涂層鋼筋。混凝土外表面涂層主要有表面涂料、滲透型涂層以及聚合物改性砂漿等多種類型。其中表面涂料能夠抗氧化，防紫、紅外線，耐適度化學侵蝕;滲透型涂層能夠部分深入混凝土內部，堵塞孔隙形成一定防護層;聚合物改性砂漿具有抗滲性好，粘結力強等特點。
2.3 合理設計混凝土配合比
設計混凝土配合比是實際建筑工程中很重要的一項工作，混凝土配合比的設計一般有兩類要求，即按強度的要求或按密實度的要求。為了增強鋼筋混凝土的防腐蝕性能，在進行混凝土配合比設計時，應選用按密實度要求進行混凝土配合比設計，其強度等級較高，而且具有較高的密實性。
2.4 電化學除氯
電化學除氯是指通過在混凝土外部施加電場以及陽極網格的方法，來顯著降低氯化物含量、增加鋼筋周圍pH值、使鋼筋表面重新鈍化的一種新技術。使用該技術無需破壞鋼筋混凝土結構的保護層，就可實現快速、高效、低成本的非破損型修復。該技術在歐美被廣泛應用，我國則起步較晚。
2.5 加強混凝土施工質量管理
在實際的施工中，應加強施工質量管理，充分的混凝土搗固，認真壓實處理的表面對控制混凝土裂縫產生以及提高混凝土抗腐蝕性都具有重要的作用。
3 結語
由此可見，鋼筋混凝土的組成材料特性復雜，進而導致腐蝕的產生原因眾多，在任何環境下的混凝土腐蝕影響因素都不是單一的。因此，只有充分的理解各種腐蝕的原因及機理，并掌握相應的防腐蝕處理措施，才能在實際工程中確保建筑工程質量，避免由鋼筋混凝土結構腐蝕引起的事故，并減少建筑后期的維護費用。
參考文獻
[1] 王江華，李松濤，栗克強.混凝土耐久性的影響因素及對策[J].科技信息(科學教研)，2008(15)：135-136.
[2] 石雙才.混凝土結構的腐蝕機理及預防措施[J].華章，2010(7)：134-135.
[3] 何松晟，高瑋，汪磊.礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性影響研究[J].武漢工業學院學報，2011(4)：80-83.