一.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕的意義
??????? 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋和混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)較低，在土建工程中應(yīng)用范圍非常廣泛。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早被破壞的主要原因之一。新鮮混凝土是呈堿性的，其PH值一般大于12.5，在此堿性環(huán)境中鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，使鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳、水汽和氯離子等有害物質(zhì)從混凝土表面通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，從而導(dǎo)致混凝土的PH值降低，就出現(xiàn)PH值小于9這種情況，鋼筋表面的鈍化膜就會(huì)被逐漸破壞，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕，并且隨著銹蝕的加劇，會(huì)導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂，鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力破壞，鋼筋受力截面減少，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低等，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性的降低。
??????? 據(jù)調(diào)查, 我國20世紀(jì)90年代前興建的海港工程,一般10～20年就會(huì)出現(xiàn)鋼筋嚴(yán)重腐蝕破壞,結(jié)構(gòu)使用壽命基本上都達(dá)不到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期要求。我國50 年代至70年代建的海港工程,高樁碼頭不到20年,甚至7～8 年就出現(xiàn)嚴(yán)重鋼筋銹蝕破壞,海工混凝土結(jié)構(gòu)破壞已成為我國港口建設(shè)中不得不重視并迫切需要解決的問題。
??????? 國外學(xué)者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性, 即設(shè)計(jì)階段對(duì)鋼筋防護(hù)方面節(jié)省1美元;在發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)采取措施需要追加維修費(fèi)5美元;混凝土表面順筋開裂時(shí)采取措施將追加維修費(fèi)25美元;嚴(yán)重破壞時(shí)將追加維修費(fèi)125美元。我國海洋工程中廣泛使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因腐蝕引起破壞的情況同樣嚴(yán)重。除海洋環(huán)境本身屬于強(qiáng)腐蝕環(huán)境因素外, 環(huán)境的日益惡化、相關(guān)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)偏低、施工質(zhì)量不能保證等因素,致使我國混凝土結(jié)構(gòu)大部分在使用10年左右即出現(xiàn)較嚴(yán)重的腐蝕破壞,給國家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了巨大的損失。因此,如何采取有效的防腐蝕技術(shù)措施,防止鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早出現(xiàn)鋼筋銹蝕破壞,確保建筑物達(dá)到預(yù)期的使用壽命是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界極為關(guān)切的熱點(diǎn)。
??????? 二.鋼筋的銹蝕原理及分類
??????? 1．鋼筋的銹蝕條件：
??????? 鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋的銹蝕需要三個(gè)條件：
??????? (1)鋼筋表面堿性鈍化膜破壞。正常情況下鋼筋是包裹在砼之內(nèi)的，砼則由于水泥的水化反應(yīng)造成其初始?jí)A性(含有一定Ca(OH)2)較強(qiáng)，正常情況：下鋼筋在這種堿性環(huán)境下不會(huì)發(fā)生氧化腐蝕。當(dāng)PH值大于1O時(shí)，鋼筋腐蝕的速度很慢，當(dāng)PH值小于5時(shí)，其銹蝕的速度就快。由此可見，只有當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼筋周圍堿性鈍化膜因砼碳化或其它原因?qū)е缕茐暮?，才可能出現(xiàn)腐蝕。
??????? (2)必須產(chǎn)生電位差，使鋼筋產(chǎn)生微電池腐蝕式大電池腐蝕。鋼筋腐蝕，是由于鋼筋表面不同部分之間產(chǎn)生電位差引起的，其作用和電池一樣，在鋼筋表面有微弱的電流流動(dòng)。當(dāng)在鋼筋表面構(gòu)成了許多微小電池，其電化學(xué)反應(yīng)，按下式進(jìn)行：
??????? 陽極反應(yīng)(活化區(qū))：Fe Fe2+ +2e
??????? 陰極反應(yīng)區(qū)：2H20+O2+4e 4(OH)-
?????????????? 綜合反應(yīng)式就是：Fe2 +2(OH)一 Fe(OH)2
??????? 這就是鐵變成鐵銹的過程。當(dāng)構(gòu)筑物(或構(gòu)件)處在離子條件差別很大的兩種環(huán)境中，或遭受雜散直流電影響時(shí)，一部分鋼筋(或一部分構(gòu)筑物)作為陽極，而另一部分作為陰極，這樣便構(gòu)成大電池腐蝕。
??????? (3)必須具備水和氧。水和氧是鋼筋腐蝕的必要條件(尤其是水)，它們均參加鋼筋電化腐蝕的陽極反應(yīng)過程。水分子能穿透任何肉眼可辯的裂縫。水還能起著電解質(zhì)的作用，并溶餌氧和其它如氯等的有害離子，從而加速了腐蝕速度。另外在一定條件下氧還可以造成濃度電池腐蝕。最常見的實(shí)例就是水線腐蝕。如浸在海水中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在水線附近鋼筋腐蝕最為嚴(yán)重，這是由于水線以上空氣中的含氧量較高，而水線以下(水中)含氧量突然降低，造成濃度電池腐蝕，使水線以下的部位鋼筋成為陽極而腐蝕。
??????? 2．鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的銹蝕的幾種情況。
??????? (1)由于混凝土不密實(shí)或有裂縫存在造成鋼筋的腐蝕?；炷撩軐?shí)度不良和構(gòu)件上產(chǎn)生的裂縫，往往是造成鋼筋腐蝕的很重要原因?；炷翝仓挟a(chǎn)生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會(huì)加速鋼筋的銹蝕。因?yàn)榭紫逗土芽p(一般在0．2ram以上時(shí))給水(汽)、氧和其他侵蝕性介質(zhì)的滲透創(chuàng)造了有利條件。因此，鋼筋的電化學(xué)腐蝕和混凝土密實(shí)度、裂縫的寬度、保護(hù)層的厚度、空氣的濕度以及空氣中侵蝕性介質(zhì)的含量，都有直接的關(guān)系。當(dāng)混凝士密實(shí)度差和鋼筋保護(hù)層不足時(shí)，各種介質(zhì)就容易到達(dá)鋼筋表面造成腐蝕。
??????? (2)由于混凝土碳化和侵蝕性氣體、介質(zhì)的侵入，造成鋼筋的腐蝕?？諝庵械亩趸?xì)怏w，在混凝土表層中逐漸為氫氧化鈣的堿性溶液所吸收，相互反應(yīng)生成碳酸鈣，這種現(xiàn)象稱為混凝土的碳化，亦稱“中性化”。砼碳化生成的碳酸鈣很難溶解，其飽和溶液的PH值為9，因此混凝土碳化的結(jié)果，就使PH值不斷下降，并不斷向內(nèi)部深化?；炷撂蓟瘜?duì)混凝土強(qiáng)度一般無直接影響。其危害主要在于為鋼筋腐蝕提供條件，而鋼筋銹蝕體積將發(fā)生膨脹(體積比原來提高2.2倍)，混凝土保護(hù)層將因此遭到剝落和損壞，從而降低鋼筋和混凝土的工作性能；尤其對(duì)于薄殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲構(gòu)件等，會(huì)造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞而且這種破壞往往是脆性的，具有隱藏、突然性等特點(diǎn)，必須引起高度重視。
??????? (3)由于混凝土內(nèi)摻入氯鹽造成鋼筋的腐蝕。為提高混凝土早期強(qiáng)度或抗凍性能，過去人們往往在混凝土內(nèi)摻入一定量的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉等。氯化鈣與水泥中的氫氧化鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣結(jié)合，生成高水分子復(fù)合化合物，如氯硅酸鹽等，并提高了氫氧化鈣的溶解度?；炷林校塞}對(duì)鋼筋的腐蝕多呈潰瘍狀，容易造成鋼筋的應(yīng)力集中：因此它的危害性是比較大的?；炷林新入x子主要來源于原材料、外加劑加海砂、海水或氯鹽高的水，以及摻加的用氯化鈣作為促凝劑，用氯化鈉作為防凍劑等，國內(nèi)外已出現(xiàn)多起加氯鹽過量而引起的嚴(yán)重腐蝕事件。
??????? (4)由于高強(qiáng)鋼筋中的應(yīng)力腐蝕隨著預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的采用，出現(xiàn)了高
??????? 強(qiáng)鋼筋中的一種特殊腐蝕形式，即“應(yīng)力腐蝕”。一般在表面只有輕微損害或根本看不見損害，這種腐蝕尤為危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼪]有任何預(yù)兆而可以發(fā)生突然破壞。一般認(rèn)為：高強(qiáng)鋼筋在應(yīng)力(拉應(yīng)力)的作用下，導(dǎo)致鈍化膜的破壞，裂縫比較活化，并作為陽極而腐蝕。在電化學(xué)腐蝕過程中繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)由于鋼筋中具有很高的拉應(yīng)力，和高強(qiáng)鋼筋的低變形性能。因此，腐蝕和應(yīng)力共同作用，使裂縫迅速向深度發(fā)展，以致鋼筋在看不到明顯的腐蝕現(xiàn)象的情況下會(huì)突然斷裂
??????? (5)電流腐蝕工業(yè)用電中的直流電，當(dāng)它泄漏到地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中時(shí)，會(huì)造成鋼筋的腐蝕。在這種情況下，電流流入處相當(dāng)于陰極區(qū)，電流流出處相當(dāng)于陽極區(qū)。目前我國一些直流電解工廠、電氣化鐵路、直流電的載流設(shè)備等的電流泄漏現(xiàn)象比較多，有時(shí)比較嚴(yán)重。這些雜散電流對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(如基礎(chǔ)、梁、柱等)鋼筋的腐蝕破壞時(shí)有所見。