海工鋼筋混凝土的腐蝕保護

由于長期處于海水、海風等環(huán)境中，海工鋼筋混凝土通常會遭到腐蝕并破壞，且維修很難甚至有時無法維修。因此，海工混凝土結(jié)構(gòu)的長期防腐是迫切需要解決的問題。這對海洋資源的開發(fā)、海工構(gòu)筑物的建設、*現(xiàn)代化等都有重要意義。

1 海洋腐蝕環(huán)境

海水中鹽分總量大約在3%，且富含Cl-、Mg2+、SO42-，這些離子對混凝土結(jié)構(gòu)有很強的腐蝕作用。同一海工混凝土構(gòu)筑物的不同部位，由于暴露條件的不同，造成的破壞程度也有輕重之分。可見，由于浪濺區(qū)和潮差區(qū)處于干濕交替的環(huán)境中，供氧充分，海工混凝土腐蝕和鋼筋銹蝕特別嚴重。

2 腐蝕機理

導致海水中混凝土腐蝕的因素主要分為5類，即鋼筋銹蝕、凍害、化學腐蝕、結(jié)晶壓力及海洋微生物作用等。

2.1 鋼筋銹蝕

    Cl-是造成鋼筋銹蝕的主要原因，而海洋環(huán)境又富含Cl-。Housmen等人的試驗研究結(jié)果表明，在混凝土的液相中，當濃度比值為Cl-／OH->0.61時，鋼筋開始銹蝕，并以此作為“臨界值”。

    水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜。Cl-是*的去鈍化劑，Cl-吸附于局部鈍化膜處，使該處的pH值迅速降低，從而破壞鋼筋表面鈍化膜。鐵基體作為陽極受到腐蝕，大面積鈍化膜區(qū)域作為陰極。由于是大陰極對應小陽極，腐蝕速度很快。鋼筋銹蝕體積膨脹，可超過原體積的6倍，是混凝土開裂的主要原因。

2.2 凍害

    在寒冷氣候中，海水通常不會結(jié)冰，每日兩次潮汐作用使得潮差區(qū)和浪濺區(qū)受到兩次凍融循環(huán)。混凝土的抗?jié)B性是對抗凍性有很大影響的控制因素。Mehta指出，混凝土破壞原因，按重要性遞減順序排列是：鋼筋銹蝕、凍害、物理化學作用。可見凍害也是使混凝土破壞的重要因素。

2.3 化學腐蝕

    海洋環(huán)境對混凝土的化學腐蝕因素很多，概括起來可分為：Cl-侵蝕、碳化作用、鎂鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕及堿—骨料反應。Cl-侵蝕前面已經(jīng)介紹了，下面介紹后三種因素。

2.3.1 碳化作用

    混凝土的碳化過程是指工程所處環(huán)境中的二氧化碳氣體，通過混凝土內(nèi)部孔隙進入混凝土中，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生化學反應，生成CaCO3和水的過程。

    混凝土碳化以后，pH值急劇下降，破壞了鋼筋的鈍化膜賴以生存的環(huán)境。混凝土在海水中碳化并不嚴重，但在浪濺區(qū)則不同，這是由于水下C02含量不充分的緣故。

2.3.2 鎂鹽及硫酸鹽侵蝕

    由于海水滲入，海水中的鎂鹽、硫酸鹽和水泥石中的Ca(OH)2反應生成：

    (1)Mg(OH)2。一種白色松軟的不定形物質(zhì)，會使水泥漿體的結(jié)構(gòu)遭到破壞；

    (2)鈣礬石(3CaO•Al203•3CaS04•32H20)。一種針狀結(jié)晶體，其體積比鋁酸鈣大，一旦生成可在混凝土內(nèi)引起很大的內(nèi)應力，致使混凝土膨脹和開裂；

    (3)硅酸鎂水化物(4MgO•SiO2•8H2O)。對硅酸鈣水化物的取代反應使混凝土強度下降并變脆；

    (4)氯化鈣和石膏。可溶于水，造成混凝土的浸析增加，繼而強度和質(zhì)量損失增加。

2.3.3 堿—骨料反應

    堿—骨料反應是混凝土中某些活性礦物集料與混凝土孔隙中的堿性溶液之間發(fā)生的反應。*的三個條件是：活性礦物集料(活性二氧化硅、白云質(zhì)類石灰?guī)r或粘土質(zhì)頁巖等)、堿性溶液(KOH、NaOH)和水。溫度、濕度和含鹽量對其有促進作用。在海洋中，尤其是熱帶海洋中的混凝土構(gòu)筑物，堿一骨料反應不能忽視。

2.4 鹽類結(jié)晶壓力

    在多孔結(jié)構(gòu)的混凝土中，過飽和溶液中鹽類的結(jié)晶壓力所產(chǎn)生的應力可達到足以使混凝土開裂和脫落。海水在混凝土中可因毛細作用而上行，蒸發(fā)區(qū)段一般在水平面以上(0.3～0.5)m。水平構(gòu)件表面存在的凹凸不平，也會生成鹽類結(jié)晶。因此，應該充分重視混凝土的表面平整。

2.5 其它因素

2.5.1 氣候條件

    高溫使腐蝕速度加快，能大大縮短鋼筋脫鈍的時間。南方沿海氣溫常年較高，有助于腐蝕反應的發(fā)生。北方地區(qū)溫差變化大，冬季氣溫正負變化，混凝土孔隙內(nèi)水反復發(fā)生凍融循環(huán)。

2.5.2 微生物腐蝕

    硫桿菌能將硫、硫化硫酸鹽、亞硫酸鹽等氧化成硫酸鹽，終轉(zhuǎn)化成對混凝土有強腐蝕性的硫酸；硫酸鹽還原菌能將硫酸鹽還原為強腐蝕性硫化氫，但高pH值、高密實度及不易滲透的混凝土對其是免疫的。

    另外，流水、波浪侵襲力的磨損與沖刷，加強了腐蝕介質(zhì)的滲透力量；對于海港碼頭等構(gòu)筑物又常會受到船舶沖擊；荷載作用下結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)給腐蝕破壞創(chuàng)造了方便的條件。