淺議氯鹽對鋼筋混凝土侵蝕機理及防治措施

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1、淺議氯鹽對鋼筋混凝土侵蝕機理及防治措【摘要】氯離子進入混凝土中能夠引起鋼筋銹蝕，是影響混凝土耐久性的重要原因之一。本文通過查閱多方資料并結(jié)合部分經(jīng)驗闡述了氯離子在混凝土中的傳輸機理、氯鹽的滲透性及其發(fā)生的電化學反應(yīng)、氯離子對混凝土的侵蝕機理，最后提出了防止氯鹽對混凝土侵蝕所采取的一些措施，可更好的指導(dǎo)實踐，以期為同行提供參考?！娟P(guān)鍵詞】氯離子；鋼筋混凝土；傳輸機理；滲透；侵蝕機理；防治措施0引言鋼筋腐蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最常見的問題，而引起鋼筋腐蝕的關(guān)鍵因素是氯離子對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的侵入。眾所周知，氯離子

2、的侵入能夠?qū)е禄炷翗?gòu)件中的鋼筋脫鈍，引起鋼筋銹蝕，致使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的服役性能退化乃至失效破壞，成為當今世界影響鋼筋混凝土耐久性的最主要因素?；炷林幸痄摻钿P蝕的氯離子源于外滲和內(nèi)摻兩種方式。外滲主要來自于混凝土的使用環(huán)境，如近海建筑物、使用化冰鹽的橋梁和公路、鹽堿地及鹽污染的工業(yè)環(huán)境，氯離子可以從外部滲入到混凝土的內(nèi)部，從而引起鋼筋的腐蝕；而內(nèi)摻主要來自于拌制用細骨料中所含氯離子（比如海砂)及拌制用水中所含氯離子［1］。為了防止鋼筋銹蝕，人們研究開發(fā)了一系列防護措施，如增加混凝土保護層厚度

3、，使用高性能混凝土，對混凝土表面進行涂層，進行陰極電流保護和添加緩蝕劑等。1氯離子在混凝土中的傳輸機理氯離子滲入混凝土是一個緩慢的過程，但是相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)50?150年的設(shè)計工作壽命，其滲入速率就顯得非?？?。C1-在混凝土中的滲透遷移能力較強，只要混凝土中有C1-濃度梯度存在，就會有C1-遷移。通常氯離子通過混凝土內(nèi)部的孔隙和微裂縫從周圍環(huán)境向混凝土內(nèi)部傳遞，氯離子侵入混凝土的方式有以下幾種：(1)擴散作用：從濃度高的地方向濃度低的地方轉(zhuǎn)移;(2)毛細管作用：氯離子向混凝土內(nèi)部干燥部分移動;(3)

4、滲透作用：在水壓力作用下，氯離子向壓力較低的方向移動；(4)電化學遷移：氯離子向電位較高的方向移動。氯離子的侵蝕往往是上述幾種方式的共同作用，另外還受到氯離子與混凝土材料之間的化學結(jié)合、物理粘結(jié)、吸附等作用的影響。在許多情況下，擴散過程被認為是最主要的傳輸方式之一。WaheebA.Al~Khaja［2］指出影響混凝土抗氯離子滲透的因素有很多，包括混凝土初始氯離子濃度、混凝土質(zhì)量、水灰比、混合材種類和摻量、混凝土和鋼筋表面防護類型、密實度、環(huán)境、養(yǎng)護和施工等。他還研究了溫度、水泥類型和混凝土密實度對其的影

5、響。研究發(fā)現(xiàn)，45mm以內(nèi)外界溫度對氯離子滲透的影響十分顯著，外界溫度越高滲透越大，混凝土強度越高滲透越小。P.Castro[3]研究了海水對鋼筋混凝土圓柱的影響，并進行了鹽霧室加速試驗和現(xiàn)場試驗之間的對比。研究發(fā)現(xiàn)當在離海岸線50m的位置放置12個月后，氯離子的濃度可達到4?5kg/m3,放置24個月后，氯離子的濃度可達到12?16kg/m3,遠遠超過我國一般控制的0.06%或0.07%的限值。KejinWang[4]的研究也表明大量使用的含氯的混凝土防凍劑，也會對鋼筋混凝土產(chǎn)生明顯的腐蝕，因此必須與

6、阻銹劑同時使用。2氯鹽的滲透及其誘發(fā)的電化學反應(yīng)氯鹽對混凝土的侵蝕主要是對鋼筋的侵蝕。氯鹽對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要存在以下幾種可能性：(1)氯離子擴散到鋼筋表面，吸附于局部鈍化膜處，可以使該處的PH值迅速降低，當PH值W11.5時，鈍化膜處于不穩(wěn)定狀態(tài)，當PH值W9.88時，鈍化膜逐漸遭到破壞。(2)是環(huán)境中游離的C1-滲入混凝土后，將和混凝土中的鋁酸三鈣(C3A)反應(yīng)，生成比反應(yīng)物體大幾倍的固相化合物，造成混凝土的膨脹破壞。因此美國混凝土協(xié)會規(guī)定,水泥中的Cl-的最高限量(質(zhì)量百分比)為：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝

7、土0.08%,潮濕環(huán)境中的混凝土0.10%,干燥環(huán)境中的混凝土0.20%o(1)是當鋼筋跨越富含和不含C1-的兩種混凝土時，由于電位差會形成宏電池，發(fā)生鋼筋自極化現(xiàn)象，造成鋼筋鈍化膜的加快破壞。事實上，在水化作用之前，混凝土中的部分氯鹽能夠與混凝土中的某些組分化合成難溶于水的3Ca0?A1203?3CaC12?10H20和3Ca0?A1203?3CaC12?13H20,在這種狀態(tài)下的Cl-不會對鋼筋起作用，同時氯鹽還可以被混凝土物理吸附。因此，只有游離的C1-才能夠?qū)︿摻钇痄P蝕作用。而游離C1-主要是通

8、過擴散過程進入混凝土而到達鋼筋表面，其擴散過程與周圍介質(zhì)中C1-濃度及混凝土的滲透性有關(guān)。Cavalier［6］也指出只有游離的C1-才能夠?qū)︿摻钇痄P蝕作用。水泥熟料中的四種礦物C3S、C2S、C3A和C4AF中，C3A可以和游離的C1-之間發(fā)生反應(yīng)形成水化氯鋁酸鈣。而Byfors［7］的研究表明，當外加1%的NaCl時，約有55?65%的C1-被結(jié)合固定。Verbeck［8］指出除了C3A之外，C4AF也可以結(jié)合一定量的Cl-o3基于Fi