氯堿企業鋼筋混凝土構件的腐蝕與防腐

張吉兵，王 露

（重慶天原化工有限公司，重慶 408017）

1 概述

在氯堿工業中，相對于鋼結構，鋼筋混凝土因具有承載能力高，易于施工，易于表面防腐，成本低廉、堅固耐用且材料來源廣泛等優點而被普遍采用。鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土組成的復合材料，既保持了混凝土抗壓強度高的特性，又保持了鋼筋很好的抗拉強度。同時鋼筋與混凝土之間有著很好的黏結力和相近的熱膨脹系數，混凝土又能對鋼筋起到很好的保護作用，從而使混凝土結構物更好地工作，提高了混凝土的耐久性。

從多個氯堿企業的實際運行看來，鋼筋混凝土結構的腐蝕現象也是非常嚴重，據統計，鋼筋銹蝕已成為導致混凝土破壞的首要因素[1]。減輕腐蝕性介質對混凝土結構的腐蝕，確保廠房和裝置的使用壽命，也是指導工程施工的一個重要方面。

2 混凝土結構中鋼筋銹蝕的主要原因

2.1 混凝土不密實或有裂縫

混凝土不密實或有裂縫時，尤其是當水泥用量偏小，水灰比不當和振搗不良，或在混凝土澆筑中產生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的銹蝕。

2.2 混凝土碳化和侵蝕性氣體、介質的侵入

混凝土的硬化后顯堿性，pH值＞12，此時，鋼筋表面生成一層穩定、致密、鈍化的保護膜，使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或在含二氧化碳環境中時，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應，生成碳酸鈣等物質，其堿性逐漸降低，甚至消失，稱其為混凝土的碳化。因此，混凝土碳化的結果就是pH值不斷降低，并不斷向內部深化，當碳化深度達到或超過鋼筋保護層時，鋼筋表面的鈍化膜遭到局部破壞，鋼筋開始腐蝕。空氣中的氯化氫、氯等酸性氣體，特別是氯離子會使，混凝土堿度急速下降，鋼筋很快腐蝕。試驗證明，即便是pH值較高的溶液（如pH值＞13），只要有4～6 mg/L的氯離子含量，就足以破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去鈍化，在水和氧氣的作用下導致鋼筋銹蝕[2-4]。

2.3 環境條件

環境條件是引起鋼筋銹蝕的外在因素，如溫度、濕度及干燥交替作用，鹽水飛濺、鹽滲透等都對混凝土結構中的鋼筋銹蝕有明顯影響。調查結果表明，混凝土結構在干燥無腐蝕介質條件下，其使用壽命要比在潮濕及腐蝕介質中使用要長2～3倍。

重慶地區年相對濕度平均值約為81%（17.4℃），即便是在最低月，也有71%的相對濕度。

3 氯堿生產中的腐蝕介質和腐蝕機理

3.1 腐蝕介質及機理

3.1.1 氯化鈉溶液

氯化鈉溶液對鋼筋混凝土的腐蝕主要是由于在氯化鈉溶液環境中，鋼筋發生電化學反應加速銹蝕而導致結構破壞。氯化鈉中的氯離子對鈍化膜有特殊的破壞作用。氯離子半徑很小，穿透力強，很容易吸附在鋼筋陽極區的鈍化膜上，取代鈍化膜中氧離子，使鋼筋起保護作用的氫氧化鐵變為無保護作用的氯化鐵。由于氯離子到達鋼筋表面的不均勻性，特別是氯離子作用在鋼筋局部區域時，則局部區域為陽極，形成了大陰極小陽極的腐蝕。氯離子在鋼筋保護層不被碳化或中性化的情況下也可以破壞鋼筋鈍化膜，發生銹蝕現象[3]。

3.1.2 氯化氫氣體

氯化氫氣體對混凝土直接腐蝕較輕，但是氯化氫氣體在潮濕的環境下吸附在建筑物表面形成鹽酸，持續腐蝕建筑物；當氯化氫氣體滲入混凝土內部和鋼筋接觸時，氯離子使鋼筋表面的鈍化膜喪失作用，引起鋼筋的銹蝕膨脹，并對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力，使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂紋（俗稱順紋裂縫）。而這些裂紋又進一步成為腐蝕性介質滲人鋼筋的通道，加速鋼筋的銹蝕。當混凝土表面的裂縫展開到一定程度時，混凝土保護層開始脫落，最終導致構件喪失承載能力[3]。

3.1.3 氫氧化鈉溶液

常溫下，氫氧化鈉溶液對混凝土結構腐蝕性較小，但在堿液蒸發過程中隨著溫度的升高其對混凝土的腐蝕性急劇增加。氫氧化鈉溶液對混凝土和磚砌體的腐蝕更多的是一種物理作用。氫氧化鈉溶液滲入材料的孔隙后，水分揮發，經過再結晶，體積膨脹，在材料孔隙內部形成內應力，導致材料破壞。

3.2 現場腐蝕示例

根據“工業建筑防腐蝕設計規范”在氯堿企業找出了腐蝕點進行分析，見表1。

4 鋼筋銹蝕對工業建筑的影響

鋼筋銹蝕對結構的破壞分為3個階段，前期是鋼筋表面局部銹蝕出現銹斑、銹片等；中期是鋼筋整個表面銹蝕，并產生膨脹，與保護層脫離，發生層裂；后期表現為鋼筋鐵銹進一步膨脹，混凝土本身發生破壞，出現順筋脹裂，混凝土脫離，直至鋼筋不斷銹蝕。鋼筋銹蝕直接影響到混凝土結構的安全性及耐久性[1]。

（1）削弱鋼筋的受力，尤其是預應力混凝土結構內的高強度鋼絲，表面積大、截面小、應力高，一旦發生腐蝕，危險性更大，甚至有造成構件斷裂的危險，

（2）鋼筋腐蝕后，體積膨脹大約增大2～4倍，會使混凝土保護層破壞甚至脫落，從而降低混凝土的受力性能和耐久性能。

（3）鋼筋腐蝕導致鋼筋與混凝土之間的結合強度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強度有效傳遞給混凝土，降低結構的安全強度。

5 防護措施

鋼筋銹蝕對混凝土結構造成了嚴重的危害，為了保證混凝土建筑物的正常工作，必須采取措施，防止混凝土中鋼筋的銹蝕。在氯堿工業中建筑物的防腐應從多方面綜合考慮。

5.1 設計階段

（1）合理設計總平面布置，減少相鄰廠房和裝置之間的腐蝕影響。（2）結構設計應預留一定的設計裕度，一方面不致因結構腐蝕削弱結構承載能力而導致結構破壞，另一方面也避免結構在高應力和大變形的狀況下加速腐蝕。（3）在有腐蝕介質存在的重點區域增加表面防腐措施。（4）工業廠房產設計成敞開式或半敞開式，避免腐蝕性氣體長期滯留而加劇腐蝕。

5.2 在施工階段應提高混凝土密實度和施工質量

為了防止鋼筋銹蝕，必須防止混凝土的碳化或減慢碳化速度和防止氯離子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗滲性能不足引起的，所以為防止碳化，必須提高混凝土的抗滲性。可以通過（1）適當提高材料強度等級；（2）控制混凝土的水灰比；（3）加大混凝土保護層，特別是梁、板的底部鋼筋保護層；（4）對結構表面進行面層防護；（5）加強養護管理；（6）嚴格控制用水的氯離子含量等方法，滿足“工業建筑防腐蝕設計規范”中表2和表3的基本要求，延長鋼筋混凝土的使用壽命[2，3]。

當鋼筋混凝土構件處在不同的環境時，鋼筋保護層厚度有著不同的要求。結構構件要達到規定的設計使用年限，鋼筋的保護層厚度起著至關重要的作用。保護層厚度越小，混凝土由表及里碳化所用時間就會越短，鋼筋就會愈早被腐蝕。混凝土保護層最小厚度[4]見表3。

表1 現場腐蝕示例

表2 結構混凝土的基本要求

表3 混凝土保護層最小厚度mm

5.3 推動清潔生產，減少廢物排放

嚴格遵守工藝規程，拒絕“跑冒滴漏”，從根源上杜絕腐蝕現象的發生。建筑物的防腐，不應只考慮建筑本身的防護，而應致力于建立和完善清潔生產組織，采用新工藝新技術，通過生產全過程的控制減少腐蝕介質的產生。

5.4 限制水、汽的流動，降低環境濕度[2]

水、汽是腐蝕性介質傳播擴散最主要的中介，腐蝕性介質在水、汽的攜帶下，極大地擴展了腐蝕范圍、加大了腐蝕的危害性。因此應采取有效措施規范和限制水的流動，降低環境濕度。

（1）有腐蝕介質存在的廠房屋面和樓面應設計成集中有組織的排水方式。（2）有腐蝕介質存在的預留孔洞周圍和樓面邊沿應設置擋水肩。（3）在有腐蝕介質存在的重點區域應集中設置中和池就地中和后排入總管。（4）嚴格控制檢維修期間的廢水有序排放。（5）機泵等設備在二次灌漿時應預留排水孔。（6）規范工廠蒸汽及蒸汽冷凝液的有序排放，降低對環境濕度的影響。

5.5 規范生產，減少對混凝土保護層的破壞。

（1）在改造工程或新建工程對原鋼筋混凝土構件造成破壞的，應及時對斷面進行清理、烘干和修復。

（2）對有保護層脫落、裂縫、露筋的應及時采取加強和保護措施。

6 結論

氯堿工業生產環境比較復雜，物料如鹽水、燒堿、氯氣、鹽酸、硫酸、次氯酸鹽等都是強腐蝕性介質，鋼筋混凝土只能減緩各種腐蝕介質的腐蝕速率。因此，必須對工業生產中的腐蝕引起足夠的重視，根據環境的特點和材料的性質，要在設計、施工和生產維護各個環節，采取有效的防護措施，以避免鋼筋混凝土結構的腐蝕，提高混凝土的使用耐久性。

［1］劉榮生.混凝土中鋼筋銹蝕的原因及危害和預防措施.山西建筑，2010，（12）：142－143.

［2］渠向陽，謝永輝，李留紅.氯堿工業中的建筑防腐問題.氯堿工業，2004，（9）：42－44.

［3］滿傳軍.鋼筋銹蝕對混凝土結構耐久性的影響.山西建筑，2008，（9）：103－104.

［4］GB 50046－2008工業建筑防腐蝕設計規范.