一.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕的意義

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋和混凝土的優(yōu)點，造價較低，在土建工程中應(yīng)用范圍非常廣泛。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早被破壞的主要原因之一。新鮮混凝土是呈堿性的，其PH值一般大于12.5，在此堿性環(huán)境中鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，使鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳、水汽和氯離子等有害物質(zhì)從混凝土表面通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，從而導(dǎo)致混凝土的PH值降低，就出現(xiàn)PH值小于9這種情況，鋼筋表面的鈍化膜就會被逐漸破壞，鋼筋就會發(fā)生銹蝕，并且隨著銹蝕的加劇，會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂，鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力破壞，鋼筋受力截面減少，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低等，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性的降低。

據(jù)調(diào)查，我國20世紀(jì)90年代前興建的海港工程，一般10～20年就會出現(xiàn)鋼筋嚴(yán)重腐蝕破壞，結(jié)構(gòu)使用壽命基本上都達(dá)不到設(shè)計基準(zhǔn)期要求。我國50年代至70年代建的海港工程，高樁碼頭不到20年，甚至7～8年就出現(xiàn)嚴(yán)重鋼筋銹蝕破壞，海工混凝土結(jié)構(gòu)破壞已成為我國港口建設(shè)中不得不重視并迫切需要解決的問題。

國外學(xué)者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的重要性，即設(shè)計階段對鋼筋防護(hù)方面節(jié)省1美元;在發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時采取措施需要追加維修費5美元;混凝土表面順筋開裂時采取措施將追加維修費25美元;嚴(yán)重破壞時將追加維修費125美元。我國海洋工程中廣泛使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因腐蝕引起破壞的情況同樣嚴(yán)重。除海洋環(huán)境本身屬于強(qiáng)腐蝕環(huán)境因素外，環(huán)境的日益惡化、相關(guān)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)偏低、施工質(zhì)量不能保證等因素，致使我國混凝土結(jié)構(gòu)大部分在使用10年左右即出現(xiàn)較嚴(yán)重的腐蝕破壞，給國家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了巨大的損失。因此，如何采取有效的防腐蝕技術(shù)措施，防止鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早出現(xiàn)鋼筋銹蝕破壞，確保建筑物達(dá)到預(yù)期的使用壽命是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界極為關(guān)切的熱點。

二.鋼筋的銹蝕原理及分類

1．鋼筋的銹蝕條件：

鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋的銹蝕需要三個條件：

（1）鋼筋表面堿性鈍化膜破壞。正常情況下鋼筋是包裹在砼之內(nèi)的，砼則由于水泥的水化反應(yīng)造成其初始堿性（含有一定Ca（OH）2）較強(qiáng)，正常情況：下鋼筋在這種堿性環(huán)境下不會發(fā)生氧化腐蝕。當(dāng)PH值大于1O時，鋼筋腐蝕的速度很慢，當(dāng)PH值小于5時，其銹蝕的速度就快。由此可見，只有當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼筋周圍堿性鈍化膜因砼碳化或其它原因?qū)е缕茐暮�，才可能出現(xiàn)腐蝕。

（2）必須產(chǎn)生電位差，使鋼筋產(chǎn)生微電池腐蝕式大電池腐蝕。鋼筋腐蝕，是由于鋼筋表面不同部分之間產(chǎn)生電位差引起的，其作用和電池一樣，在鋼筋表面有微弱的電流流動。當(dāng)在鋼筋表面構(gòu)成了許多微小電池，其電化學(xué)反應(yīng)，按下式進(jìn)行：

陽極反應(yīng)（活化區(qū)）：FeFe2++2e

陰極反應(yīng)區(qū)：2H20+O2+4e4（OH）-

綜合反應(yīng)式就是：Fe2+2（OH）一Fe（OH）2

這就是鐵變成鐵銹的過程。當(dāng)構(gòu)筑物（或構(gòu)件）處在離子條件差別很大的兩種環(huán)境中，或遭受雜散直流電影響時，一部分鋼筋（或一部分構(gòu)筑物）作為陽極，而另一部分作為陰極，這樣便構(gòu)成大電池腐蝕。

（3）必須具備水和氧。水和氧是鋼筋腐蝕的必要條件（尤其是水），它們均參加鋼筋電化腐蝕的陽極反應(yīng)過程。水分子能穿透任何肉眼可辯的裂縫。水還能起著電解質(zhì)的作用，并溶餌氧和其它如氯等的有害離子，從而加速了腐蝕速度。另外在一定條件下氧還可以造成濃度電池腐蝕。最常見的實例就是水線腐蝕。如浸在海水中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在水線附近鋼筋腐蝕最為嚴(yán)重，這是由于水線以上空氣中的含氧量較高，而水線以下（水中）含氧量突然降低，造成濃度電池腐蝕，使水線以下的部位鋼筋成為陽極而腐蝕。

2．鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的銹蝕的幾種情況。

（1）由于混凝土不密實或有裂縫存在造成鋼筋的腐蝕�；炷�土密實度不良和構(gòu)件上產(chǎn)生的裂縫，往往是造成鋼筋腐蝕的很重要原因�；炷�土澆筑中產(chǎn)生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的銹蝕。因為孔隙和裂縫（一般在0．2ram以上時）給水（汽）、氧和其他侵蝕性介質(zhì)的滲透創(chuàng)造了有利條件。因此，鋼筋的電化學(xué)腐蝕和混凝土密實度、裂縫的寬度、保護(hù)層的厚度、空氣的濕度以及空氣中侵蝕性介質(zhì)的含量，都有直接的關(guān)系。當(dāng)混凝士密實度差和鋼筋保護(hù)層不足時，各種介質(zhì)就容易到達(dá)鋼筋表面造成腐蝕。

（2）由于混凝土碳化和侵蝕性氣體、介質(zhì)的侵入，造成鋼筋的腐蝕�？諝庵械亩�氧化碳?xì)怏w，在混凝土表層中逐漸為氫氧化鈣的堿性溶液所吸收，相互反應(yīng)生成碳酸鈣，這種現(xiàn)象稱為混凝土的碳化，亦稱“中性化”。砼碳化生成的碳酸鈣很難溶解，其飽和溶液的PH值為9，因此混凝土碳化的結(jié)果，就使PH值不斷下降，并不斷向內(nèi)部深化�；炷�土碳化對混凝土強(qiáng)度一般無直接影響。其危害主要在于為鋼筋腐蝕提供條件，而鋼筋銹蝕體積將發(fā)生膨脹（體積比原來提高2.2倍），混凝土保護(hù)層將因此遭到剝落和損壞，從而降低鋼筋和混凝土的工作性能；尤其對于薄殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲構(gòu)件等，會造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞而且這種破壞往往是脆性的，具有隱藏、突然性等特點，必須引起高度重視。

（3）由于混凝土內(nèi)摻入氯鹽造成鋼筋的腐蝕。為提高混凝土早期強(qiáng)度或抗凍性能，過去人們往往在混凝土內(nèi)摻入一定量的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉等。氯化鈣與水泥中的氫氧化鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣結(jié)合，生成高水分子復(fù)合化合物，如氯硅酸鹽等，并提高了氫氧化鈣的溶解度�；炷�土中，氯鹽對鋼筋的腐蝕多呈潰瘍狀，容易造成鋼筋的應(yīng)力集中：因此它的危害性是比較大的�；炷�土中氯離子主要來源于原材料、外加劑加海砂、海水或氯鹽高的水，以及摻加的用氯化鈣作為促凝劑，用氯化鈉作為防凍劑等，國內(nèi)外已出現(xiàn)多起加氯鹽過量而引起的嚴(yán)重腐蝕事件。

（4）由于高強(qiáng)鋼筋中的應(yīng)力腐蝕隨著預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的采用，出現(xiàn)了高

強(qiáng)鋼筋中的一種特殊腐蝕形式，即“應(yīng)力腐蝕”。一般在表面只有輕微損害或根本看不見損害，這種腐蝕尤為危險，因為它沒有任何預(yù)兆而可以發(fā)生突然破壞。一般認(rèn)為：高強(qiáng)鋼筋在應(yīng)力（拉應(yīng)力）的作用下，導(dǎo)致鈍化膜的破壞，裂縫比較活化，并作為陽極而腐蝕。在電化學(xué)腐蝕過程中繼續(xù)擴(kuò)大，同時由于鋼筋中具有很高的拉應(yīng)力，和高強(qiáng)鋼筋的低變形性能。因此，腐蝕和應(yīng)力共同作用，使裂縫迅速向深度發(fā)展，以致鋼筋在看不到明顯的腐蝕現(xiàn)象的情況下會突然斷裂

（5）電流腐蝕工業(yè)用電中的直流電，當(dāng)它泄漏到地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中時，會造成鋼筋的腐蝕。在這種情況下，電流流入處相當(dāng)于陰極區(qū)，電流流出處相當(dāng)于陽極區(qū)。目前我國一些直流電解工廠、電氣化鐵路、直流電的載流設(shè)備等的電流泄漏現(xiàn)象比較多，有時比較嚴(yán)重。這些雜散電流對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（如基礎(chǔ)、梁、柱等）鋼筋的腐蝕破壞時有所見。

三.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)措施

混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕是系統(tǒng)工程，必須在勘察、規(guī)劃、設(shè)計、施工、使用等各個階段對所涉及的防腐問題進(jìn)行細(xì)致的了解、分析和處理，各個階段都應(yīng)充分重視和充分合作，共同完成�；炷�土結(jié)構(gòu)防護(hù)措施可分為基本防護(hù)措施、混凝土表面涂覆防護(hù)措施和鋼筋防護(hù)措施。

3.1混凝土的基本防護(hù)措施

混凝土的基本防護(hù)措施即是從設(shè)計、施工、制作等方面提高混凝土自身的防護(hù)性能。由于混凝土本身具有高堿性，正確設(shè)計、施工的優(yōu)質(zhì)混凝土保護(hù)層本身具有長期防止環(huán)境介質(zhì)滲透的功能，因此，盡可能提高混凝土本身對鋼筋的防護(hù)功能是預(yù)防鋼筋腐蝕的許多措施中最經(jīng)濟(jì)合理、最有效的基本措施。這一類措施主要有以下幾方面：

（1）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計

混凝土結(jié)構(gòu)形式及細(xì)部構(gòu)造應(yīng)有利于防腐、檢測。如構(gòu)件截面幾何形狀應(yīng)簡單、平順，減少棱角、突變和應(yīng)力集中;混凝土表面應(yīng)有利于排水，不宜在接縫或止水處排水;特別注意構(gòu)件應(yīng)易于施工，盡可能在工場預(yù)制;結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于對關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測和設(shè)置檢測、維護(hù)和采取補(bǔ)充保護(hù)措施的通道;對處于腐蝕較嚴(yán)重部位和構(gòu)件，應(yīng)考慮其易于更換的可能性。由于混凝土保護(hù)層厚度與發(fā)生腐蝕的時間成平方關(guān)系，適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度，以延長侵蝕性介質(zhì)滲透到鋼筋周圍達(dá)到破壞鈍化膜臨界值的時間。但保護(hù)層厚度不宜大于80mm，否則混凝土表面易出現(xiàn)由于混凝土收縮、溫度應(yīng)力等所引起的混凝土表面裂縫�？刂浦鹘畹闹睆讲灰诉^大，一般混凝土保護(hù)層厚度宜大于215倍主徑直徑，原因是較粗的鋼筋提供較小的電阻，也就是提供了較大的腐蝕電流。更重要的是較粗的鋼筋會生成較多的腐蝕產(chǎn)物，膨脹的體積增大比較多，從而造成較高的拉應(yīng)力。所以，當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度相同時，鋼筋越粗，鋼筋直徑對保護(hù)層厚度的比值越大，鋼筋開始腐蝕到開始使混凝土脹裂的時間也就越短。

（2）選擇優(yōu)質(zhì)原材料和優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計

選擇優(yōu)質(zhì)原材料和優(yōu)化混凝土的配合比，以提高混凝土的抗蝕能力。如盡量減

小水灰比提高混凝土的密實度，混凝土密實度高，孔隙率小，有利于提高混凝土的抗?jié)B性，增強(qiáng)對侵蝕性介質(zhì)的抗蝕能力;限制粗骨料的最大粒徑，減少粗骨料與水泥砂漿界面的不利影響;規(guī)定混凝土拌合物最低水泥用量（或最低膠凝材料用量），確保混凝土具有較高的堿度;有抗凍要求時，加入合適量的引氣劑以提高混凝土的抗凍性;不得采用可能發(fā)生堿-集料反應(yīng)的活性骨料;嚴(yán)格限制砂、石、外加劑、拌和水等原材料中的氯離子含量，使混凝土拌合物中氯離子含量符合規(guī)定要求。

（3）采用高性能混凝土

高性能混凝土是指用常規(guī)材料、常規(guī)工藝，以較低水膠比、適當(dāng)摻量的優(yōu)質(zhì)摻合料和較嚴(yán)格的質(zhì)量控制制作的高耐久性，良好工作性及較高強(qiáng)度的混凝土。中交集團(tuán)廣州四航工程技術(shù)研究院等單位開發(fā)的海工抗鹽污染高性能混凝土，其抗氯離子滲透性比普通混凝土提高數(shù)倍，可顯著提高混凝土本身的護(hù)筋性能，從根本上提高混凝土的耐久性，從而延長結(jié)構(gòu)物的安全使用壽命。目前，該項技術(shù)已成功應(yīng)用于鹽田港、湛江港、洋山港、東海大橋、杭州灣大橋等多項使用年限要求50年甚至100年的大型海港工程和跨海大橋工程中。

3.2混凝土表面涂覆防護(hù)措施

除了采取措施提高混凝土本身的耐久性外，采用混凝土表面涂覆防護(hù)措施有效地將混凝土與周圍侵蝕性介質(zhì)隔離開來或阻止有害介質(zhì)的侵入，也是一種有效的防護(hù)措施。

3.2.1混凝土表面涂層

該措施是在混凝土表面涂覆一層涂料，形成一層隔離層制止氯離子、氧、水等介質(zhì)滲入混凝土，以延緩鋼筋腐蝕。從90年代開始，在我國一些海港工程，跨海大橋工程中得到應(yīng)用，實踐證明，混凝土表面實施涂層防腐蝕保護(hù)的技術(shù)成熟、保護(hù)效果顯著，是海洋環(huán)境混凝土防腐最經(jīng)濟(jì)有效的保護(hù)措施。我國《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》已將該技術(shù)列為海港工程混凝土結(jié)構(gòu)最重要的防腐蝕措施之一。對涂料的要求是能耐堿、耐老化和與混凝土表面應(yīng)有良好的附著性。對海港工程潮差、浪濺區(qū)涂層，要求涂料應(yīng)具有良好濕表面固化功能。

3.2.2表面涂覆浸入型涂料

浸入型涂料是一種粘度很低的有機(jī)硅化合物液體，將它涂（或噴）于風(fēng)干的混凝土表面上，靠毛細(xì)孔的表面張力作用吸入（深約數(shù)毫米的混凝土表層中，它與孔壁的氫氧化鈣反應(yīng)，以非極性基使毛細(xì)孔憎水化或者填充部分細(xì)孔，使孔細(xì)化。浸入型涂料不能在混凝土表面上成膜，不會形成隔離層，也不能充滿混凝土毛細(xì)孔隙，所以不會影響混凝土透氣性，透水蒸汽性，但是，它卻能顯著降低混凝土的吸水性，使水和只能溶解于水中才能被毛細(xì)管吸收作用吸進(jìn)去的氯化物都難以吸進(jìn)混凝土中，而混凝土中的水份卻可以化為水蒸汽自由蒸發(fā)出去，使混凝土保持干燥，從而顯著地提高混凝土的護(hù)筋性。目前使用的侵入型憎水涂料中，以異丁基三乙氧基硅烷、異辛基三乙氧基硅烷作為浸漬材料效果最好，有液狀和膏體狀。國內(nèi)外已有不少海港工程、跨海大橋使用，但材料費用較高，國內(nèi)能批量生產(chǎn)的較少。

3.3鋼筋防護(hù)措施

3.3.1鍍層鋼筋和涂層鋼筋

鍍層鋼筋主要是鍍鋅鋼筋，利用鋅的電位比鐵低，對鋼筋施加陰極保護(hù)。涂層鋼筋是指在鋼筋表面制作涂層，隔離鋼筋與腐蝕介質(zhì)的接觸。這種鋼筋是在嚴(yán)格控制的工廠流水線上，采用靜電噴涂工藝將涂層（目前使用較普遍的是環(huán)氧涂層）噴涂于表面處理過的預(yù)熱的鋼筋上，形成具有一層堅韌、不滲透、連續(xù)的絕緣層的鋼筋。所以，只要這種鋼筋在運輸、存放、加工、安裝和混凝土澆搗過程中能按規(guī)范嚴(yán)格保護(hù)，它是可以將鋼筋與周圍混凝土隔開，即使氯離子、氧氣等已大量侵入混凝土，它也能長期保護(hù)鋼筋使它免遭腐蝕。

3.3.2鋼筋阻銹劑

混凝土拌合物中摻入適量阻銹劑，可阻止或延緩金屬和電解質(zhì)界面的電化學(xué)反應(yīng)，從而阻止金屬腐蝕是預(yù)防惡劣環(huán)境中鋼筋腐蝕的一種有效的補(bǔ)充措施。但是它不能代替優(yōu)質(zhì)混凝土，也就是說摻加阻銹劑不能降低對混凝土保護(hù)層的基本要求。按照作用機(jī)理，鋼筋阻銹劑可分為陽極型、陰極型和混合型三種。加入鋼筋阻銹劑既推遲了鋼筋開始生銹的時間，又減緩了鋼筋腐蝕發(fā)展的速度。

3.3.3陰極保護(hù)

陰極保護(hù)技術(shù)是應(yīng)用電化學(xué)原理，通過給被保護(hù)鋼筋加一負(fù)向電流，使它的電極電位負(fù)移，即使鋼筋表面氯離子已達(dá)到或超過使鋼筋脫鈍的臨界值，由于電化學(xué)腐蝕過程得到有效的抑制而使鋼筋不會發(fā)生銹蝕。陰極保護(hù)的方式有犧牲陽極和外加電流兩種：

（1）犧牲陽極方式

采用電化學(xué)上比鋼更活潑，即電位更負(fù)的金屬（如鋁合金、鋅合金等）作為陽極，與被保護(hù)的鋼電聯(lián)接，以本身的腐蝕（犧牲）提供自由電子，對被保護(hù)的鋼實施陰極保護(hù)。它施工簡便，不需要外部直流電源，不必經(jīng)常維護(hù)管理，但由于提供的保護(hù)電流有限，一般不適用于暴露于大氣中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（2）外加電流陰極保護(hù)

以直流電源的正極接通難溶性陽極，發(fā)射保護(hù)電流;以其負(fù)極接通被保護(hù)的鋼，而陽極與被保護(hù)的鋼均處于連續(xù)的電介質(zhì)中，使被保護(hù)的鋼接觸電解質(zhì)的全部表面都充分而且均勻地接受自由電子，從而受到陰極保護(hù)。外加電流陰極防護(hù)技術(shù)在歐、美等國家已經(jīng)用于環(huán)境惡劣的重要工程上。我國目前尚處于技術(shù)開發(fā)和引進(jìn)階段，中港-圣維可（廣州）防腐工程有限公司已將該項技術(shù)成功應(yīng)用于天津港、杭州灣大橋等工程，為該項新技術(shù)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用發(fā)揮了重要的示范作用。隨著技術(shù)進(jìn)步和認(rèn)識的提高，作為一種長期有效的保護(hù)措施，該項技術(shù)將會有廣闊的應(yīng)用前景。

四.結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，對混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用壽命要求也將越來越高�；炷�土的腐蝕是客觀存在的，但是只要對混凝土腐蝕問題進(jìn)行深入的了解，可根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的特定使用環(huán)境，針對可能出現(xiàn)的腐蝕情況，在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工、質(zhì)量控制等各階段合理地應(yīng)用各種防腐蝕保護(hù)措施，是可以確�；炷�土

結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期壽命的。值得引起重視的是應(yīng)在設(shè)計初期，就根據(jù)設(shè)計壽命要求，提高預(yù)先設(shè)防的意識，高度重視預(yù)先采取混凝土防護(hù)措施，這雖然會增大初期投入，但可以大大減少工程使用期的維修費用，從而降低整個壽命期的總體花費。