海砂混凝土中鋼筋銹蝕機理及其防治

摘要：通過對寧波地區(qū)海砂淡化廠里海砂的調查，探討了海砂混凝土中鋼筋的銹蝕機理及氯離子擴散規(guī)律，提出了海砂混凝土中鋼筋銹蝕的防治措施。

關鍵詞：海砂海砂混凝土氯離子鋼筋銹蝕

鋼筋混凝土的耐久性是一個廣受關注的問題，鋼筋銹蝕是影響混凝土耐久性的主要因素之一[1]。寧波地區(qū)海砂應用于鋼筋混凝土已有很多年的歷史。海砂中含有的氯化物是引起鋼筋銹蝕的主因。將于2010年12月1日起執(zhí)行的行業(yè)標準JGJ206-2010海砂混凝土應用技術規(guī)范對混凝土中海砂氯離子含量有明確規(guī)定，要求少于003%的含量。在這之前，寧波市地方法規(guī)規(guī)定海砂中氯離子含量分三個等級，分別為006%、002%、001%，相應等級對應不同混凝土強度等級。

1 寧波地區(qū)海砂特征

海砂各項指標因不同的影響因素而有所差異。課題組通過對寧波市幾家海砂淡化企業(yè)取得海砂進行檢測，得到的各項指標見表1、表2。

2 氯離子引起鋼筋銹蝕的機理

海砂混凝土中鋼筋銹蝕其實是一個多因素藕合的復雜過程，可分為內因和外因。內因是混凝土內部的氯離子含量、孔隙特征、水化程度、C3A含量、保護層厚度、pH值等;外因包括溫度、濕度、碳化、受荷特征、酸堿鹽環(huán)境等一系列因素。這些因素不是獨立的，它們之間相互影響相互作用于混凝土內部，最終在這些多因素的藕合下造成混凝土劣化、鋼筋銹蝕，最終導致海砂混凝土的耐久性嚴重下降，造成海砂屋這一后果，也一度造成人們聞海砂屋色變。

鋼筋銹蝕的過程是一系列的電化學過程，氯離子在鋼筋的銹蝕過程中扮演了催化劑的作用。混凝土的微觀結構中的硬化水泥漿體由水泥水化物、未水化水泥顆粒、自由水、空氣等組成，其中的自由水和混凝土孔隙中由外部侵入的水分為鋼筋銹蝕提供電化學溶液，自由氯離子、氧分子、鐵離子等反應物質在其中自由反應，其電化學方程

Fe2++2Cl-+4H2O——FeCl2·4H2O

FeCl2·4H2O——Fe(OH)2+2Cl-+2H++2H2O

Fe(OH)2+O2+H2O——nFe2O3mH2O(紅銹)+Fe3O4(黑銹)

其中的Fe(OH)2還可以與水分中的氯離子生成Fe(OH)C，lFe(OH)Cl可以與水和氧氣進一步反應生成鐵銹:

Fe(OH)Cl+O2+H2O——nFe2O3mH2O+HCl

氯離子造成海砂混凝土中鋼筋銹蝕可分三步進行:第一步是在鋼筋表面聚積到一定濃度，在這一過程中通過局部酸化的作用降底鋼筋表面附近混凝土的pH值，最終達到鋼筋銹蝕的氯離子臨界濃度值，致使達到這一濃度值附近的鋼筋表面鈍化膜破壞;第二步是在鋼筋表面形成銹蝕原電池，未破壞鈍化膜的位置與鈍化膜破壞的位置形成電位差，變成原電池，出現(xiàn)坑蝕現(xiàn)象;第三步是氯離子在這一電化學反應過程中周而復始，最終使蝕坑連成一片，鐵銹積少成多，造成海砂混凝土出現(xiàn)順筋開裂等一系列劣化現(xiàn)象。

這一過程中氯離子的催化作用體現(xiàn)在兩個方面:一方面是參與鐵銹生成的化學物質過程，生成中間產(chǎn)物；另一方面是氯離子在電化學溶液中扮演著潤滑劑的作用，它的存在大大減小了電化學溶液的電阻，在電化學方程式中可以看出氯離子在參與反應后會出現(xiàn)HCl形態(tài)，它可以進一步降底鋼筋附近的pH值，加速了鐵銹的生成。

3 氯離子擴散特征

在氯離子引起鋼筋銹蝕的過程中注意到氯離子在鋼筋表面達到一定濃度才能出現(xiàn)鋼筋銹蝕。在海砂混凝土中氯離子的擴散特征也就決定了它在混凝土中間的濃度分布。氯離子的擴散特征的影響因子是多方面的。

3.1濕度對氯離子擴散的影響

濕度包括混凝土內部濕度和外部濕度。有研究表明[2]，混凝土內部濕度在早齡期內有明顯的梯度，其變化規(guī)律見圖1。