一.鋼筋混凝土結構防腐蝕的意義
??????? 鋼筋混凝土結構結合了鋼筋和混凝土的優(yōu)點，造價較低，在土建工程中應用范圍非常廣泛。在鋼筋混凝土結構中，鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結構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入混凝土內(nèi)部時和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，從而導致混凝土的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被逐漸破壞，鋼筋就會發(fā)生銹蝕，并且隨著銹蝕的加劇，會導致混凝土保護層開裂，鋼筋與混凝土之間的黏結力破壞，鋼筋受力截面減少，結構強度降低等，從而導致結構耐久性的降低。
??????? 據(jù)調(diào)查, 我國20世紀90年代前興建的海港工程,一般10～20年就會出現(xiàn)鋼筋嚴重腐蝕破壞,結構使用壽命基本上都達不到設計基準期要求。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)嚴重鋼筋銹蝕破壞,海工混凝土結構破壞已成為我國港口建設中不得不重視并迫切需要解決的問題。
??????? 國外學者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土結構耐久性設計的重要性, 即設計階段對鋼筋防護方面節(jié)省1美元;在發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時采取措施需要追加維修費5美元;混凝土表面順筋開裂時采取措施將追加維修費25美元;嚴重破壞時將追加維修費125美元。我國海洋工程中廣泛使用的鋼筋混凝土結構因腐蝕引起破壞的情況同樣嚴重。除海洋環(huán)境本身屬于強腐蝕環(huán)境因素外, 環(huán)境的日益惡化、相關的混凝土結構耐久性規(guī)定標準偏低、施工質(zhì)量不能保證等因素,致使我國混凝土結構大部分在使用10年左右即出現(xiàn)較嚴重的腐蝕破壞,給國家建設和經(jīng)濟發(fā)展造成了巨大的損失。因此,如何采取有效的防腐蝕技術措施,防止鋼筋混凝土結構過早出現(xiàn)鋼筋銹蝕破壞,確保建筑物達到預期的使用壽命是國內(nèi)外學術界、工程界極為關切的熱點。
??????? 二.鋼筋的銹蝕原理及分類
??????? 1．鋼筋的銹蝕條件：
??????? 鋼筋混凝土構件內(nèi)鋼筋的銹蝕需要三個條件：
??????? (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造成其初始堿性(含有一定Ca(OH)2)較強，正常情況：下鋼筋在這種堿性環(huán)境下不會發(fā)生氧化腐蝕。當PH值大于1O時，鋼筋腐蝕的速度很慢，當PH值小于5時，其銹蝕的速度就快。由此可見，只有當鋼筋混凝土構件內(nèi)的鋼筋周圍堿性鈍化膜因砼碳化或其它原因導致破壞后，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。當在鋼筋表面構成了許多微小電池，其電化學反應，按下式進行：
??????? 陽極反應(活化區(qū))：Fe Fe2+ +2e
??????? 陰極反應區(qū)：2H20+O2+4e 4(OH)-
?????????????? 綜合反應式就是：Fe2 +2(OH)一 Fe(OH)2
??????? 這就是鐵變成鐵銹的過程。當構筑物(或構件)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，一部分鋼筋(或一部分構筑物)作為陽極，而另一部分作為陰極，這樣便構成大電池腐蝕。
??????? (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。最常見的實例就是水線腐蝕。如浸在海水中的鋼筋混凝土結構，在水線附近鋼筋腐蝕最為嚴重，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．鋼筋混凝土構件中鋼筋的銹蝕的幾種情況。
??????? (1)由于混凝土不密實或有裂縫存在造成鋼筋的腐蝕?；炷撩軐嵍炔涣己蜆嫾袭a(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，都會加速鋼筋的銹蝕。因為孔隙和裂縫(一般在0．2ram以上時)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，鋼筋的電化學腐蝕和混凝土密實度、裂縫的寬度、保護層的厚度、空氣的濕度以及空氣中侵蝕性介質(zhì)的含量，都有直接的關系。當混凝士密實度差和鋼筋保護層不足時，各種介質(zhì)就容易到達鋼筋表面造成腐蝕。
??????? (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細怏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果，就使PH值不斷下降，并不斷向內(nèi)部深化。混凝土碳化對混凝土強度一般無直接影響。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；尤其對于薄殼鋼筋混凝土結構和預應力高強度鋼絲構件等，會造成嚴重的結構損壞而且這種破壞往往是脆性的，具有隱藏、突然性等特點，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、鋁酸三鈣結合，生成高水分子復合化合物，如氯硅酸鹽等，并提高了氫氧化鈣的溶解度?；炷林?，氯鹽對鋼筋的腐蝕多呈潰瘍狀，容易造成鋼筋的應力集中：因此它的危害性是比較大的。混凝土中氯離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重腐蝕事件。
??????? (4)由于高強鋼筋中的應力腐蝕隨著預應力鋼筋混凝土結構的采用，出現(xiàn)了高
??????? 強鋼筋中的一種特殊腐蝕形式，即“應力腐蝕”。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，因為它沒有任何預兆而可以發(fā)生突然破壞。一般認為：高強鋼筋在應力(拉應力)的作用下，導致鈍化膜的破壞，裂縫比較活化，并作為陽極而腐蝕。在電化學腐蝕過程中繼續(xù)擴大，同時由于鋼筋中具有很高的拉應力，和高強鋼筋的低變形性能。因此，腐蝕和應力共同作用，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)象的情況下會突然斷裂
??????? (5)電流腐蝕工業(yè)用電中的直流電，當它泄漏到地下鋼筋混凝土結構中時，會造成鋼筋的腐蝕。在這種情況下，電流流入處相當于陰極區(qū)，電流流出處相當于陽極區(qū)。目前我國一些直流電解工廠、電氣化鐵路、直流電的載流設備等的電流泄漏現(xiàn)象比較多，有時比較嚴重。這些雜散電流對鋼筋混凝土結構(如基礎、梁、柱等)鋼筋的腐蝕破壞時有所見。