钢筋混凝土在海水中的腐蚀性能

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　　摘要：海水中钢筋混凝土受到腐蚀过早破坏，已经成为全世界普遍关注并日益突出的一大灾害，本文对海水中的钢筋混凝土耐腐蚀性能进行了研究，分析了海水环境下的钢筋混凝土的腐蚀性能。
　　关键词:海水;钢筋混凝土;腐蚀
　　
　　海水中对混凝土侵蚀的有害成分是硫酸镁和氯化钠。海水中的硫酸盐主要来自硫酸镁而不是硫酸钠或硫酸钙，在氯盐溶液中石膏和硫铝酸钙有较人的溶解度，海水中的氯化物不会影响硫酸盐反应的程度但会延缓或阻止硫酸盐引起的混凝土膨胀，故海水没有常见的那种硫酸盐侵蚀。硫酸镁与水泥水化物几种成分的化学反应并不相同，硫酸镁对水化铝酸钙的侵蚀作用与其他硫酸盐相同，但它对水化硅酸钙的作用则显著不同并更为严重，由于反应生成氢氧化镁溶解度低，硫酸镁的侵蚀反应可以持续进行到水化硅酸钙完全分解为止。在海水中，养护良好的含有大量矿渣和火山灰的水泥混凝土比用硅酸盐水泥的混凝土的性能优越，部分原因是前者含有较少的未结合的氢氧化钙。一般海水水下是一个温度和湿度都比较稳定的环境，没有冻融和干湿交替引起的体积变化，也没有一面浸湿一面干燥引起盐类结晶的压力。水下缺氧，也很少引起混凝土中钢筋锈蚀。但是会受到海水对混凝土的化学侵蚀，海水中侵蚀混凝土的成分主要是硫酸盐、镁离子和碳酸。在同样的暴露条件下，其侵蚀性随着所含相应物质的浓度增加而增加，同样，海水的侵蚀性也随着较高的温度，较高的压力和快速水流的磨耗而增加。海水中若溶解了较高浓度的CO2，则对硅酸盐水泥混凝土更有侵蚀性。有些地区海水中含有较高浓度南CO2, CO2溶于水形成碳酸，碳酸使水泥石分角。溶出氧化钙使混凝土受到侵蚀破坏。美国东海岸海洋城.750根预制混凝土桩使用了25年后需要修复，有的桩直径自55cm减小到30cm,混凝土的破坏是由于海水中含有较高浓度的CO2的原故。碱金属离子与集料中的活性氧化硅或碳酸盐反应生成碱硅酸盐凝胶吸水膨胀导致混凝土开裂破坏。钢筋锈蚀是海水中钢筋混凝土结构破坏的又一个主要原因，也是我国海港钢筋混凝土建筑物破坏的主要原因，我国浙江北仑港和广东湛江港的钢筋混凝土码头均因钢筋锈蚀使结构很快受到破坏。
　　
　　1.混凝土的腐蚀性能分析
　　在通常情况下，与水泥石水解产物的溶解和迁移有关的溶出性腐蚀，似乎不可能发生在海水中的混凝土结构上，因为海水中所含的盐类首先会引起其他类型的腐蚀。但是，由于水泥石与海水的互相作用，同混凝土接触的海水，特别是渗入混凝土内部的海水，其成分发生了剧烈变化。在表层中的Mg2+和CO32-呈结合状态，从过饱和溶液中沉淀出来的大量CaSO4•2H2O，也在发生交换反应的地方积聚。渗入混凝土深部的海水含有大量的NaCl，以及一些CaCl2和少量未直接参加反应的其他盐类，这种成分的海水能够溶解水泥的大多数组分，亦即已经形成了发生溶出性腐蚀过程的条件。然而，只要海水不渗入混凝土，溶出性腐蚀就不可能发生。只有当单面压头造成海水的渗透时，溶出性腐蚀的潜在可能性才成为破坏混凝土的因素。另外，在海水中的混凝土，其表面上存在着大量的丁酸细菌，当这些丁酸细菌不能为其它种类的细菌所平衡时，就能迅速破坏水泥石。但在大多数情况下，混凝土表面上的大量细菌能互相保持平衡，即一种细菌的生命活动排泄物能被其它几种细菌所利用。天然条件下的海水在细菌生物区与混凝土相接触时，呈弱碱性反应(pH=8.3-8.4 )，而不是酸性反应。仅在个别情况下，当海水的条件有利于生物繁殖(细菌类)，或有利于植物(藻类)的生长，并且两种情况不相混合时，海水的性质才会有利于混凝土的腐蚀。
　　
　　2.钢筋腐蚀性能分析
　　对钢筋混凝土结构,混凝土和钢筋密切结合，共同承担结构的物理和力学行为。埋置于无氯、未碳化混凝土中的钢筋可以永不生锈，因为混凝土孔隙溶液具有碱性(PH>12.5)，在这种PH值范围内，钢筋表面生成一种氧化膜，阻止阳极的铁的溶解。混凝土中存在大量的Ca (OH)2，使混凝土孔隙中充满饱和的Ca (OH)2溶液，其pH值大于12.钢筋在碱性介质中，表面能生成一层稳定致密的氧化物钝化膜，使钢筋免于锈蚀。由于碳化混凝土的PH值低于10，或钢筋表面氯离子量超过临界值，保护膜破坏，如此时能供给氧和水，就会发生钢筋锈蚀。但是，当混凝土中C1-/OH-的摩尔比大于0.6时，钝化膜成为可渗透的和不稳定的，即使pH值>>12f钢筋表面的氧化物保护膜也可能破坏而遭受锈蚀，这是由于氯离子在这种条件下可以穿透或活化钢筋表面氧化物保护膜，从而造成电化学腐蚀的条件。混凝土中钢筋锈蚀是一种电化学过程。外界直流电渗漏会引起锈蚀。但钢筋混凝土结构中更常见的是内部发生的电流引起钢筋锈蚀，在钢筋混凝土体系中由于各种原因会产生微电池和大电池，产生阳极过程和阴极过程.
　　混凝土碳化会降低碱度，但碳化过程进展缓慢，碳化引起的钢筋锈蚀远不如氯离子引起的锈蚀普遍，氯离子是混凝土中钢筋过早锈蚀的主要原因。氯在自然界中广泛存在，混凝土材料中经常含有氯离子，许多外加剂含有氯离子，海岸的集料中含有较多的氯离子，自来水也含有少量氯离子，水泥也含有氯离子，所以混凝土不含氯离子是不可能的。同时外界氯离子也可渗透到混凝土中，如海岸钢筋混凝土结构和受到除冰盐作用的道路桥梁等就常常因氯离子侵入引起钢筋锈蚀破坏。
　　
　　参考文献：
　　[1]金伟良，赵羽习.混凝土结构的耐久性.科学出版社，2002
　　[2]潘德强.我国海港工程混凝土结构耐久性现状及对策.土建结构工程的安全性与耐久性，北京，2001

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