氯離子對鋼筋水泥結構的腐蝕

羅銘芬

摘 要：隨著水下混凝土結構工程的不斷增多，人們越來越關心鋼筋混凝土的抗腐蝕能力。氯離子引起的鋼筋混凝土結構的腐蝕是導致混凝土耐久性降低的最主要因素。文章從氯離子侵蝕鋼筋機理以及氯離子侵蝕對混凝土碳化的影響出發，探討了預防氯離子侵蝕的技術措施。

關鍵詞：鋼筋混凝土；氯離子；混凝土碳化；耐久性

1 氯離子侵蝕鋼筋機理

與其他的離子相比，氯離子的穿透能力相對較強。一般情況下，鋼筋表面都有一層保護鋼筋的鈍化膜。所以，氯離子對鋼筋進行腐蝕時，首先附著在其表面的鈍化膜上，使膜上的 pH 值迅速降低進而破壞這個保護膜，最后造成鋼筋的局部腐蝕。但并非所有氯離子都是有害和都能對混凝土鋼筋進行氯離子侵蝕的。例如，在水化作用之前部分氯鹽會和混凝土中的一些其他的成分反映形成難溶性水化鋁酸鹽等，有些部分氯化物是不能腐蝕鋼筋。所以，我們可以發現對鋼筋進行腐蝕的只是游離氯離子，換個說法就是水溶性氯離子。由于建筑物的鋼筋周圍都是有混凝土保護的，來源于外部環境的游離氯離子慢慢擴散穿透鋼筋外層的混凝土，最終引起鋼筋的腐蝕。

砼是一種非均質性的材料，氯離子在侵蝕鋼筋表面的鈍化膜時，不可能大范圍的進行，發生部位一定會在一個點上，而這個局部點則成為了陽極，而此時未被腐蝕的大部分鋼筋則相對成為了陰極，形成了電化學腐蝕。而這個腐蝕的結果是鋼筋表面形成局部腐蝕，故又可以稱呼為點蝕或坑腐蝕。這種腐蝕對斷面小和應力高質地脆的預應力筋有很大的影響。在混凝土中含有大量的氯離子的情況下，同時鋼筋外只有較小的混凝土保護層厚度，空氣中的氧可以大范圍的穿過混凝土抵達鋼筋的外層，如此就會在鋼筋的表面引來更大劑量的氯離子去破壞鈍化膜，使一個點蝕部位逐漸擴大，由于附近的點蝕部位太多，結果可想而知，大范圍的鋼筋腐蝕面就會形成。在整個電化學腐蝕的過程中，負價氯離子與正價鐵離子相遇形成可溶性物質，不僅加大了鋼筋的腐蝕范圍，而且由于生成物是可溶的，并沒有使氯離子減少，可進行持續的腐蝕。在溶解后的正價鐵離子遇各種化學反應，最終生成鐵銹。

據研究發現，引起鋼筋銹蝕的最主要原因就是混凝土中的氯離子，這種危害發生的幾率會因為氯離子的增加而提高和更加劇烈。當混凝土中的氯離子濃度大于臨界值時，再加上特有的環境，即是有氧氣和水，鋼筋腐蝕的現象就會發生。

2 氯離子侵蝕對混凝土碳化的影響

混凝土的碳化就是混凝土經過一系列的化學反應而導致的腐蝕現象。眾所周知，混凝土是呈現堿性的，根據相應的化學研究發現，水泥在與水、砂石等攪拌制成混凝土的過程中，經過一系列的化學反應而形成混凝土，同時表明混凝土中所加的水泥越多，反映中產生的負價氫氧根例子越多，水泥的堿性也就越強。當空氣中CO2氣體經過長時間的滲透，到達了混凝土內部，與混凝土中氫氧根離子起化學反應后生成碳酸鹽和水，同時使整個混凝土堿度降低的過程就叫做混凝土碳化，或者稱為混凝土的中性化。一般情況下，混凝土中都是含有氯鹽的，其中包含的氯離子與C3A進行化學反應生成不穩定的低氯型水化氯鋁酸鈣，然后再與擴散進入混凝土中的CO2 進行反應生成氯鹽和碳酸鹽。上述的反應過程并不是一蹴而就的，它是一個循序漸進的過程。首先在混凝土被碳化之前，這種叫作低氯型水化氯鋁酸鈣的鹽類是均勻分布于砂漿中的， 空氣中的CO2首先與表面的混凝土發生碳化反應，而低氯型水化氯鋁酸鈣分解后產生的氯離子是溶于混凝土中的孔溶液的，并且其可以在溶液中自由隨機的移動，當分解出來的氯離子遷移到未碳化區，就可以重新形成低氯型水化氯鋁酸鈣，并與擴散的該區域的CO2再發生碳化作用。這種循環的碳化作用不僅使碳化范圍越來越大，引起了混凝土的變質，而且在碳化作用中的氯離子逐步向內部擴散，與水和氧在鋼筋表面相遇，引起鋼筋的銹蝕，更重要的是碳化作用使混凝土的保護作用降低，更加加劇了鋼筋的銹蝕現象。

3 預防氯離子侵蝕的技術措施

經過多年的實踐經驗發現， 采取相應的措施是可以增加混凝土的使用年限的，例如，減小混凝土水灰比、摻加微細礦物成分、增加混凝土密實性以及增加保護層厚度等都是有效的措施。

3.1 控制原材料帶入氯離子的含量。鋼筋不僅可以與酸反映，而且也可以被堿腐蝕。因為混凝土是呈現堿性的，所以控制混凝土中堿的濃度和應盡量減少混凝土中的 Cl-的含量是可以有效延長混凝土的使用壽命的。

3.2 控制混凝土的濕度。由于混凝土結構含有較多的氯鹽， 同時必定會受到干濕條件的影響， 但對鋼筋銹蝕影響最大的還是混凝土的滲透性和厚度。經研究發現，氧氣在濕飽和條件下的液體中擁有相對較慢的擴散速率，有效的減少了鋼筋銹蝕現象的發生。而如果混凝土是半干狀態的，氧氣的擴散速率就會大大加強， 鋼筋的腐蝕就會更加快。所以，使用質量較好且對氯離子的抗滲透性較大的混凝土，有效的防止鋼筋的腐蝕。

3.3 采用表面處理方法。在鋼筋表面涂上一層更加容易銹蝕的金屬材料，可以有效的減少鋼筋銹蝕的可能。

3.4 摻入阻銹劑。鋼筋阻銹劑顧名思義就是阻止氯鹽對鋼筋產生腐蝕的作用。阻銹劑可以消除或者減緩鋼筋銹蝕過程中的化學反應，使Cl-在進行電化學反應中扮演角色的作用減小或者消除，最終達到延緩腐蝕的過程的目的，可以讓混凝土結構更加持久安全的使用。亞硝酸鈉是一個良好的阻銹劑，但由于在使用過程中各種不利的因素，使它并不能得到人們的認可。目前，世界上使用最廣而且效果較好的阻銹劑亞硝酸鈣。研究發現，亞硝酸鹽類阻銹劑是一種氧化型緩蝕劑，所以在使用過程中必須保證它的用量達到要求，否則腐蝕現象會比未使用之前更加嚴重。

3.5 電化學保護。電化學保護是依據電化學腐蝕現象而找出的一種解決鋼筋銹蝕的方法，根據上文所述知道，在鋼筋腐蝕的過程中引起了電位的變化，而這種電化學保護的方法就是利用外部電流的流入改變鋼筋表面的電位，最終降低鋼筋的腐蝕速度。同時，電化學保護的方法分為陰極保護與電化學處理。陰極保護法在易受碳化的混凝土或者是氯化物污染較嚴重的混凝土中應用最為廣泛，此方法較有效而且經濟。在采用陰極保護法的時候我們又可以從兩個方面來進行考慮，一種就是犧牲陽極保護法，而另一種是外加電流陰極保護法。而后者在目前有廣泛的使用同時隨著科技的發展也在技術上有了較大的進步。而電化學處理的方法亦可用于混凝土碳化或有氯化物污染的地方，該方法既可以節約資源成本，而且能夠提高社會效益，引起了高度重視。

4 結語

水下工程或者部分水下工程，鋼筋混凝土結構會受到氯離子的腐蝕。所以需要采取相應的措施，才能夠降低氯離子帶來的影響。目前普遍的方法有：控制原材料帶入氯離子的含量、控制混凝土的濕度、采用表面處理方法、摻入阻銹劑、電化學保護等方法都能夠有效的降低氯離子帶來的影響。

參考文獻

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