海砂混凝土中钢筋锈蚀机理及其防治

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摘要：通过对宁波地区海砂淡化厂里海砂的调查，探讨了海砂混凝土中钢筋的锈蚀机理及氯离子扩散规律，提出了海砂混凝土中钢筋锈蚀的防治措施。

关键词：海砂 海砂混凝土 氯离子 钢筋锈蚀

钢筋混凝土的耐久性是一个广受关注的问题，钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的主要因素之一[1]。宁波地区海砂应用于钢筋混凝土已有很多年的历史。海砂中含有的氯化物是引起钢筋锈蚀的主因。将于2010年12月1日起执行的行业标准JGJ206-2010海砂混凝土应用技术规范对混凝土中海砂氯离子含量有明确规定，要求少于003%的含量。在这之前，宁波市地方法规规定海砂中氯离子含量分三个等级，分别为006%、002%、001%，相应等级对应不同混凝土强度等级。

1 宁波地区海砂特征

海砂各项指标因不同的影响因素而有所差异。课题组通过对宁波市几家海砂淡化企业取得海砂进行检测，得到的各项指标见表1、表2。

2 氯离子引起钢筋锈蚀的机理

海砂混凝土中钢筋锈蚀其实是一个多因素藕合的复杂过程，可分为内因和外因。内因是混凝土内部的氯离子含量、孔隙特征、水化程度、C3A含量、保护层厚度、pH值等;外因包括温度、湿度、碳化、受荷特征、酸碱盐环境等一系列因素。这些因素不是独立的，它们之间相互影响相互作用于混凝土内部，最终在这些多因素的藕合下造成混凝土劣化、钢筋锈蚀，最终导致海砂混凝土的耐久性严重下降，造成海砂屋这一后果，也一度造成人们闻海砂屋色变。

钢筋锈蚀的过程是一系列的电化学过程，氯离子在钢筋的锈蚀过程中扮演了催化剂的作用。混凝土的微观结构中的硬化水泥浆体由水泥水化物、未水化水泥颗粒、自由水、空气等组成，其中的自由水和混凝土孔隙中由外部侵入的水分为钢筋锈蚀提供电化学溶液，自由氯离子、氧分子、铁离子等反应物质在其中自由反应，其电化学方程

Fe2++2Cl-+4H2O——FeCl2·4H2O

FeCl2·4H2O——Fe(OH)2+2Cl-+2H++2H2O

Fe(OH)2+O2+H2O——nFe2O3mH2O(红锈)+Fe3O4(黑锈)

其中的Fe(OH)2还可以与水分中的氯离子生成Fe(OH)C，lFe(OH)Cl可以与水和氧气进一步反应生成铁锈:

Fe(OH)Cl+O2+H2O——nFe2O3mH2O+HCl

氯离子造成海砂混凝土中钢筋锈蚀可分三步进行:第一步是在钢筋表面聚积到一定浓度，在这一过程中通过局部酸化的作用降底钢筋表面附近混凝土的pH值，最终达到钢筋锈蚀的氯离子临界浓度值，致使达到这一浓度值附近的钢筋表面钝化膜破坏;第二步是在钢筋表面形成锈蚀原电池，未破坏钝化膜的位置与钝化膜破坏的位置形成电位差，变成原电池，出现坑蚀现象;第三步是氯离子在这一电化学反应过程中周而复始，最终使蚀坑连成一片，铁锈积少成多，造成海砂混凝土出现顺筋开裂等一系列劣化现象。

这一过程中氯离子的催化作用体现在两个方面:一方面是参与铁锈生成的化学物质过程，生成中间产物；另一方面是氯离子在电化学溶液中扮演着润滑剂的作用，它的存在大大减小了电化学溶液的电阻，在电化学方程式中可以看出氯离子在参与反应后会出现HCl形态，它可以进一步降底钢筋附近的pH值，加速了铁锈的生成。

3 氯离子扩散特征

在氯离子引起钢筋锈蚀的过程中注意到氯离子在钢筋表面达到一定浓度才能出现钢筋锈蚀。在海砂混凝土中氯离子的扩散特征也就决定了它在混凝土中间的浓度分布。氯离子的扩散特征的影响因子是多方面的。

3.1湿度对氯离子扩散的影响

湿度包括混凝土内部湿度和外部湿度。有研究表明[2]，混凝土内部湿度在早龄期内有明显的梯度，其变化规律见图1。