混凝土抗氯离子侵蚀的多种技术途径分析

　　摘要：本文通过氯离子对混凝土结构的侵蚀机理和影响因素，结合当前研究成果，介绍了相应的抗氯离子侵蚀的多种技术途径，并对其进行了分析，供业内参考。
　　关键词：混凝土，氯离子，侵蚀，分析
　　0前言
　　大量钢筋混凝土构筑物，如海港码头、石油平台、跨海大桥、海底和沿岸的钢筋混凝土管道等常因氯离子侵蚀造成混凝土中钢筋锈蚀而导致破坏，带来了巨大损失。当今世界混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、冻害、物理化学作用。氯离子通过混入或者渗入进入混凝土中，使其含量对钢筋锈蚀影响极大。氯离子是一种极强的活化剂，它能在很小的当量浓度下使钢筋去钝化，在腐蚀过程中，氯离子起到了催化作用，它能加速钢筋的腐蚀过程，但氯离子本身只起到了传递作用，并不会腐蚀产物而消耗。国内外的工程实践经验进一步表明，由于氯盐引起的钢筋腐蚀破坏十分突出，是造成钢筋混凝土结构过早破坏的主要原因之一，导致工程的过早破坏和大量修复，给社会带来巨大损失。
　　1我国的氯盐环境现状
　　海洋是氯盐的主要来源之一。我国有广阔的海域，海岸线很长，岛屿众多，而大规模的建设大都集中子啊沿海地区，就海洋与滨海钢筋混凝土结构的耐久性而言，海风、海雾的影响也值得高度重视。我国有一定的数量的盐湖和大面积的盐碱地，沿海地区的盐碱地大都以含氯盐为主，内陆盐碱地多数是含混合盐，这些地区钢筋混凝土结构可能受到很强的腐蚀。工业环境中以氯盐、氯气、氯化氢等为主的腐蚀环境不在少数，处在此类环境中的钢筋混凝土建筑物，其腐蚀破坏往往迅速而严重。此外，为保证交通畅行，冬季向道路、桥梁、城市立交桥等撒盐或盐水，以化雪和防冰，这是人为造成的氯盐环境的腐蚀破坏。
　　2氯离子（C1-）进入混凝土的主要途径
　　氯离子（C1-）进入混凝土中通常有两种途径：其一是混入型，如掺用含氯离子外加剂、使用海砂、施工用水含氯盐、在含盐环境中拌制和浇注混凝土等；其二是渗入型，环境中的氯盐通过扩散混凝土宏观、微观缺陷渗入到混凝土中，并到达钢筋表面。混入现象大都是施工管理的问题；而渗入现象则是综合技术的问题，与混凝土材料多孔性、密实性、工程质量、钢筋表面混凝土层厚度等多种因素有关。
　　3氯离子（C1-）对钢筋锈蚀的机理
　　3.1氯离子（C1-）在混凝土中的存在有以下几种形式：
　　（1）和水泥水化产物化学结合；
　　（2）吸附在混凝土孔隙壁；
　　（3）溶解于混凝土孔隙液中。
　　因此氯离子主要以“自由离子”与“结合离子”的形式存在于混凝土中，而这两种存在形式对混凝土结构耐久性的影响不同。
　　3.2氯离子（C1-）对钢筋腐蚀的主要作用
　　氯离子（C1-）进入混凝土中并达到钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处PH值迅速降低。C1-对钢筋表明钝化膜的破坏首先发生在局部（点），使这些局部（点）露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域之间构成腐蚀电池，而且加速电池作用的过程。C1-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速电池作用的过程。混凝土中C1-的存在，强化了离子通路，降低了阴阳极之间的电阻，提高了腐蚀电池的效率，加速了电化学腐蚀过程。以上电化学腐蚀过程中，氯离子通过破坏钝化膜、形成“腐蚀电池”、去极化作用和导电作用加速了钢筋的腐蚀，而氯离子在腐蚀过程中只参与了过程，起到搬运作用，重要的是它在整个过程中并没有被消耗掉，即凡是进入混凝土中的游离状态的C1-，会周而复始的起破坏作用。
　　3.3氯离子（C1-）扩散理论
　　氯离子（C1-）通过对混凝土内部的孔隙和微裂缝体系从周围环境向混凝土内部传递，氯离子的传输过程是一个复杂的过程，氯离子侵入混凝土的方式有以下几种：
　　（1）毛细管作用，即盐水向混凝土内部干燥的部分移动；
　　（2）渗透作用，即在水压力的作用下，盐水向压力比较低的方向移动；
　　（3）扩散作用，即由于浓度差的作用，氯离子从浓度高的地方向浓度低的地方移动；
　　（4）电化学迁移，即氯离子向电位较高的方向移动。
　　通常，氯离子的侵蚀是几种侵蚀方式结合，此外，还受到氯离子与混凝土材料之间的化学结合、物理粘结、吸附等作用的影响。
　　4抵抗氯离子（C1-）腐蚀的技术途径和分析比较
　　由于混凝土本身固有的多孔性而存在着宏观与微观的缺陷等原因，外界环境的氯离子可渗入混凝土中并达到一定的浓度，使混凝土失去对钢筋的保护作用。因此，采取防护措施阻止或防止外界环境的氯离子渗入混凝土内部是非常重要和必要的。
　　4.1提高混凝土保护层厚度和质量
　　混凝土保护层厚度增加，则氯离子渗入混凝土到达钢筋的时间就会增加这是延迟混凝土内部钢筋开始锈蚀很有效的一种方法。
　　在制作混凝土时，加强施工质量控制，对增加混凝土密实度、提高混凝土质量是非常重要的。另外，在混凝土中加入高效减水剂和优质掺合料，可以从根本上改善混凝土的性能，提高混凝土抵抗氯离子渗入的能力。高性能混凝土(highPerformanceconcrete，HPC)是近年来混凝土材料发展的一个重要方向。
　　2000年11月建成通车的位于韩国牙山钨平泽港附近的西海大桥，设计寿命为70年。西海大桥混凝土防腐蚀主要采取使用HPC(抗硫酸盐水泥)及环氧涂层钢筋，重要部位的混凝土外表涂刷涂料等措施。
　　为了尽可能阻止氯离子侵蚀，日本在设计用于海洋环境中的HPC的配合比时采取了掺用磨细矿渣粉、粉煤灰、硅粉等具有火山灰活性的矿物混合材料和高效减水剂技术措施的同时，取用较低的水胶比。水胶比一般在0.22一0.415间，用水量大多控制在160kg/m3。为避免骨料缺陷的影响，采用小颗粒骨料，粒径通常为20mm。对混凝土的原材料进行严格控制，以防在混凝土中带人氯离子。
　　4.2混凝土表面涂层
　　为了制止氯离子等腐蚀介质渗入混凝土，以延缓钢筋腐蚀，对修补过的混凝土结构甚至新浇筑的混凝土结构，涂覆混凝土作为第一道防线往往是一种比较简单，经济和有效的辅助性保护措施。
　　混凝土涂覆基本上可以分为侵入型和隔离型两种。侵入型涂料不能在混凝土表面成膜，不会形成隔离层，也不能充满混凝土毛细孔隙，但是它能显著降低混凝土的吸水性。而隔离型涂料可以使混凝土和侵蚀型介质隔离。
　　喷涂聚脲弹性体(以下简称SPUA)技术是国外近十年来，继高固体分涂料、水性涂料、光固化涂料、粉木涂料等低(无)污染涂装技术之后，为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的施工技术，与传统涂料及喷涂聚氨酯技术相比，SPUA技术具有以下优点：
　　（1）材料本身具有优异的物理性能，硬度随意可调，以满足不同环境的需求；
　　（2）固化快，可在任意曲面、垂直面及顶面连续喷涂而不产生流挂现象，一次施工即可达到厚度要求，克服多层施工的诸多不便，大大缩短施工周期；
　　（3）对湿度温度不敏感。由于聚脲化学的反应速度比木快得多、在实际施工时不受环境湿度的影响。此外、该技术可在—28℃的寒冷环境下施工且正常固化，适应性极强；
　　（4）100％固含量，不含有机挥发物，无毒害作用，符合环保要求；
　　（5）原形再现性好、无接缝、美观实用；
　　（6）耐候性好、耐紫外线、耐冷热冲击、耐风霜雨雪，在户外长期使用不粉化、不开裂、不脱落；
　　（7）附着力好，即使是凝胶时间只有3s的快体系，在钢、铝、混凝土等各类常见底材上也具有优良附着力；
　　（8）具有良好的热稳定性，可在150℃下长期使用，可承受350℃的短时热冲击。
　　SPUA技术将聚脲的优异性能和快速喷涂、现场固化的施工技术有机地结合在一起，使其在工程应用中显示出无可比拟的优越性。众所周知，通用的聚氨酯、环氧或不饱和聚酯涂料必须进行多道施工，而且施工间隔长达12h～24h，效率极低。SPUA技术则不同，由于其快速的固化反应，层间施工间隔只需几分钟，2h～3h即可投入使用。该技术还有一个显著特点就是100％固含量，只要正确使用，无论是施工期间，还是材料投入使用后，涂层均不产生有害物质和刺激性气味，对环境保护极为有益，属新型环境友好型材料。SPUA材料可以完全或部分替代传统的聚氨酯、聚氨酯/聚脲、环氧树脂、不饱和聚酯以及聚烯烃类化合物。近海及各类海岸设施长期处于恶劣的海洋环境腐蚀之中，对配套的保护材料要求很高。而SPUA材料具有很好的耐盐雾、耐海水、耐大气老化性能，加之施工速度快，因此可广泛用于海洋防腐领域。
　　4.3使用耐腐蚀钢筋
　　采用耐腐蚀钢筋对混入型和渗入型氯离子的防护都是很有效的。从效果和经济综合考虑，目前的研究和应用热点是环氧涂层钢筋，因为环氧涂层钢筋是在严格控制的钢厂流水线上涂覆的，一般可以保证涂层高质量，涂层可以将钢筋与周围的混凝土隔开，即使氯离子和氧气等已经大量侵入混凝土，它还是可以长期保护钢筋，使钢筋免遭腐蚀。
　　4.4钢筋阻锈剂
　　钢筋阻锈剂通过影响钢筋和电介质之间的电化学反应，可以有效地阻止钢筋腐蚀发生，因为阻锈剂的作用可以自发地在钢筋表面上形成，只要有致钝环境，即使钝化膜破坏也可以自行再生，自动维持，这不仅优于任何人为涂层，而且经济、简便。
　　实践证明，拌制混凝土时掺加阻锈剂也是预防恶劣环境中钢筋腐蚀的一种经济有效的补充措施，亚硝酸盐是近二十年来已经大规模应用的钢筋阻锈剂。
　　5结论
　　混凝土结构的侵蚀破坏己成为影响耐久性最主要原因之一，给国民经济带来了巨大损失，必须充分认识到防腐工作的重要性。混凝土侵蚀破坏是多种因素综合作用的结果。既有混凝土内部缺陷及材料性质的因素，也是一个和环境相互作用的过程。应综合考虑多方面的因素的协同效应，特别要注意的是氯离子对混凝土结构的侵蚀。通过提高混凝土密实度，减小水胶比，添加外加剂，掺高炉矿渣、粉煤灰、硅灰等，严格控制施工质量，综合考虑经济、安全因素，增强混凝土结构的抗侵蚀能力。
　　
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