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混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理

造成鋼筋混凝土建筑物破壞的主要原因有：① 氯離子侵蝕，② 中性化，③ 凍害，④ 鋼筋銹蝕等。

1.氯離子侵蝕

氯離子對鋼筋混凝土的侵蝕主要體現(xiàn)在以下五個方面：

① 破壞鋼筋鈍化膜

水泥水化所形成的高堿性環(huán)境（pH≥12.6），使混凝土內(nèi)的鋼筋表面產(chǎn)生一層致密鈍化膜。然而，鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的，研究和實踐表明，當(dāng)pH＜11.5時（臨界值），鈍化膜就開始不穩(wěn)定；當(dāng)pH＜9.88時，鈍化膜生成困難或已經(jīng)生成的鈍化膜逐漸破壞。氯離子進(jìn)入混凝土中并到達(dá)鋼筋表面，當(dāng)它吸附于局部鈍化膜時，可使該處的pH值迅速降低。

② 形成“腐蝕電池”

氯離子對鋼筋表面鈍化膜的破壞首先發(fā)生在局部（點）

② 形成“腐蝕電池”

氯離子對鋼筋表面鈍化膜的破壞首先發(fā)生在局部（點），使這些部位（點）露出了鐵基體，與尚完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成電位差，鐵基體作為陽極而受腐蝕，大面積的鈍化膜區(qū)作為陰極。腐蝕電池作用使得鋼筋表面產(chǎn)生點蝕，由于大陰極（鈍化膜區(qū)）對應(yīng)于小陽極（鈍化膜的破壞點），坑蝕發(fā)展十分迅速。這就是氯離子對鋼筋表面產(chǎn)生以“坑蝕”為主破壞的原因所在。

③ 氯離子的陽極去極化作用

氯離子不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池作用的過程。陽極反應(yīng)過程形成Fe2+，如果生成的Fe2+不能及時搬運走而積累于陽極表面，則陽極反應(yīng)就會因此受阻；相反，如果生成的Fe2+能及時被搬運走，使得陽極過程就會順利進(jìn)行乃至加速進(jìn)行。

可以看出，Cl－只是參與了過程，同時起到了搬運作用，重要的是它在整個過程中并沒有被消耗掉，換言之，凡是進(jìn)入到混凝土中游離狀態(tài)的氯離子，會周而復(fù)始地起破壞作用，這也是氯鹽危害的特點之一。

④ 氯離子的導(dǎo)電作用

混凝土中氯離子的存在，強化了離子通路，降低了陰極、陽極之間的電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過程。

⑤ 氯離子與水泥的作用及對鋼筋銹蝕的影響

水泥中的鋁酸三鈣（C3A），在一定條件下可與氯離子作用生成不溶性“復(fù)鹽”，當(dāng)混凝土的堿度降低時，復(fù)鹽會發(fā)生分解，重新釋放出氯離子。就此而言，復(fù)鹽還有潛在危險的一面，保持混凝土的高堿性對于防止復(fù)鹽的分解也是非常重要的。

2.中性化

空氣中的酸性氣體或液體侵入混凝土中，與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土中的pH值下降的過程稱為混凝土的中性化過程，由于大氣中均有一定含量的CO2，碳化是普遍的混凝土中性化過程。

混凝土碳化的危害是會引起鋼筋銹蝕。碳化是一般大氣環(huán)境下混凝土中鋼筋脫鈍銹蝕的前提條件，從而影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

3.凍融

混凝土凍融破壞分為一般凍融破壞（即水中凍融破壞）和鹽凍破壞，其破壞機(jī)理如下：

（1）混凝土凍融破壞機(jī)理

混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用稱為凍融破壞，混凝土處于飽水狀態(tài)和凍融循環(huán)交替作用是混凝土發(fā)生凍融破壞的必要條件。圍繞混凝土凍融破壞機(jī)理的研究形成了多種理論，如靜水壓理論、滲透壓理論、水的離

析成層理論、充水系數(shù)理論、臨界飽水值理論和孔結(jié)構(gòu)理論。

（2）混凝土鹽凍破壞機(jī)理

混凝土的鹽凍破壞一般是指在凍融循環(huán)條件下，由鹽引起的混凝土表面剝蝕破壞，多發(fā)生于寒冷地區(qū)海洋環(huán)境和除冰鹽環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)�？傮w看來，鹽凍對混凝土的破壞要比凍融對混凝土的破壞更加嚴(yán)酷。

4.鋼筋銹蝕

混凝土中的鋼筋銹蝕屬于電化學(xué)腐蝕，根據(jù)腐蝕電化學(xué)原理，混凝土中鋼筋銹蝕的發(fā)生必須具備以下三個條件：

（1）在鋼筋表面存在電位差，構(gòu)成腐蝕電池；

（2）鋼筋表面的鈍化膜破壞，處于活化狀態(tài)；

（3）在鋼筋表面有腐蝕反應(yīng)所需的水和溶解氧。

鋼筋銹蝕是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的關(guān)鍵因素，混凝土中的鋼筋一旦發(fā)生銹蝕，銹蝕產(chǎn)物是原體積的3～4倍，使鋼筋周圍混凝土受到膨脹壓力，造成混凝土保護(hù)層出現(xiàn)順筋裂縫，順筋裂縫出現(xiàn)后，鋼筋銹蝕進(jìn)一步加劇，最終導(dǎo)致混凝土保護(hù)層的大片脫落，鋼筋裸露，危及結(jié)構(gòu)安全。

防護(hù)必要性

美國學(xué)者Sitter用五倍定律來描述用于新建和維修不同腐蝕階段的混凝土結(jié)構(gòu)的費用：在混凝土結(jié)構(gòu)新建時節(jié)省1美元的腐蝕防護(hù)費用，在發(fā)現(xiàn)銹蝕時，采取措施所需要的費用為5美元；當(dāng)發(fā)生混凝土表面順筋開裂時，需要25美元；當(dāng)發(fā)生結(jié)構(gòu)嚴(yán)重腐蝕破壞時，需要125美元。由此可見，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)越早采取修復(fù)防護(hù)措施，其修復(fù)防護(hù)費用越低，因此造成的損失越小。

因此，對新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采取合理的防護(hù)措施，對在役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行及時的修復(fù)與防護(hù)，將會大大延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，腐蝕損失將減少25%~40%。

為了阻止氯離子等有害物質(zhì)侵入混凝土，應(yīng)該從提高混凝土自身性能、加大保護(hù)層厚度和外加防腐措施來著手。目前，國內(nèi)外對于提高混凝土自身性能主要有添加合適的膠凝材料、降低水灰比、使用外加劑、提高水泥系數(shù)。然而混凝土是一種典型的多孔材料，即使是高密實混凝土也存在一定的孔隙。尤其是在海洋這樣一個嚴(yán)苛的環(huán)境中，單靠混凝土自身性能的提高，不足以實現(xiàn)海洋工程的耐久性。對于截面較大的構(gòu)件，可以設(shè)計較大的保護(hù)層厚度，而跨度較大的構(gòu)件為了減輕自身重量，往往需要限制保護(hù)層厚度。所以不可能做到無限增大保護(hù)層厚度。因此，對于海洋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)該采取附加的防腐措施。美國混凝土協(xié)會（ACI）確認(rèn)了四種鋼筋混凝土保護(hù)附加措施：環(huán)氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑、陰極保護(hù)和鋼筋混凝土表面防護(hù)涂料。而鋼筋混凝土表面防腐是其中簡單而有效的附加措施。又因為這種措施不僅可以運用到新建結(jié)構(gòu)，而且可以運用到已有建筑的修復(fù)中。所以，鋼筋混凝土表面防腐措施已越來越受到大家的關(guān)注。

混凝土表面涂層防護(hù)是在混凝土表面涂刷保護(hù)涂料，涂料或滲入混凝土內(nèi)部一定深度形成憎水層，或?qū)⒈砻婵紫都叭毕莘忾]，從而阻止水分及有害物質(zhì)的侵入。混凝土表面采用涂層防護(hù)可以防止或延緩腐蝕的發(fā)生，從而延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。