混凝土中钢筋腐蚀与防护(论文资料)

混凝土中钢筋腐蚀与防护(论文资料)内容摘要：

土的高碱度，主要来源于水泥水化产物中的氢氧化钙和少量氢氧化钠、氢氧化钾 (pH＞ )。 钾、钠离子含量高时，能刺激 “碱集料反应 ”，因此，限制其含量十分必要。 然而，认 为 “水泥碱度越低越 好 ”的看法，也是十分有害的。 在为避免 “碱集料反应 ”而寻求 “低碱 度水泥 ”的同时，切莫忘记，长期保持混凝土的高碱度 (至少 pH＞ )，是 钢筋 得到保护 的起码条件，也是保证混凝土耐久性的关键问题之一。 碱度过低的水泥，对于 钢筋 混凝土应 限制使用， 或使用时同时采取防腐蚀技术措施 (如用耐腐蚀 钢筋 、涂层 钢筋 、掺 钢筋 阻锈剂 等 )。 海砂 由于海砂 含有不等量的氯离子，能够刺激 钢筋 锈蚀，我国相关规范不推荐或严格限制使 用海砂。 这是完全必要的，国内外滥用海砂造成的危害不乏实例。 从另一个角度讲，海砂也 是可利用资源，日本即是成功开发利用海砂的国家之一，主要是同时采取防氯离子腐蚀的技 术措施 (如掺加 钢筋 阻锈剂等 )。 在我国，如日本那样严格而合理地开发利用海砂资源已提到 日程上来 (据悉宁波地区已经发布文件，采取加 钢筋 阻锈剂等措施后开放使用海砂 )。 总之， 严格界定海砂的使用，是我国建设中面临的新问题，意义重大。 掺合料、外加剂 各种掺合料 (粉煤灰、矿渣等，用于改善水泥性能，降低成本 )，正在大力发展中。 凡是能提 高混凝土密实性、增强对 钢筋 保护能力者，均有利于结构物的耐久性；然而，一些掺合料能 降低混凝土的碱度和碱储量，这是不利于对 钢筋的保护的，甚至可引起 钢筋 腐蚀 (与掺合料的性质、掺加量等有关 )。 这一点应该引起重视，在掺合料的研究和应用中，考虑 其对混凝土作用的同时，必须考虑到对 钢筋 的影响。 我国混凝土外加剂种类繁多，特别是含氯盐的早强、防冻剂，已经给我国一批建筑物带来严 重的 钢筋 腐蚀危害 (包括国家级 重要建筑物 )。 尽管已经有使用限制规定，但此类工程事故仍 时有发生。 含硫酸盐的外加剂种类更多，硫酸盐也刺激 钢筋 腐蚀 (不及氯盐明显 )。 国外研究 表明，许多外加剂在短期内能改善和提高混凝土的某些性能，但对其长期耐久性并无改善， 甚至明显降低其耐久性。 在我国，通过不适当使用外加剂引发的问题，是影响 钢筋 腐蚀和混 凝土耐久性的一个重要方面。 二、 混凝土对 钢筋 的保护及 钢筋 腐蚀的电化学性质 混凝土对 钢筋 的物理化学保护作用 混凝土对 钢筋 的物理保护作用 混凝土将 钢筋 完全覆盖，在一定时期内，将 钢筋 与外界环境隔离。 这样， 钢筋 在相对干燥 ( 如相对湿度低于 65%)和缺乏腐蚀性离子的条件下， 钢筋 可保持不锈状态。 应该说，这种单纯 的物理隔离作用是很难长期保持的，因此其保护作用也是有限的。 混凝土对 钢筋 的化学保护作用 水泥水化过程中，可产生一定量的氢氧化钙 (对于普通硅酸盐水泥可达 8%～15%)。 氢氧化钙 的溶解度很小，通常以固体形式存在。 然而，它能使混凝土保持高碱度 (液相 pH＞ )在 有钠、钾离子存在时，其碱度还要高些 (如 pH＞ )。 钢铁 (包括 钢筋 )在高碱度环境中是不会腐蚀的，这是由钢铁的本性决定的。 为说明此问题， 现引用世界著名腐蚀学家布拜 ()教授提出的电位 pH图 (图 1)来进一步解释。 该图以铁的电位为纵坐标，以 pH 为横坐标，绘制了FeH2O 体系的二元平衡图。 在铁的腐 蚀过程中，电位是控制铁的离子化过程的因素，而水溶液的酸碱度 (pH)则是控制腐蚀产物稳 定性的因素。 图中对应于一定电位与一定 pH 的交叉点，即表示铁、铁离子或氧化物所处的热 力学最稳定的形态。 如在 a 点 (酸性 )， Fe++是热力学最稳定的形态， 即铁在酸性介质 中是热力学不稳定的，它有转变为 Fe++的原动力。 腐蚀过程就是铁变成铁离子的过程 ，因此，通常钢铁是不耐酸的；若处在 b 点 (高碱性 )， Fe2O3 是热力学最稳定的形态，即 Fe++是会转化成 Fe2O3 的，当这层铁的氧化物完全覆盖在铁表面时，将铁与水介 质隔离，铁的腐蚀便停止了。 这就是在高碱性环境中耐腐蚀的原因。 国内外研究与实践均表明，混凝土的高碱度对于保护 钢 筋 和保持结构物的耐久性，都是极端 重要的。 研究表明，当 pH＜ 时， 钢筋 表面的氧化物是不稳定的，即对 钢筋 没有保护作 用；当 pH 处在 ～ 之间时， 钢筋 表面的氧化膜不完整，即不能完全保护 钢筋 免受腐 蚀；只有当 pH＞ 时， 钢筋 才能完全处于钝化状态。 因此，混凝土对 钢筋 的保护作用， 与其说是物理保护作用不如说是化学保护作用，也就是说，混凝土的高碱度，是保护 钢筋 不 锈蚀的最重要的条件，通常将 pH＞ 称作保护 钢筋 的 “临界值 ”。 应该说明，上 述 “临界值 ”并不是一成不变的，如当有氯离子存在时，图 2 中的 “腐蚀区 ” ，甚至在更高的碱度下 钢筋。