1、混凝土中氯离子的侵混凝土中氯离子的侵入及钢筋的腐蚀防护入及钢筋的腐蚀防护 钢筋混凝土结构物中，由于混凝土的高碱性环境高碱性环境使得钢筋在正常的环境下不易腐蚀，拥有良好的耐久性。但是如果处于腐蚀环境腐蚀环境下，尤其高温潮湿，污染严重的环境中，容易导致混凝土内部的钢筋腐蚀，影响结构物安全。钢筋腐蚀的最初迹象是钢筋表面出现棕色锈斑，数量较少，其产生的膨胀应力远低于混凝土拉应力，因此混凝土不致于被破坏，若腐蚀没有得到阻止若腐蚀没有得到阻止，大量铁锈将持续形成，其所产产生的膨胀作用力将大于混凝土拉应力，导致裂缝产生生的膨胀作用力将大于混凝土拉应力，导致裂缝产生，严重者更能导致局部混凝土保护层剥落，所以在
2、钢筋腐蚀初期，必须对钢筋加以处理，以免腐蚀扩大。钢筋钝化膜钝化膜破坏机理主要是 混凝土的碳化混凝土的碳化 氯化物侵人氯化物侵人这两种因素直接影响钢筋的稳定性 大量调查结果表明，自然环境中钢筋混凝土结构由于钢筋锈蚀造成破坏的情况遍及海港工程、水海港工程、水利工程、公路和桥梁、公共和民用建筑利工程、公路和桥梁、公共和民用建筑等各种设施。钢筋锈蚀钢筋锈蚀钢筋锈蚀钢筋锈蚀 在水利工程水利工程中，据不完全统计，我国病险水利工程约占工程总量的50，钢筋锈蚀是水利工程的主要病害之一，沿海水利工程钢筋锈蚀钢筋锈蚀主要是氯盐污染氯盐污染引起的。在海港工程海港工程中，历年来，我国对沿海海港工程破坏情况调查表明，海
3、港工程结构破坏现象十分普遍和严重，一般使用十余年处于浪溅区的上层结构就因钢筋锈蚀而开裂；钢筋锈蚀原因主要是氯氯盐侵蚀盐侵蚀而引起的。哈尔滨一大庆公路在建成5年后，混凝土就出现严重的顺筋开裂、剥落和层裂；北京西直门立交桥于1979年建成投人使用，不到20年钢筋混凝土的腐蚀已十分严重，其中长期在冬季向立交桥撒含氯化物除冰盐而引起钢筋腐蚀是主要原因，不得不于1999年重建；山东沿海的一些钢筋混凝土公路桥梁，同样由于盐害、冻害和碳化等多种劣化因子作用，投入使用10年左右，混凝土保护层就出现严重的开裂、剥落，钢筋严重锈蚀，虽经维修加固，2-3年后仍出现腐蚀破坏，甚至有些桥梁需要重建。内掺型内掺型钢筋混凝
4、土成型时使用了含氯的原材料，如海砂、海水或含氯的外加剂及在含盐环境中搅拌、浇筑混凝土等。外侵型外侵型环境中的氯离子通过构件表面侵入到硬化的钢筋混凝土内部，并到达钢筋表面，游离的氯离子使钢筋表面的钝化膜游离的氯离子使钢筋表面的钝化膜破坏破坏。氯离子侵入混凝土的途径氯离子侵入混凝土的途径氯离子侵入钢筋混凝土的机理氯离子侵入钢筋混凝土的机理水下部分或潮湿区的泡水部分水下部分或潮湿区的泡水部分一泡水钢筋混凝土里外氯离子的浓度差引起氯离子扩散。表面能风干到某种程度的钢筋混凝土构件表面能风干到某种程度的钢筋混凝土构件接触到海水的混凝土表层的毛细管吸附作用。撤除冰盐的钢筋混凝土撤除冰盐的钢筋混凝土在干湿交替
5、作用下，氯化物被带进钢筋混凝土中的主要机理也是钢筋混凝土毛细管孔隙的吸收。氯化物的侵蚀氯化物的侵蚀氯化物氯化物是致使钢筋加速腐蚀的主要有害物质，几乎所有的研究学者都认为，在钢材的腐蚀反应过程中，氯离子是扮演一个重要的催化作用催化作用。当氯离子含量高时，氯离子才会破坏铁材表层的钝态保护膜钝态保护膜，并造成金属离子的溶解。混凝土性质混凝土性质关系到氯离子对混凝土内钢筋腐蚀的影响，混凝土质量佳则水分与氧气不易渗入，钢筋腐蚀的机率较小。此外，当混凝土因中性化而使pH值降低时，即便混凝土中仅含少量的氯离子，亦会导致钢筋的腐蚀产生。下图说明混凝土内下图说明混凝土内pHpH值和氯离子浓度对钢筋腐蚀的影响。值
6、和氯离子浓度对钢筋腐蚀的影响。氯化物浓度氯化物浓度发生腐蚀不发生腐蚀氯离子对钢筋锈蚀的机理氯离子对钢筋锈蚀的机理 破坏钝化膜破坏钝化膜水泥水化的高碱性(pH12.6)，使钢筋表面产生一层致密的钝化膜钝化膜，该钝化膜中包含有si-osi-o键键，对钢筋有很强的保护能力。然而，此钝化膜只有在高碱环境高碱环境中才是稳定的，研究与实践表明，当pH11.5时，钝化膜就开始不稳定；当pH9.88时，钝化膜生成困难或已生成的钝化膜逐渐遭到破坏。Cl进入钢筋混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处的pH值迅速降到4以下。Cl对钢筋表面的钝化膜有很强的破坏作用。Cl对钢筋表面钝化膜的破坏首先发
7、生在局部局部(点点)，使这些部位(点)露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域之间构构成电位差成电位差(作为电解质，混凝土内一般有水或潮气存在)。铁基体铁基体阳极 受腐蚀大面积的钝化膜大面积的钝化膜阴极 形成形成“腐蚀电池腐蚀电池”钢筋表面产生点蚀(坑蚀)，由于大阴极(钝化膜区)对应于小阳极(钝化膜破坏点)，坑蚀发展十分迅速。这就是Cl对钢筋表面产生“坑蚀”为主的原因所在。形成形成“腐蚀电池腐蚀电池”Cl不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速电池作用的加速电池作用的过程过程。阳极反应式：阳极反应式：FeFeFeFe2+2+2e+2eCl与Fe2+相遇会生成FeCl2，Cl能使Fe2+消失，从而加速阳
8、极过程。这种加速阳极过程者，称为阳极去极化作用阳极去极化作用，Cl发挥了阳极去极化作用的功能，其反应式为：(Cl+Fe(Cl+Fe2+2+)+H)+H2 20+2e0+2eFe(OH)Fe(OH)2 2+2H+2H+2Cl(z)Cl+2Cl(z)Cl它在整个过程中起到了搬运的作用，并没有被消耗掉，即凡是进入混凝土的游离状态的Cl，会周而复始地起到破坏作用，这也是氯盐危害的特点之一。去极化作用去极化作用腐蚀电池的要素之一是要有离子通路。混凝土中Cl的存在强化了离子通路强化了离子通路，降低降低了阴阳极之间的欧姆电阻欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率。从而加速了电化学腐蚀过程。导电作用导电作用 氯离子的
9、侵蚀作用氯离子的侵蚀作用氯离子进入混凝土内的途径，除由混凝土各种组成材料(如拌合水、砂、粗细骨材、水泥)形成的空隙外，当混凝土有裂缝发生时，氯离子由裂缝处进入混凝土内部到达钢筋表面，累积到一定的浓度后，会破坏钢筋的钝化膜，从而使钢筋开始进钢筋开始进入腐蚀的状态入腐蚀的状态。氯离子的侵入会造成钢筋腐蚀而导致混凝土膨胀、氯离子的侵入会造成钢筋腐蚀而导致混凝土膨胀、龟裂、破坏的过程，具体可分为如下三个步骤：龟裂、破坏的过程，具体可分为如下三个步骤：当钢筋表面的钝态保护膜遭受到破坏后，钢筋表面开始出现铁锈开始出现铁锈，此种情形下，不论是氯离子侵入或是中性化，都是造成钢筋腐蚀反应的主要成因。钢筋在混凝土
10、内开始发生腐蚀，腐蚀产物可溶于孔隙中的水溶液里，形成一个阳极反应，反应式如下：阳极反应阳极反应 FeFeFeFe2+2+(液态液态)+2e-)+2e-在阳极的反应中，生成两个电子，因为钢筋表面为了保持原有的电中性状态，必须将这两个电子势消耗掉，也就是说在钢筋的表面不可能凝聚大量的电荷。在另外一个阴极化学反应式中，将消耗电荷、水、以及氧气，其化学反应如下：阴极反应阴极反应 O O2 2+H+H2 20+2e0+2e2OH2OH。氧化作用氧化作用阳极及阴极之化学反应式的示意图如下所示，在阴极反应中产生氢氧根离子2OH 2OH，氢氧根离子的增加，将有助于提高阴极附近的碱性浓度，维持钝化保护膜的完整性
11、，在阴极区可阻止氯离子及中性化效应的影响，由阴极反应式中可得知，水和氧气是钢筋腐蚀的必要条件之一。混凝土中钢筋腐蚀阳极阴极反应示意图 膨胀作用膨胀作用阳极与阴极反应式中，只是钢筋开始发生腐蚀的初步状态，如果亚铁离子溶于混凝土孔隙中的水溶液时，产生铁锈的生成物可以由如下的三个化学反应式表示如下：FeFe2+2+2OH+2OH-Fe(OH)Fe(OH)2 24Fe(0H)4Fe(0H)2 2+0+02 2+2H+2H2 20 4Fe(OH)0 4Fe(OH)3 32Fe(OH)2Fe(OH)3 3 Fe Fe2 2O O3 3HH2 20+2H0+2H2 20 0 钢筋混凝土腐蚀耐久性测量技术钢筋
12、混凝土腐蚀耐久性测量技术 钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素之一，其腐蚀劣化过程初期经由外界有害物质(氯离子、二氯离子、二氧化碳、水氧化碳、水等)入侵后，造成混凝土质量改变，钢筋表面因混凝土中性化或氯离子的侵蚀而逐渐腐蚀。当腐蚀达到某一程度后，导致混凝土龟裂、剥落，同时大量腐蚀生成物迅速生成，直接影响结构物安全。对服役钢筋混凝土结构进行耐久性的评定，可以揭示潜在的危险，及时做出维修或拆除决策，避免重大事故的发生。如果在大面积的钢筋表面上有高浓度的氯离子，则氯离子引起的腐蚀是均匀腐蚀，但是，在实际工程混凝土中常见的是局部腐蚀局部腐蚀。目前，检测钢筋锈蚀状态的方法除了传统的破损检测方法之外，
13、无损检测钢筋锈蚀量无损检测钢筋锈蚀量是许多国家正在探求的新技术。混凝土中钢筋锈蚀量的非破损检测方法混凝土中钢筋锈蚀量的非破损检测方法 分析法分析法根据现场实测的钢筋直径、钢筋直径、保护层厚度、保护层厚度、混凝土混凝土强度、强度、氯离子等有害离子的侵入深度及其含量、纵向裂缝宽氯离子等有害离子的侵入深度及其含量、纵向裂缝宽度度等数据，综合考虑构件所处的环境情况推断钢筋锈蚀程度;物理方法物理方法主要是通过测定钢筋锈蚀引起电阻、电磁、电阻、电磁、热热传导、传导、声波传播等物理特性的变化声波传播等物理特性的变化来反应钢筋锈蚀情况;电化学方法电化学方法通过测定钢筋/混凝土腐蚀体系的电化学特性电化学特性来确
14、定混凝土中钢筋锈蚀程度或速度。直流线性极化法直流线性极化法腐蚀速度测试方法光纤传感技术光纤传感技术交流阻抗分析法交流阻抗分析法恒电量法恒电量法蚀电位法测量蚀电位法测量电化学噪声法电化学噪声法预埋探针法预埋探针法 重量法重量法评估钢筋混凝土耐久性的方法评估钢筋混凝土耐久性的方法钢筋腐蚀的监检测方法钢筋腐蚀的监检测方法腐蚀速度测试仪腐蚀速度测试仪结合线性极化与交流阻结合线性极化与交流阻抗技术抗技术电化学方法电化学方法钢筋锈蚀检测方法钢筋锈蚀检测方法 RESI混凝土电阻率测试仪混凝土电阻率测试仪测定混凝土混凝土(岩石岩石)电阻率电阻率，确定可能发生锈蚀的部位，将电阻率和电位检测结合起来，可进一步提供
15、有关钢筋锈蚀状况的信息。混凝土中钢筋的腐蚀是一个电化学过程，它产生一个电流，使金属离解。电阻率越低，腐蚀电流流过混凝土就越容易，腐蚀的可能性就越大，钢筋的腐蚀量是时间的函数，即腐蚀速度不断地增大，基于科学研究得出的腐蚀范围如下：12 Kcm12 Kcm无腐蚀无腐蚀 =812 Kcm=812 Kcm可能腐蚀可能腐蚀 8 Kcm8 Kcm极可能腐蚀极可能腐蚀 钢筋锈蚀检测方法钢筋锈蚀检测方法钢筋锈蚀的预防措施钢筋锈蚀的预防措施 通过大量的调查研究证明，钢筋锈蚀的原因正是由于混凝土保护层的碳化和氯离子的侵入而造成的，为了防止钢筋锈蚀，必须防止混凝土的碳化或减慢碳化速度和防止氯离子的侵入。防止氯离子进入混凝土的措施有：防止氯离子进入混凝土的措施有：配置混凝土时不使用含氯离子的材料或外加剂。采取各种措施，提高混凝土的密实度提高混凝土的密实度，防止氯离子侵入混凝土内部，避免钢筋锈蚀。掺入阻锈剂掺入阻锈剂，使钢筋表面的氧化膜趋于稳定，弥补表面的缺陷，使整个钢筋被一层氧化膜所包裹，致密性很好，能防止氯离子穿透，从而达到防锈的目的。适当增加钢筋混凝土保护层的厚度增加钢筋混凝土保护层的厚度，以延缓二氧化碳、氯离子等到达钢筋表面的时间。谢谢！谢谢！
