水泥中氯離子對鋼筋的腐蝕

1、0 氯離子對鋼筋腐蝕機理的影響 摘  要   氯化物的侵入是引起混凝土中鋼筋腐蝕的最主要原因之一，氯離子能破壞鋼筋表面鈍化膜而引起鋼筋局部腐蝕，對腐蝕過程具有催化作用。但只有混凝土中氯離子的濃度達到一定的臨界值后，鋼筋才會發(fā)生腐蝕。由于影響因素多，至今難以確定統(tǒng)一的氯離子濃度臨界值。著重闡述了鋼筋腐蝕行為和氯離子的去鈍化機理、混凝土中氯離子的來源和保護鋼筋的措施及其研究進展。關鍵詞  鋼筋混凝土；鋼筋；腐蝕；氯離子  0  前  言 鋼筋在混凝土高堿性環(huán)境

2、中的鈍態(tài)條件被破壞，便被腐蝕。鋼筋鈍化膜破壞機理主要是混凝土的碳化和氯化物侵入，這兩種因素既影響混凝土孔隙液的pH值，又影響鋼筋的電位值，因而直接影響鋼筋的穩(wěn)定性。因氯化物的侵蝕引起鋼筋混凝土構筑物破壞而造成重大損失的現(xiàn)象非常嚴重。北京西直門立交橋于1979年建成投入使用，不到20a鋼筋混凝土的腐蝕已十分嚴重，不得不進行改建。引起西直門立交橋過早破壞的原因是多方面的，但長期在冬季向立交橋撒含氯化物除冰鹽引起鋼筋腐蝕使立交橋結構受到破壞是突出的因素。臺灣四面環(huán)海，許多鋼筋混凝土構筑物受破壞以及不斷發(fā)生的“海砂屋”事件，也是氯化物侵蝕所引起的。目前，中國大陸也存在“海砂屋”現(xiàn)象。氯離子的侵蝕引起鋼

3、筋局部腐蝕是最有害的，對此，各國都給予了高度的重視。由于鋼筋混凝土結構的復雜性和研究條件的差異，研究結果和結論并不完全一致，許多問題還有待深入研究。本工作主要對國內外氯離子與鋼筋腐蝕系的研究進展和防止氯化物侵蝕的措施進行評述。1  鋼筋腐蝕與氯離子去鈍化機理鋼筋混凝土是多相、不均質的特殊復雜體系，鋼筋表面具有電化學不均勻性，存在著電位較負的陽極區(qū)和電位較正的陰極區(qū)；一般鋼筋表面總處于混凝土孔隙液膜中，即鋼筋表面陽極區(qū)和陰極區(qū)之間存在電解質溶液；由于混凝土的多孔性，其構筑物總是透氣和透水的，即通常氧可以通過毛細孔道達到鋼筋表面作為氧化劑接受鋼筋發(fā)生腐蝕產(chǎn)生的自由電子。因此，鋼

4、筋表面存在活化狀態(tài)，則可構成腐蝕電池，鋼筋就會發(fā)生電化學腐蝕。但在正常情況下，鋼筋在混凝土中不會發(fā)生腐蝕。這是因為鋼筋表面在堿性混凝土孔隙液中生成鈍化膜，發(fā)生陽極鈍化阻止了鋼筋的腐蝕。因此，長期保持混凝土固有的高堿性是保護鋼筋不受腐蝕、保證鋼筋混凝土構筑物耐久性的有效途徑。但是，在氯離子侵蝕嚴重的情況下鋼筋的腐蝕還是時有發(fā)生?；炷林袖摻畹母g是電化學腐蝕，但有其特殊性。鋼筋腐蝕的先決條件是表面去鈍化。通常認為其基本反應是在陽極區(qū)鐵失去電子變?yōu)殍F離子，導致鐵的溶解。鐵離子可進一步反應生成氫氧化物和氧化物，在陰極區(qū)進行氧的還原反應。由于腐蝕產(chǎn)生的多種形式的氫氧化物和氧化物的體積比鐵原來的體積大好

5、幾倍，因此，可造成混凝土結構的膨脹開裂，進一步促進鋼筋的腐蝕。氯離子是極強的去鈍化劑，關于氯離子的去鈍化機理認識還不一致，有人認為是氯離子易滲入鈍化膜，也有人認為是Cl-優(yōu)先于氧和OH-被鋼吸附。一般認為，在不均質的混凝土中氯離子能夠破壞鋼筋表面鈍化膜，使鋼筋發(fā)生局部腐蝕。在陽極區(qū)鐵發(fā)生腐蝕生成鐵離子，當鋼筋混凝土界面環(huán)境存在氯離子時，在腐蝕電池產(chǎn)生的電場作用下，氯離子不斷向陽極區(qū)遷移、富集。Fe2+和Cl-生成可溶于水的FeCl2，然后向陽極區(qū)外擴散，與本體溶液或陰極區(qū)的OH-生成俗稱“褐銹”的Pe(OH)2，遇孔隙液中的水和氧很快又轉化成其他形式的銹。FeCl2生成Pe(OH)2后，同時放

6、出Cl-，新的Cl-又向陽極區(qū)遷移，帶出更多的Fe2+。Cl-不構成腐蝕產(chǎn)物，在腐蝕中也未被消耗，如此反復對腐蝕起催化作用?？梢奀1-對鋼筋的腐蝕起著陽極去極化作用，加速鋼筋的陽極反應，促進鋼筋局部腐蝕，這是氯離子侵蝕鋼筋的特點。此外，氯化物對混凝土也有侵蝕作用。汪鷹等采用X射線光電子能譜(XPS)等方法，考察在含與不含氯離子的模擬混凝土孔隙液中鋼筋表面鈍化膜的變化時發(fā)現(xiàn)，在含氯離子的溶液中，鈍化膜中有氯元素，膜內層有FeCl2，氯離子對鈍化膜的破壞機理可能是先吸附后穿透進入膜中，在鋼筋表面Pe2+和Cl-反應生成FeCl2,從而使鈍化膜局部溶解，鋼筋發(fā)生點腐蝕。采用掃描微電極法、掃描隧道顯微

7、鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、電化學交流阻抗(ElS)和其他電化學測試技術，研究氯離子對鋼筋在模擬混凝土孔隙液或混凝土中腐蝕行為的影響發(fā)現(xiàn)，鋼筋在純飽和Ca(OH)2溶液中，表面電位分布處于動態(tài)平衡，雖有不穩(wěn)定的微腐蝕點存在，但未發(fā)展成宏觀腐蝕點，鋼筋表面維持鈍性。當介質中pH值下降和外加一定含量的氯離子后，鋼筋表面微區(qū)電位分布即發(fā)生變化，出現(xiàn)固定的突出電位峰，鋼筋表面鈍化膜受到局部破壞發(fā)生點腐蝕；AFM和原位STM觀測鋼筋在不同介質條件下模擬混凝土孔隙液中的表面微觀形貌表明，在純正模擬液中鋼筋表面膜較連續(xù)完整，而在一定pH值下添加一定濃度的Cl-后，鋼筋表面鈍化膜粗糙和受破壞，發(fā)生點

8、蝕；把鋼筋混凝土試樣浸泡于NaCl溶液中，隨著Cl-濃度的增加或浸泡時間的延長，鋼筋的腐蝕電位負移，腐蝕電流密度升高，鋼筋發(fā)生腐蝕反應到一定程度后主要受氧的傳輸過程控制。混凝土中的氯化物可分為溶解于混凝土孔隙液中游離的Cl-和水泥水化產(chǎn)物結合的氯化物，這兩種形式一般在混凝土中同時存在，保持化學平衡，其中只有游離的Cl-對鋼筋有去鈍化作用。但是，研究氯離子對鋼筋腐蝕的影響時，應考慮混凝土中氯化物的總量和孔隙液中游離Cl-的含量以及兩者的關系。不同水泥和混凝土拌合物及其拌合方式對混凝土結合氯化物的能力都有影響，并影響到鋼筋的穩(wěn)定性。2  鋼筋腐蝕的氯化物濃度臨界值通常，鋼筋腐蝕

9、的可能性隨混凝土中氯化物含量的增加而增大，但不是混凝土含有氯化物鋼筋就會發(fā)生腐蝕。在一定的鋼筋混凝土體系中，只有當氯離子濃度達到臨界值，且具備其他必要條件(水和氧)時，鋼筋表面才會去鈍化而發(fā)生腐蝕。由于鋼筋混凝土體系復雜、腐蝕的影響因素較多，且氯化物臨界值的測試方法不統(tǒng)一，因此，氯化物濃度的臨界值仍無統(tǒng)一定論。根據(jù)上述鋼筋鈍化與Cl-去鈍化機理，混凝土中鋼筋能否維持鈍化取決于其所處的介質OH-和Cl-在鋼筋混凝土界面上爭奪Pe2+誰占優(yōu)勢。如果OH-濃度高，則鈍化占優(yōu)勢或者說引起鋼筋腐蝕的氯離子臨界值也跟著提高，反之，則去鈍化占優(yōu)勢。因此，氯離子引起混凝土中鋼筋的去鈍化不只取決于Cl-濃度，更

10、主要的是C1-OH-值。也就是說，混凝土中鋼筋腐蝕的氯化物臨界值是隨條件而變的，最重要的條件之一是孔隙液中的pH值，水泥的組分也有影響。低滲透性的混凝土結構可延長氯化物達到臨界值的時間。 Hausmann研究了不同pH值的堿溶液及飽和氫氧化鈣溶液中氯化物濃度與鋼筋腐蝕的關系，總結出在pH值為11.6012.40范圍內引起鋼筋腐蝕的Cl-OH-值約為0.60。后來，Haus-mann進一步研究認為大部分鋼筋混凝土中C1-OH-的臨界值為0.661.40。    Hussain等研究了在不同組分水泥砂漿中鋼筋腐蝕的氯化物臨界濃度，發(fā)現(xiàn)Cl-OH-臨

11、界值隨孔溶液的pH值的減小而增大，pH值為13.2613.36時，其臨界值在1.282.00內變化，比他人在堿溶液測得的數(shù)值要高。還有研究認為鋼筋腐蝕的氯離子臨界值隨膠凝材料中的Ca3Al206即C3A含量的增加而提高。3  氯離子的來源    鋼筋混凝土中氯離子的來源可分為來自生產(chǎn)水泥和拌制混凝土所用原材料及其過程中氯化物的引進和外界氯化物的侵入兩種途徑。對前一種根據(jù)水泥和混凝土的用途,對氯化物的含量和污染可嚴格控制；而后一種則與水泥組分、混凝土拌制工藝、工程質量、混凝土厚度及密實性和環(huán)境中氯化物的污染程度等因素有關，較難嚴格避免。

12、    3.1  水泥和混凝土原材料使用含氯原材料均會使鋼筋混凝土受到氯離子污染，為此，對混凝土拌合物中氯化物的總含量有相應規(guī)定。    大多數(shù)品種的水泥在生產(chǎn)過程中所用原材料的氯含量極低，熟料中幾乎不含氯化物，這部分水泥原料對鋼筋的耐蝕性無不良影響。為了改善水泥的制造工藝，提高水泥的使用性能，在生產(chǎn)過程中，往往加入一定量的氯化物或含氯化物外加劑，如水泥生料中摻人含有氯的礦化劑；水泥立窯上為改善水泥的安定性采用由HCl等配制成的安定性液；?；郀t礦渣用海水排濕淬冷、粉煤灰用海水排濕，則可能含有較

13、多的氯化物。    拌制混凝土時如使用不潔凈的水或海砂將使混凝土引入較多的氯離子。    混凝土外加劑是除組成混凝土的各種原材料或混合材料之外，另行加入的材料，即在拌制混凝土過程中摻人用以改善混凝土各種性能的化學物質，如減水劑、密實劑、抗凍劑、緩凝劑、早強劑等，其中一部分外加劑采用氯化物或含氯化物的化學試劑，如氯化鈉、氯化鈣普通早強劑、氯化鈉抗凍劑等，使混凝土中氯離子含量增加。    3.2  海洋環(huán)境和沿海區(qū)域   

14、0;海水含有大量氯鹽，對海洋環(huán)境中的鋼鐵具有強腐蝕性。一般把海洋腐蝕環(huán)境分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)。    暴露于海洋環(huán)境的鋼筋混凝土構筑物，其暴露條件不同，氯化物侵入的機理也不同。在這些海洋環(huán)境中，氯離子可通過擴散或(和)毛細管的吸收作用，遷移到混凝土內部直至鋼筋表面。    處于水下部分或潮差區(qū)的飽水部分構筑物一直接觸海水，主要是飽水混凝土里外氯離子濃度差引起的離子擴散。這一區(qū)域又有充足的氧，因而鋼筋受腐蝕的機遇最大。    處于海上大氣區(qū)

15、和近海地區(qū)的鋼筋混凝土被侵蝕的主要因素是風帶來細小的鹽粒沉積于結構物表面，由于鹽吸濕形成液膜，使構筑物受到氯離子污染。通常深入內陸鹽量迅速下降，影響變小。    3.3  除冰鹽    冬季為防止公路結冰，常向道路、橋梁和立交橋路面撒鹽或鹽水溶化冰雪。早期大量使用的除冰鹽是氯化鈉和氯化鈣，氯鹽化冰雪性能好，價格便宜。但使用氯化物除冰鹽，易造成橋梁、道路混凝土結構的嚴重破壞。    3.4  鹽堿地和鹽湖   

16、; 我國存在著大面積的鹽堿地和部分鹽湖，沿海地區(qū)的鹽堿地以含氯鹽為主，其他地區(qū)的鹽堿地和鹽湖一般含有氯鹽的混合鹽。鹽堿地的土壤中一般含有較高含量的氯化物，對鋼筋混凝土構筑物有較強的侵蝕作用。如大港油田地處渤海灣，大港油田沿海區(qū)域的濱海鹽漬土壤對鋼筋混凝土構筑物的腐蝕十分嚴重。鋼筋混凝土筑物的腐蝕狀況主要取決于土壤中Cl-的含量，含量越高，腐蝕越嚴重。油田沿海區(qū)域的土壤對鋼筋混凝土構筑物的腐蝕比大氣腐蝕的危害大得多。    3.5  化學污染    化學污染主要來自工業(yè)環(huán)境和污水中的氯化

17、物。處于氯堿工業(yè)等強腐蝕工業(yè)環(huán)境中的鋼筋混凝土腐蝕破壞嚴重，有的結構物壽命只有十幾年。    3.6  其他途徑    除上述來源外，還有其他一些因素也會引起鋼筋混凝土受氯化物的污染。例如，火災后鋼筋混凝土構筑物常為氯化物所污染，C1-可侵入混凝土內部的鋼筋表面起腐蝕破壞。鋼筋在使用前存放于露天中，有時也會受到含有氯化物的生活污水等的污染。4 防止氯離子侵蝕混凝土中鋼筋的措施    防止氯離子侵蝕鋼筋混凝土可采用基本措施和補充措施兩類。前者旨在提高混凝土的

18、性能，以增加對鋼筋的防護功能，后者主要指基本措施在環(huán)境侵蝕作用下難以保證對鋼筋的有效保護時增加其他防護措施。    4.1  控制原材料中氯化物的含量    除按照施工質量的要求(規(guī)范)選擇合適的原材料外，嚴格控制材料的氯化物含量和避免氯化物的污染是混凝土中氯離子不超標的前提條件。    混凝土的原材料主要有水泥、水、砂、石子和外加劑等，因特殊需要在生產(chǎn)過程引入氯化物的水泥要嚴格控制氯含量，并對其使用范圍有所限制。飲用水、天然的潔凈淡水及河砂一般含氯鹽量很

19、少，可直接用于拌制混凝土；鋼筋混凝土工程不允許使用海水；對海砂應檢驗其氯鹽含量，符合標準規(guī)定的才能使用，而且最好還要采取防鋼筋腐蝕(如加鋼筋阻銹劑)的措施；混凝土中摻用的外加劑要符合有關標準。對于預應力混凝土結構，我國規(guī)定嚴禁使用含氯化物的外加劑。關于混凝土及其原材料氯離子含量的限制，還有相關標準，如對在潮濕并含有氯離子環(huán)境中的鋼筋混凝土，氯化物總含量不得超過水泥重量的0.1。但是，我國目前的相關標準還不夠健全，在實際工程中也未得到嚴格的執(zhí)行。    4.2  提高混凝土對鋼筋的防護性能    

20、正常情況下，正確設計和施工的優(yōu)質鋼筋混凝土結構具有長期抵制環(huán)境介質侵蝕的功能。因此，最大限度提高混凝土本身的低滲透性和保持對鋼筋的防護性能，是預防混凝土中鋼筋腐蝕的措施中最有效和經(jīng)濟的根本方法。提高混凝土對鋼筋防護性能的主要方法有：在設計、施工中考慮和采取護筋措施；適當增加混凝土保護層的厚度；改善?昆凝土結構，如選擇優(yōu)質原材料、引人外加劑，合理施工；使用新型混凝土等。    4.3  采用耐腐蝕鋼筋    研制合金鋼是改變鋼筋對腐蝕敏感性的方法之一。合金元素包括銅、鉻、鎳、鎢等，其中鉻最常用，其

21、他金屬也用于與鉻一起組成合金。鉻使鐵易形成更致密和結合力強的氧化膜，在高堿性條件下比普通鋼筋具有更高的防腐蝕性能；鎳對于提高鋼筋抗鹽腐蝕是很有用的；奧氏體不銹鋼在氯化物濃度較高的環(huán)境中比鐵素體具有更好的耐蝕性。在鋼表面施加覆蓋層已廣泛應用于鋼筋的防腐蝕，如海洋和近岸結構物、廠房、橋梁和高速公路等，鋼筋表面覆蓋層包括金屬與非金屬兩種形式。    金屬覆蓋層大體可分為鈍化膜型(如鉻基鍍層)和犧牲型(如鍍鋅層)兩種。前一種鍍層在鋼筋服役、生產(chǎn)、運輸和施工等過程中，如受局部破壞將使基體金屬相對于陰極鈍化膜作為陽極而發(fā)生局部腐蝕，而后一種則是作為犧牲陽極對基體金屬

22、起防護作用，即使鍍層發(fā)生局部破壞鋼筋仍可受到保護。其中，鍍鋅鋼筋獲得了較廣泛的應用。    非金屬覆蓋層主要是有機涂層，包括環(huán)氧涂層、聚氯乙烯、聚丙烯和聚氨酯等，其中以環(huán)氧涂層最常用。環(huán)氧涂層鋼筋是在拋光凈化的鋼筋表面熱噴涂一層致密、堅韌的膜。涂層可以極大地提高鋼筋的防腐蝕性能，有效抵制侵蝕性介質，適合于含氯離子的環(huán)境。但有研究表明，環(huán)氧涂層使鋼筋與混凝土的附著強度減少約1525，而且環(huán)氧涂層鋼筋在使用過程中對其質量要求高，使其應用受到了一定的限制。    4.4  應用鋼筋阻銹劑 &

23、#160;  鋼筋阻銹劑即為抑制鋼腐蝕的緩蝕劑，拌制混凝土時摻加阻銹劑是防止鋼筋腐蝕的一種經(jīng)濟而有效的方法。最早開發(fā)的鋼筋阻銹劑是亞硝酸鹽，特別是亞硝酸鈣對提高防腐蝕性能很有效，至今常作為復合阻銹劑的重要組分。亞硝酸鈉用于防止混凝土中鋼筋的點腐蝕，也曾被認為是良好的阻銹劑，但會使混凝土的強度損失，鈉離子有促進堿集料反應的危險，而且它是陽極型阻銹劑，用量不足反而會促進鋼筋局部腐蝕，加上亞硝酸鈉有毒，因而，不能得到廣泛的應用。除亞硝酸鹽外，Na2PO3F、Na3PO4和Na2PO4等也可用于作為鋼筋阻銹劑。近年來，有機阻銹劑的應用又發(fā)展成為抑制混凝土中鋼筋腐蝕的有效方法，其主要

24、是胺與酯組成的水基有機外加劑。    目前，鋼筋阻銹劑的研究仍在發(fā)展，不斷有新的和多功能的復合型阻銹劑獲得了開發(fā)和應用，其中遷移型阻銹劑是一種較為新穎的有機阻劑。這種阻銹劑一般是胺與鏈烯胺及有機酸或無機酸的鹽，和單氟磷酸鈉一樣可以滲人混凝土使受侵蝕的鋼筋再鈍化，無損高效地修補被氯鹽污染的鋼筋混凝土，其前景見好。    與國際上發(fā)達國家相比，國內對鋼筋阻銹劑的研究和應用較少。隨著鋼筋混凝土腐蝕問題的日益突出以及人們認識的提高，鋼筋阻銹劑在我國將有良好的應用市場。4.5  電化學保護 &#

25、160;  鋼筋混凝土結構的電化學保護包括陰極保護和電化學處理。陰極保護能直接抑制鋼筋自身的電化學腐蝕過程，尤其適用于易受碳化和氯化物污染的混凝土中鋼筋的保護，是目前保護混凝土中鋼筋最有效且經(jīng)濟的方法之一。陰極保護法可分為犧牲陽極保護法和外加電流陰極保護法。    前者是采用比鋼電位更負的鋁合金等作為陽極與鋼筋電連接，*自身的腐蝕提供自由電子實現(xiàn)對鋼筋的保護；后者則是以直流電源的負極與被保護的鋼筋連接，正極與難溶性的輔助陽極相接，提供保護電流使鋼筋發(fā)生陰極極化而受到保護。犧牲陽極保護法陽極材料的估計壽命較短，一般不用于新混凝土結構，且

26、陽極提供的電流有限，只能保護陽極附近較小范圍的鋼筋，因而該方法不大適用于暴露于大氣中的鋼筋混凝土結構。外加電流陰極保護法的應用較廣泛，發(fā)展較迅速，近10a已應用于新的鋼筋混凝土結構。目前，陰極保護法的研究主要致力于開發(fā)新的優(yōu)質陽極材料。    電化學處理與外加電流陰極保護法相似，也是以鋼筋為陰極，通以低壓直流電流達到保護鋼筋的目的。其區(qū)別在于電化學處理是在短期內施加大的陰極電流密度，使鋼筋表面發(fā)生電極反應產(chǎn)生OH-，提高鋼筋附近混凝土孔隙液的pH值，同時，*離子遷移排走鋼筋周圍的CI-，使其濃度低于臨界值。因此，電化學處理可用于碳化混凝土和氯化物污染引起

27、鋼筋腐蝕的場合。該技術可以無損地恢復鋼筋鈍態(tài)，其經(jīng)濟和社會效益顯著。    4.6  混凝土表面處理    硬化后的混凝土總是存在著空隙，為環(huán)境中水、二氧化碳和氯離子等介質的侵蝕提供了通道。因此，通過混凝土表面處理，提高混凝土層的抗?jié)B性也是保護鋼筋的一項補充措施?；炷帘砻嫣幚碇饕獮榛炷恋拿撍幚?、鑲面板和表面涂覆。脫水處理是在混凝土剛澆搗成型后，用真空脫水模板對混凝土表層進行真空脫水，排走混凝土中多余的水分和空氣，使混凝土表層更為密實，提高抗氯化物等介質的滲透。在混凝土表面涂覆涂料作為抵制侵

28、蝕性介質滲入混凝土的第一道防線是一種經(jīng)濟、簡便和有效的方法。表面涂覆一般可分為浸入型和隔離型，前者通過將涂料吸人到混凝土表層，降低混凝土的吸水性；后者則在混凝土表面成膜，形成隔離層。由于涂料的耐久性不佳，因此其對鋼筋混凝土結構往往只能提供暫時性的保護。5  結  論    (1)氯離子的侵蝕是引起混凝土中鋼筋腐蝕的主要原因。氯離子是極強的去鈍化劑，一定條件下其濃度達到臨界值，鋼筋就會去鈍化而腐蝕。    (2)氯離子來源廣泛。我國的海岸線長，沿海地區(qū)鋼筋混凝土結構受海洋環(huán)境的

29、影響較大，北方公路除冰鹽的應用是造成氯化物污染的重要原因。    (3)為防止鋼筋的腐蝕，首先應提高混凝土的護筋性，其次必須采取一些補充措施來抑制氯離子的侵蝕。采用鋼筋阻銹劑和電化學陰極保護是較為經(jīng)濟和有效的保護鋼筋的方法。2009-09-27 11:42混凝土是現(xiàn)代緊重要的建筑材料之一，廣泛用于大壩、橋梁、地板、貯槽和建筑等。堅硬的混凝土本身也耐腐蝕的材料，經(jīng)常用于鋼結構的保護，但是混凝土也有反應性，比如說在酸性環(huán)境中，所以它的表面也需要涂料的保護?；炷潦怯晒杷猁}水泥、填充骨料、水和助劑等混合后經(jīng)水合澆注而成。水泥的基本化學組成為3CaOSiO2和-

30、2CaOSiO2，以及少量的3CaOAl2O3、4CaOAl2O3Fe2O3或者是一些鐵相的固體溶液MgO、CaO以及其痕量化合物。除了加入骨料增強其耐磨性，還使用鋼筋骨架來增加混凝土構件的強度，這種混凝土叫作鋼筋混凝土。混凝土的固化通常經(jīng)過28天后可以達到最初的物理性能，國外有時候采用蒸汽來加速水合反應，混凝土構件的固化通常只要幾個小時就可以完成?；炷镣繉有杈邆浞雷o和裝飾兩方面功能。由于暴露於日曬、雨淋、大氣污染等的長期作用下，鋼筋混凝土的腐蝕如果不引起重視和采取措施，就會帶來嚴重后果。引起混凝土內加強鋼筋腐蝕最為主要的原因是混凝土的碳化和氯化物的滲透量。1. 混凝土的碳化鋼筋混凝土的發(fā)明

31、與發(fā)展的主要因素之一是水泥漿具有保護鋼筋免受腐蝕的能力。鋼筋混凝土中水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣是一種高堿性物質，pH值在12.5以上，混凝土中鋼筋與該溶液接觸，表面會形成氧化亞鐵面膜，它可以鈍化鋼筋，阻止氧接觸鋼筋，對鋼筋起到保護作用。這種鈍化作用在堿性環(huán)境中是很穩(wěn)定的。當水份通過孔洞形態(tài)的混凝土,在里面形成氫氧化鈣。氫氧化鈣是一個堿性環(huán)境，由于外來的酸性氣體，如二氧化碳滲入混凝土與氫氧化鈣發(fā)生化學反應，變成碳酸鈣，整個反應稱為碳化作用。CO2+H2O+Ca(OH) CaCO3+2H2O混凝土內鋼筋的腐蝕     當大量的碳酸鈣形成時，混凝土內部堿性環(huán)境受到

32、破壞，達到一定程度時，如pH在9以下時，鈍態(tài)鐵的保護層就失去作用，混凝土內的鋼筋因為沒有受到堿性環(huán)境的保護而產(chǎn)生銹蝕?；炷恋奶蓟蛩睾芏?，例如，水泥本身的質量，施工時水分及水泥比例，固化時間及環(huán)境等等。而多孔的混凝土比一般混凝土碳化速度快，有時甚至快十倍，此外施工也是一個十分重要的問題，例如水泥層外層與鋼筋之間的距離（水泥壁）過小等。2. 氯化物的滲透混凝土施工時往往會加入一些含有氯化物的預混合料，例如污染的水源，砂石等等。混凝土固化后，在大氣環(huán)境中的氯化物污染是難以避免。為了防止冰雪對車輛行駛造成的事故危害，二十世紀5060年代，以美國為主的西方國家開始大量使用防冰鹽，當時對“鹽害”認識不

33、足，7080年代，防冰鹽所帶來的腐蝕破壞大量表現(xiàn)出來，美國56.7萬座高速公路橋已有半數(shù)以上遭腐蝕和需要修復，至少已有50座橋出現(xiàn)了應力腐蝕斷裂現(xiàn)象，為修復道路、橋梁等，美國已花費上千億美元。至本世紀末還需花費400億美元，因修復和不安全等帶來的間接損失就難以預計了。英國為修復因防冰鹽腐蝕破壞的橋梁，已花費62億英磅，德國每年花費4億馬克，北歐、加拿大等國，均有受氯離子是一種穿透力極強的腐蝕介質，當接觸到鋼鐵表面，便迅速破壞鋼鐵表面的鈍化層，即使在強堿性環(huán)境中，氯離子Cl-引起的點銹腐蝕依然會發(fā)生，同時由于不論是氣態(tài)還是液態(tài)的水往往會滲透到混凝土里面，而這種水并非純水，而是含有一些雜質的電解液

34、，電化學作用導致銹蝕加快進行。當氯離子滲透到達鋼筋表面，氯離子濃度較高的局部保護膜破壞，成為活化態(tài)在氧和水充足的條件下，活化的鋼筋表面形成 一個小陽極，未活化的鋼筋表面成為陰極，結果陽極金屬鐵溶解，形成腐蝕坑，一般稱這種腐蝕為點腐蝕這個過程主要有下列反應：Fe2+2Cl-+2H2OFe(OH)2+2HCl4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(鐵銹)Fe(OH)3若繼續(xù)失水就形成水化氧化物FeOH(即為紅銹)，一部分氧化不完全的變成Fe3O4(即為黑銹)，在鋼筋表面形成銹層。由于鐵銹層呈多孔狀，即使銹層較厚，其阻擋進一步腐蝕的效果也不大，因而腐蝕將不斷向內部發(fā)展。國際上還沒有一致公認

35、的引起混凝土中鋼筋腐蝕的氯化物界限值，當結構處于干濕交替狀態(tài)下或常年濕度大于80%時，通常認為在氯化物含量與混凝土的重量比達到0.2以上時，就比較危險。第五節(jié)   橋梁的腐蝕防護措施一.涂料保護鋼鐵的大敵就是腐蝕，而涂料正是鋼鐵橋梁防腐蝕的最方便有效的方法之一。比如悉尼港口大橋在建設時的涂漆工作量就相當繁重，每度漆約有80000公升，涂裝面積相當于60個足球場那么大。從電化學腐蝕的原理分析，我們可以了解到鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕必須具備幾個基本條件：（1） 鋼鐵作為腐蝕陽極，其電位最低（2） 低電阻的電解質溶液，從外面滲入或殘存在底漆與鋼鐵的界面上（3） 足夠的氧氣參與腐蝕過程，

36、并維持在一定水平上采用涂料來保護鋼鐵，就是要提高其腐蝕電位，由腐蝕陽極成為陰極，隔絕電解質以免形成腐蝕電池。漆膜的耐腐蝕性一個重要原因就是涂層作為一種高聚物薄膜，能夠不同程度地阻緩腐蝕因子水、氧所和離子的透過，從而發(fā)揮防銹防腐蝕的作用。此外，涂層漆膜對腐蝕介質的穩(wěn)定性，與底材的附著力以及相應的機械性能對于涂層的防腐蝕性能都有著重要的影響。涂料對鋼鐵的保護作用主要有有三種，屏蔽作用、緩蝕作用和陰極保護作用。1. 屏蔽作用涂料經(jīng)過良好的施工，覆蓋在鋼鐵表面，能有效地隔絕鋼鐵與外界腐蝕環(huán)境的接觸。也就是說，涂料阻止了大氣中的氧氣、水汽和其它腐蝕性離子對鋼鐵的侵蝕。所有涂料都有著基本的屏蔽作用。2.

37、緩蝕作用防銹底漆的防銹作用在很大程度上依靠防銹顏料的作用。鉻酸鋅、磷酸鋅和紅丹等對鋼鐵有著緩蝕作用。以磷酸鋅為例，它具有形成堿式絡合物的能力，可以與漆基的極性基團（羥基或羧基）進一步絡合，生成穩(wěn)定的交聯(lián)絡合物，不僅增強了漆膜的耐水性和附著力，同時在鋼鐵表面形成了牢固的鐵鋅磷酸鹽絡合物，阻止銹蝕的形成和發(fā)展，降低鋼鐵的腐蝕速度。有關這一類防銹顏料的作用，請參考第二章橋梁重防腐涂料中有關“防銹顏料”的說明。3. 陰極保護作用利用鋅粉的陰極保護作用，制成的環(huán)氧富鋅漆和無機硅酸富鋅漆最具有最好的防銹作用，是重防腐涂料體系中的首選底漆。高含量的鋅粉與鋼鐵緊密接觸，由于鋅的電位比鋼鐵低，腐蝕電流就會從鋅流

38、向鋼鐵，鋅粉首先被腐蝕從而就保護了鋼鐵。鋅粉在大氣中的腐蝕產(chǎn)物為難溶堿式鹽，它們會填沒涂層中的空隙，也具有保護作用。二. 陰極保護電化學保護根據(jù)其原理，有陽極保護和陰極保護兩種。陽極保護主要是對鋼鐵進行鈍化，保護其在強氧化性質中不受腐蝕。例如在硝酸中，鋼鐵一般會強烈腐蝕，但是當硝酸濃度達到35%時，腐蝕速度就會顯著減小，達到60%時，幾科不受腐蝕。此時，鋼鐵變得十分穩(wěn)定。這就是是陽極保護。陰極保護是使用鋼鐵成為陰極并極化，以減小防止腐蝕。它可以分成犧牲陽極保護和外加電流保護。犧牲陽極保護法，是采用一種比所要保護金屬的電位要負，即化學性質更為活潑的金屬或合金，與被保護的金屬聯(lián)結在一起，依靠該金屬

39、或合金不斷的腐蝕犧牲掉所產(chǎn)生的電流使其它金屬獲得陰極極化而受到保護。因而，這種自身腐蝕的金屬或合金，稱之為犧牲陽極。常見的犧牲陽極材料有鋅基合金，鋁基合金。外加電流陰極保護是由直流電源通過輔助陽極對被保護體施加保護電流，使被保護體成為陰極并獲得極化，從而免受腐蝕的一種保護技術水泥中氯離子的危害及預防    今年6月1日，國家標準通用硅酸鹽水泥（GB1752007）正式實施，這是我國水泥行業(yè)的一件大事，它涉及到水泥產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、應用、科研與設計的各個方面。尤其是水泥生產(chǎn)企業(yè)，無論是產(chǎn)品品種的確定、配料方案的設計、化學分析及物理檢驗儀器設備的購置、效驗、

40、使用，還是生產(chǎn)工藝過程中的技術參數(shù)調整與控制，都必須進行必要的變更與適應，才可能實現(xiàn)執(zhí)行標準的正常平穩(wěn)過渡。    氯鹽是廉價而易得的工業(yè)原料，它在水泥生產(chǎn)中具有明顯的經(jīng)濟價值。一方面，它可以作為熟料煅燒的礦化劑，能夠降低燒成溫度，有利于節(jié)能高產(chǎn)；它也是有效的水泥早強劑，不僅使水泥3天強度提高50以上，而且可以降低混凝土中水的冰點溫度，防止混凝土早期受凍；另一方面，氯離子又是混凝土中鋼筋銹蝕的重要因素。由于鋼筋銹蝕是混凝土破壞的主要形式之一，所以，各國對水泥中的氯離子含量都作出了相應的規(guī)定。    氯離子的來源主要

41、是原料、燃料、混合材料和外加劑，但由于熟料煅燒過程中，氯離子大部分在高溫下?lián)]發(fā)而排出窯外，殘留在熟料中的氯離子含量較少。如果水泥中的氯離子含量過高，其主要原因是摻加了混合材料和外加劑（如：工業(yè)廢渣、助磨劑等）。因此，在我國水泥新標準中增加了“水泥生產(chǎn)中允許加入0.5在助磨劑和水泥中的氯離子含量必須0.06”的要求，充分體現(xiàn)水泥行業(yè)對混凝土質量保證的承諾和責任心。    鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土結構耐久性的重要因素，是當前最突出的工程問題之一，已引起了各個國家的關注。大家不僅重視研究混凝土結構中的鋼筋銹蝕與防護問題，并推出新的檢驗評價方法與監(jiān)控防護措施。    鋼筋的腐蝕分為濕腐蝕和干腐蝕兩種。鋼筋在混凝土中的銹蝕是在有水分子參與的條件下發(fā)生腐蝕，屬濕腐蝕。鋼筋的銹蝕過程是一個電化學反應過程。使鋼筋表面的鐵不斷失去電子而溶于水，從而逐漸被腐蝕；與此同時，在鋼筋表面形成紅鐵銹，體積膨脹數(shù)倍，引起混凝土結構開裂。&