小議腐蝕混凝土結構的幾種因素

摘要：腐蝕是影響混凝土結構耐久性、可靠性的至關重要的因素。為了保證防腐蝕工程的質量，在設計中應根據腐蝕介質的性質、濃度和作用條件，結合工程部位的重要性等因素，正確選擇防腐蝕材料和構造；在施工中應嚴格執行科學的制度，精心施工，確保建筑工程質量，提高建筑物使用壽命，執行可持續發展。本文就腐蝕混凝土結構的因素進行分析，進一步指出預防腐蝕混凝土結構的處理辦法。

關鍵詞：混凝土結構 腐蝕 因素 預防辦法

隨著結構的老化和環境污染的加重，鋼筋混凝土結構耐久性問題越來越引起國內外廣大研究者的關注。混凝土中的鋼筋銹蝕已構成影響鋼筋混凝土結構物耐久性的最主要原因，給世界各國造成了巨大損失。必須認識到防腐技術和預防措施的緊迫性。

1 腐蝕混凝土結構的因素

1.1素混凝土結構

素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結構的耐久性的主要因素為堿-集料的反應（混凝土中堿含量超標，暴露在水或潮濕環境使用時，其中的堿與堿活性集料間發生反應，引起膨脹）。

1.2 鋼筋混凝土結構

鋼筋混凝土結構材料是混凝土與鋼筋的復合體，它的腐蝕形態可分為兩種：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破壞，同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導致整個結構的破壞；二是混凝土本身并未腐蝕，但由于外部介質的作用，導致混凝土本身化學性質的改變或引入了能激發鋼筋腐蝕的離子，從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失，引起鋼筋的銹蝕。從化學成分來看，鋼筋的銹蝕物一般為Fe（OH）3、Fe（OH）2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等，其體積比原金屬體積增大2～4倍。由于鐵銹膨脹，對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力，其數值可達30MPa（大于混凝土的抗拉極限強度）使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫（俗稱順筋裂縫）。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質滲入鋼筋的通道，加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比裸露情況快，等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度，混凝土保護層則開始剝落，最終使構件喪失承載能力。

影響混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密實度，即抗滲性能。混凝土愈密實，即抗滲性能愈高，則外界的氣體只能作用于混凝土表面，向內部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對混凝土的中性化速度有一定的影響；不同品種的水泥，因其摻合料的品種及含量不同，水解時生成的堿性物質數量不同，使混凝土的中性化速度也就不同了。

普通硅酸鹽水泥的熟料含量多，摻合料的含量一般不大于15%，其堿度比其它品種的水泥高，中性化速度相對的要慢。火山灰質硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時產生的氫氧化鈣結合，從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度，加快了碳化或中性化的速度。

1.3 預應力混凝土結構

預應力混凝土結構的腐蝕除了具有普通混凝土結構的腐蝕類型外，由于采用高強度鋼筋和鋼筋在高應力條件下工作，所以可能發生應力腐蝕和鋼材的氫脆。

1.3.1 應力腐蝕 應力腐蝕是鋼筋在拉應力和腐蝕性介質共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機械應力破壞不同，它可以在較低的拉應力作用下破壞；這種破壞又與單純的電化學腐蝕破壞不同，它可以在腐蝕性介質很弱的情況下而破壞。

腐蝕性介質與鋼筋作用，在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分布的腐蝕坑后，每個腐蝕坑相當于一個缺口，鋼筋在拉應力的作用下，形成應力的不均勻分布和應力集中，在缺口的邊緣，當鋼筋平均應力不高時，其集中的應力即可達到斷裂應力的水平，而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在，形成了拉應力三軸不相等狀態，阻礙了鋼筋塑性變形的開展，使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發揮出來，延伸率、冷彎等塑性指標均有明顯下降。預應力鋼筋的腐蝕是拉應力與腐蝕性介質共同作用的結果，腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用，而拉應力則促進了腐蝕的發展。

1.3.2 氫脆 氫脆是預應力鋼筋在酸性與微堿性的介質中發生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應力腐蝕的機理完全不同。應力腐蝕發生在鋼筋的陽極，而氫脆發生在鋼筋的陰極區域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫，而使其變脆，所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中，表面可能有少量氫氣產生，在通常情況下，生成的原子氫會迅速結成分子氫，在常溫下是無害的，但當這一過程受到阻礙時，氫原子就會向鋼筋內部擴散而被吸收到金屬內部的晶格中去，如果鋼筋內部有缺陷存在，氫原子很可能重新結合成為氫分子。氫分子的生成產生很大的壓力，出現“鼓泡”現象。使鋼筋變脆。產生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時，便會發生斷裂。硫化氫是能引起預應力鋼筋氫脆的介質之一。

1.4 纖維混凝土結構

纖維混凝土的腐蝕機理與普通混凝土基本相同，但纖維的直徑較細，且均勻分布，其耐久性相對普通混凝土要強一些。開裂的纖維混凝土構件在潮濕的環境下，裂縫處的混凝土碳化后，碳化區的鋼纖維開始銹蝕。有研究表面，鋼纖維混凝土中鋼筋的銹蝕較普通混凝土鋼筋的銹蝕減輕，其原因除了鋼纖維阻裂作用的影響外，還在于細小纖維在混凝土中亂向均勻分布，從而改變了鋼筋電化學銹蝕的離子分布狀態，阻止了鋼筋的銹蝕。

1.5 輕骨料混凝土結構及加氣混凝土

輕骨料混凝土的腐蝕機理與類型基本與普通混凝土相同，由于大多數輕骨料抵抗氣體擴散能力較低，腐蝕性氣體較易滲入內部，因此必須控制輕骨料混凝土的密實度。

加氣混凝土的顯氣孔較多，不致密，吸水率高，碳化速度較快，在正常使用條件下尚需對鋼筋進行表面涂覆保護層，而且加氣混凝土表面氣孔多，不容易進行保護，所以在腐蝕環境下不宜使用加氣混凝土。

2 防護措施

2.1 改變傳統觀念 鋼筋混凝土腐蝕的內因是混凝土本身的多孔性和脆性，又存在干縮裂紋；腐蝕的外因是介質的逐漸侵入，改變了鋼筋環境。這種侵入的過程要有幾年時間。針對腐蝕的內因首先要改變混凝土裂紋“難免論”和存在裂紋“無害論”，著眼于提高混凝土的致密性和耐久性，應改變傳統的高強度追求，高強度是提高水泥標號、降低水灰比增加級配中的水泥量，要從這種傳統思路中解脫出來。

2.2 克服不作為職務觀念 “職務任期之內不出明顯的工程質量事故就完事了，何必管它50年100年呢”，“投資工程建設施工驗收合格就完成任務了，至于腐蝕大修是生產成本的事”。持這種觀念的也許是少數當事者，筆者把他稱謂“不作為職務”，這是由于體制、機制上的不完善，一些技術規范、規程相對滯后而造成的。國務院279號令要求執行“全壽命責任制”，因此，提高認識，克服不作為職務觀念，應當列為防腐蝕工程的重要原則。

2.3 努力攻克高性能混凝土的技術關鍵 20世紀80年代末90年代初出現高性能混凝土(HPC)之后，各國投入了大量的研究，我國也投資了數百萬元開展“高強與高性能混凝土”課題研究。2000年12月，國家交通部頒發的行業標準中把高性能混凝土列入《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》[JTJ275-2000]。目前世界上已有許多大的基礎設施工程應用了高性能混凝土。

目前因各種原因停建、緩建的鋼筋混凝土工程項目為數不少，采取既經濟又有效的維護措施，確保工程結構的安全，應當引起足夠重視。對計劃長期停工的工程，在停工時應對停建的鋼筋混凝土工程在管理、設計、施工等方面切實采取防護措施，才能確保續建工程的結構安全。