北方滨海地区影响混凝土耐久性的因素及其保障措施

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摘要：由于北方滨海地区特殊的地理环境，近年来，混凝土耐久性问题越来越受到人们的关注。本文对混凝土构件受腐蚀后耐久性的性能进行了分析，对钢筋混凝土的腐蚀因素进行了总结分析，同时提出了混凝土耐久性的保障措施。

关键词：北方滨海地区；混凝土；耐久性；保障措施

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

混凝土作为一种建筑材料，广泛应用于沿海地区的一些特殊结构中，如海港码头、海湾桥梁等，这些桥梁结构所处的环境中存在大量氯离子，对钢筋有腐蚀作用。因此与这些桥梁结构耐久性直接相关的钢筋混凝土的腐蚀及腐蚀控制的研究越来越引起人们的注意。同时，海上作业与水下基础，受自然条件的制约，一旦受到腐蚀破坏其修复极为困难，成本也是十分昂贵的。因此，滨海混凝土工程耐久性的重要意义要比陆上建筑更重要。

1 滨海地区钢筋混凝土结构耐久性的性能分析

钢筋混凝土结构受到腐蚀后，其抗弯性能、抗剪性能都会受到影响，同时，混凝土与钢筋的粘结性能也会降低。

（1）钢筋受腐蚀后混凝土抗弯性能下降原因分析

抗弯强度下降主要有以下原因：钢筋腐蚀引起钢筋截面积减小，钢筋名义屈服强度减小，钢筋和混凝土间的粘结力下降。这使破坏区段内混凝土和钢筋的平均应变大于正常构件，应力应变不能充分地进行重分布，导致钢筋与混凝土协同工作系数降低。

（2）钢筋受腐蚀后混凝土抗剪性能下降原因分析

钢筋混凝土构件中箍筋一般首先腐蚀，其腐蚀程度往往比纵筋严重，特别是箍筋与纵筋交接处，其锈蚀程度最为严重。箍筋的锈蚀直接降低了钢筋混凝土构件的抗剪性能，而抗剪性能的降低使得钢筋混凝土结构的脆性增加，结构的破坏也将变得更加的无预兆性。另外锈蚀箍筋对混凝土的约束力降低也对构件的承载力有间接影响。

（3）钢筋受腐蚀后钢筋和混凝土粘结性能下降原因分析

粘结性能的退化是钢筋混凝土构件性能退化的主要原因之一。粘结性能退化的原因主要有：1）钢筋腐蚀后生成的氧化产物在钢筋与混凝土之间形成一层疏松隔离层，明显地改变了钢筋与混凝土的接触表面，降低了钢筋与混凝土之间的粘接作用。2）钢筋的腐蚀产物的体积大约是钢筋的2~4倍，从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力，当径向膨胀力大于混凝土抗拉强度时，会引起混凝土开裂。混凝土开裂导致混凝土对钢筋的约束作用减弱。混凝土开裂时的钢筋腐蚀量与钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度、钢筋种类和钢筋位置等因素有关。3）变形钢筋腐蚀后，钢筋变形肋将逐渐退化。在腐蚀较严重的情况下，变形肋与混凝土之间的机械咬合作用基本消失。

2 滨海地区钢筋混凝土腐蚀因素分析

（1）混凝土碳化破坏

混凝土属于多孔结构，内部存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡，甚至缺陷。二氧化碳不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与水泥水化过程中产生的氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙等水化产物相互作用，形成碳酸钙。使孔隙液的pH值降为8.5~9.0。

钢筋在PH>12.5的环境中，表面生成一层氧化膜，阻止阳极的铁溶解。由于碳化混凝土的PH

（2）氯化物侵蚀破坏

混凝土碳化会降低碱度，但碳化过程进展慢，在沿海地区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。当混凝土处于氯盐环境时，由于氯离子的穿透力非常强，当钢筋周围混凝土孔隙液中氯离子达到一定浓度时，氯离子容易渗入氧化膜，激活钢筋表面的铁原子，使钢筋锈蚀。在钢筋锈蚀过程中氯离子仅起到催化作用，并不改变锈蚀产物的组成，混凝土中氯离子的含量也不会因腐蚀反应而减少。所以，当氯离子的含量超过临界值时，如果不进行处理，腐蚀将会不断进行下去。

（3）冻融破坏

我国北方沿海地区混凝土冻融破坏是工程结构损坏的主要原因。混凝土在拌制时，为了得到必要的和易性，加入的拌和水总要多于水泥的水化所需要的水，多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中，形成连通的毛细孔，并占有一定的体积。当混凝土处于饱水状态时，毛细孔中水结冰膨胀。混凝土孔隙中水的冰点随孔径的减小而降低，胶凝孔中处于过冷状态的水分子因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向毛细孔中冰的界面处渗透产生一种渗透压力。此外，由于水向毛细孔的渗透作用，必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀。所以，当膨胀压和渗透压超过混凝土的抗拉强度时，混凝土的微观结构就会受到损伤。当经过多次冻融循环后，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，甚至完全丧失。

（4）碱―骨料反应

碱-骨料反应是指混凝土空隙中含有碱金属（Na、K）的石灰饱和溶液、Na2O、K2O等碱性溶液和骨料中活性成分在混凝土硬化后逐渐发生的一种化学反应。碱一骨料反应产物硅胶体遇水膨胀，体积可增大3~4倍，破坏混凝土结构，是影响混凝土耐久性的主要原因之一。碱―骨料反应的主要特征是：外观上主要是表面裂缝、变形和渗出物；而内部特征主要有内部凝胶、反应环、活性碱骨料、内部裂缝、碱含量等。碱―骨料反应不同于其他混凝土病害，它的开裂破坏是整体性的，而且目前还没有有效的修补方法，因此被称为混凝土的“癌症”。

3 混凝土耐久性的保障措施

3.1混凝土结构采用耐久性设计

在混凝土达到强度要求的基础上进行耐久性设计，配制高性能混凝土是提高混凝土防腐蚀能力的必要措施。混凝土的耐久性设计是一个系统的工程，涉及到原材料和外加剂、配合比设计、施工管理等各个方面。

3.2混凝土的防腐蚀措施

（1）提高混凝土保护层厚度。根据Fick定律，钢筋腐蚀启动时间t与保护层厚度d的二次方成正比。因此，保护层厚度不宜过低。根据英、美等国的有关规范、指南和己有的工程实践，处于浪溅区构件混凝土保护层厚度不宜小于65mm。

（2）混凝土表面用涂层保护。表面用涂层保护是常用的结构防腐蚀措施之一，尤其对于新建工程，表面用涂层保护较为方便，且成本相对较低。但涂料涂层因其老化的原因使得耐久年限较短，在海洋环境中，一般涂料的涂层的有效防护年限为8―10年。因此使用表面涂层保护，需要定期进行涂层检测，一旦发现涂层老化，必须重新进行涂装。

3.3钢筋的防腐蚀措施

（1）环氧涂层钢筋。环氧涂层钢筋理论上具有良好的防腐蚀效果，即使氯离子已渗入到钢筋表层，其环氧涂层也能保护钢筋不致生锈。但其实际操作的可靠性往往受工艺过程和施工过程的影响，容易留下锈蚀隐患，从而无法预测涂层钢筋的实际使用寿命。所以环氧涂层应在严格控制的工厂流水线上涂覆，厚度为180~280μm，不得有孔洞、空隙或裂缝，并经得起弯曲试验的检验。

（2）使用钢筋阻锈剂。常用的亚硝酸钙类阻锈剂具有较好的阻止氯离子对钢筋钝化膜破坏的作用。在高性能混凝土中掺入阻锈剂，可以达到事半功倍的效果。但阻锈剂的掺量要达到要求的最小掺量，如果掺量不足，可能会加速钢筋锈蚀。

除上述防护措施外，阴极保护也可以起到很好的防腐蚀作用。但综合上述分析，简单而又可靠的首选混凝土本身的耐久性设计。

4 结论

北方滨海地区混凝土构件的腐蚀形式主要碳化、冻融破坏、氯离子腐蚀等，钢筋锈蚀是混凝土的主要破坏形式。针对混凝土构件的腐蚀形式，采取相应的防腐蚀措施，提高混凝土构件的耐久性，可以延长构件的使用寿命，极大的降低后期的养护成本，具有重大的经济效益和社会效益。

作者简介：张春昱，男，（1981―）长期从事试验室管理及市政工程技术方面工作