混凝土结构腐蚀机理

造成钢筋混凝土建筑物破坏的主要原因有：① 氯离子侵蚀，② 中性化，③ 冻害，④ 钢筋锈蚀等。

1.氯离子侵蚀

氯离子对钢筋混凝土的侵蚀主要体现在以下五个方面：

① 破坏钢筋钝化膜

水泥水化所形成的高碱性环境（pH≥12.6），使混凝土内的钢筋表面产生一层致密钝化膜。然而，钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的，研究和实践表明，当pH＜11.5时（临界值），钝化膜就开始不稳定；当pH＜9.88时，钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。氯离子进入混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜时，可使该处的pH值迅速降低。

② 形成“腐蚀电池”

氯离子对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部（点）

② 形成“腐蚀电池”

氯离子对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部（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成电位差，铁基体作为阳极而受腐蚀，大面积的钝化膜区作为阴极。腐蚀电池作用使得钢筋表面产生点蚀，由于大阴极（钝化膜区）对应于小阳极（钝化膜的破坏点），坑蚀发展十分迅速。这就是氯离子对钢筋表面产生以“坑蚀”为主破坏的原因所在。

③ 氯离子的阳极去极化作用

氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池作用的过程。阳极反应过程形成Fe2+，如果生成的Fe2+不能及时搬运走而积累于阳极表面，则阳极反应就会因此受阻；相反，如果生成的Fe2+能及时被搬运走，使得阳极过程就会顺利进行乃至加速进行。

可以看出，Cl－只是参与了过程，同时起到了搬运作用，重要的是它在整个过程中并没有被消耗掉，换言之，凡是进入到混凝土中游离状态的氯离子，会周而复始地起破坏作用，这也是氯盐危害的特点之一。

④ 氯离子的导电作用

混凝土中氯离子的存在，强化了离子通路，降低了阴极、阳极之间的电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。

⑤ 氯离子与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响

水泥中的铝酸三钙（C3A），在一定条件下可与氯离子作用生成不溶性“复盐”，当混凝土的碱度降低时，复盐会发生分解，重新释放出氯离子。就此而言，复盐还有潜在危险的一面，保持混凝土的高碱性对于防止复盐的分解也是非常重要的。

2.中性化

空气中的酸性气体或液体侵入混凝土中，与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土中的pH值下降的过程称为混凝土的中性化过程，由于大气中均有一定含量的CO2，碳化是普遍的混凝土中性化过程。

混凝土碳化的危害是会引起钢筋锈蚀。碳化是一般大气环境下混凝土中钢筋脱钝锈蚀的前提条件，从而影响混凝土结构的耐久性。

3.冻融

混凝土冻融破坏分为一般冻融破坏（即水中冻融破坏）和盐冻破坏，其破坏机理如下：

（1）混凝土冻融破坏机理

混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是混凝土发生冻融破坏的必要条件。围绕混凝土冻融破坏机理的研究形成了多种理论，如静水压理论、渗透压理论、水的离

析成层理论、充水系数理论、临界饱水值理论和孔结构理论。

（2）混凝土盐冻破坏机理

混凝土的盐冻破坏一般是指在冻融循环条件下，由盐引起的混凝土表面剥蚀破坏，多发生于寒冷地区海洋环境和除冰盐环境中的混凝土结构。总体看来，盐冻对混凝土的破坏要比冻融对混凝土的破坏更加严酷。

4.钢筋锈蚀

混凝土中的钢筋锈蚀属于电化学腐蚀，根据腐蚀电化学原理，混凝土中钢筋锈蚀的发生必须具备以下三个条件：

（1）在钢筋表面存在电位差，构成腐蚀电池；

（2）钢筋表面的钝化膜破坏，处于活化状态；

（3）在钢筋表面有腐蚀反应所需的水和溶解氧。

钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构破坏的关键因素，混凝土中的钢筋一旦发生锈蚀，锈蚀产物是原体积的3～4倍，使钢筋周围混凝土受到膨胀压力，造成混凝土保护层出现顺筋裂缝，顺筋裂缝出现后，钢筋锈蚀进一步加剧，最终导致混凝土保护层的大片脱落，钢筋裸露，危及结构安全。

防护必要性

美国学者Sitter用五倍定律来描述用于新建和维修不同腐蚀阶段的混凝土结构的费用：在混凝土结构新建时节省1美元的腐蚀防护费用，在发现锈蚀时，采取措施所需要的费用为5美元；当发生混凝土表面顺筋开裂时，需要25美元；当发生结构严重腐蚀破坏时，需要125美元。由此可见，对钢筋混凝土结构越早采取修复防护措施，其修复防护费用越低，因此造成的损失越小。

因此，对新建钢筋混凝土结构采取合理的防护措施，对在役钢筋混凝土结构进行及时的修复与防护，将会大大延长钢筋混凝土结构的使用寿命，腐蚀损失将减少25%~40%。

为了阻止氯离子等有害物质侵入混凝土，应该从提高混凝土自身性能、加大保护层厚度和外加防腐措施来着手。目前，国内外对于提高混凝土自身性能主要有添加合适的胶凝材料、降低水灰比、使用外加剂、提高水泥系数。然而混凝土是一种典型的多孔材料，即使是高密实混凝土也存在一定的孔隙。尤其是在海洋这样一个严苛的环境中，单靠混凝土自身性能的提高，不足以实现海洋工程的耐久性。对于截面较大的构件，可以设计较大的保护层厚度，而跨度较大的构件为了减轻自身重量，往往需要限制保护层厚度。所以不可能做到无限增大保护层厚度。因此，对于海洋混凝土结构，应该采取附加的防腐措施。美国混凝土协会（ACI）确认了四种钢筋混凝土保护附加措施：环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂、阴极保护和钢筋混凝土表面防护涂料。而钢筋混凝土表面防腐是其中简单而有效的附加措施。又因为这种措施不仅可以运用到新建结构，而且可以运用到已有建筑的修复中。所以，钢筋混凝土表面防腐措施已越来越受到大家的关注。

混凝土表面涂层防护是在混凝土表面涂刷保护涂料，涂料或渗入混凝土内部一定深度形成憎水层，或将表面孔隙及缺陷封闭，从而阻止水分及有害物质的侵入。混凝土表面采用涂层防护可以防止或延缓腐蚀的发生，从而延长结构的使用寿命。