林乐琴

(乐清市水利局，浙江乐清 325600)

0 引言

根据近年来国内外实际调查资料可知，水工钢筋混凝土结构中，因钢筋的锈蚀而引起构件损坏，甚至整个结构失效的事例屡见不鲜，问题的严重性已越来越引起人们的重视［1－3］.

混凝土中钢筋锈蚀有两种情况:一种是先裂后锈，另一种是先锈后裂.一般构件表面无裂缝，由于腐蚀气体介质从保护层中全面涌透，扩散到钢筋表面而导致钢筋的锈蚀，引起钢筋体积膨胀(钢筋锈蚀产物——铁锈的体积比原来大2～4倍)使混凝土保护层产生相当大的拉力，造成混凝土保护层顺着钢筋方向开裂，削落而破坏.这种先锈后裂类型与横向裂缝关系不大，主要与保护层有关.当然，钢筋的锈蚀还与结构所处的环境、构件受力方式等因素有关.

对于混凝土材料的耐久性问题长期以来已经得到了广泛深入研究.但是混凝土的耐久性不应当仅在材料问题上进行分析和评价，而应当把混凝土材料放在构件和工程结构的整体中进行研究和评价.外界环境对混凝土材料的腐蚀与损伤主要发生在混凝土的浅层，进而使得混凝土截面和强度受到损失，影响结构的外观和安全.对于钢筋混凝土结构，更重要的是因表层混凝土发生腐蚀或损伤而削弱了对钢筋的保护能力，加速钢筋锈蚀进程.

混凝土保护层一般定义为钢筋外表面到混凝土构件表面的这层混凝土，位于钢筋与外界环境之间，是保护钢筋及内部混凝土不受外界侵蚀的重要防线，对钢筋混凝土结构耐久性具有十分重要的意义.因此，对于混凝土保护层的结构与性能需要进行深入研究.

1 钢筋的锈蚀

钢筋在混凝土中锈蚀是一种特定的电化学腐蚀.通常条件下，混凝土中孔隙水为水泥水化时析出的大量氢氧化钙和少数钾、钠氢氧化物.PH值约为12.5～13.5之间.在这种高碱性环境中，钢筋表面会形成一层薄的纯化保护膜，其成分为r—Fe2O3，尽管空气中的氧可以通过混凝土中孔隙渗到钢筋表面，但该纯化膜可有效地控制钢筋的锈蚀，所以只有当纯化膜破坏时，在水、氧气作用下，钢筋才会发生锈蚀.导致钢筋表面纯化膜破坏(即脱纯)机理有如下两种:混凝土的碳化、氯盐渗入混凝土中.

1.1 混凝土的碳化

大气中的CO2与混凝土孔隙液中的Ca(OH)2，反应生成弱碱性CaCO3.该反应使混凝土的PH值下降，这种将使混凝土从表层开始向内逐步失去碱性现象，称为混凝土的碳化.当PH≤9时，则混凝土完全被碳化.

混凝土碳化速度与水泥的品种、用量、所处环境、水灰比、设计标准、施工质量等有密切的关系.在具有良好配比的密实混凝土中，几十年碳化层深度仅只有几毫米，因此混凝土对钢筋起着防护作用.但当混凝土保护层密实性较差，保护层厚度较薄时，在环境湿度(50% ～90%)下，碳化深度将会显著增大，一旦达到钢筋表面，纯化膜将被破坏——脱纯.

钢筋锈蚀时，脱纯的钢筋表面为电化腐蚀的阳极，而未脱纯钢筋表面区域成为阴极.其电化学作用可简单的表示为:

① 在阳极:Fe→Fe++2e

② 在阴极:O2+H2O+4e→OH－

③ 在阳极:20H－+Fe++→Fe(OH)2

最后氧化成铁锈nFe2O3·mH2O，铁锈到一定厚度就会使混凝土保护层开裂式脱落.如安微蚌埠水泵厂一九五九年建成的铸工车间，一九七九年因混凝土碳化钢筋锈，混凝土保护层大面积脱落而重新改建.

凡是碳化深度达到钢筋表面的，即使混凝土未裂，钢筋也会有不同程序的锈蚀.碳化深度小于保护层厚度时，钢筋一般不锈蚀.因此碳化深度也就成为确定保护层厚度的依据.

1.2 氯盐的渗入

无论是掺氯盐的混凝土，还是与海水、海洋、大气接触的钢筋混凝土构件，当氯离子浓度达到某一临界值时(国外资料通常认为是水泥重量的0.4%)，即使混凝土孔隙液中PH值还相当高，但游离的氯离子Cl－将取代氧化膜中的氧离子，生成金属氯化物，从而使钢筋脱纯，在潮湿环境中仍发生上述电化学腐蚀.导致钢筋局部锈蚀［4］.

据四航局科研所测定，Cl－随保护层加厚而急剧减少，见表1.

表1 Cl－保护层变化表

综上所述，钢筋锈蚀的必要条件是氧和水.只有在混凝土饱水或空气湿度过低(＜40%)情况下，钢筋几乎不发生锈蚀.

钢筋的锈蚀在很大程度上取决于CO2，氯盐、氧这三者的扩散程度.而影响这三者的主要是混凝土保护层的质量.

2 混凝土保护层质量

混凝土保护层质量的含意是指保护层的密实性和必需的厚度［5］.

而提高混凝的密实性，可以减少混凝土的内部微细孔隙量.在密实前提下，足够的保护层厚度可以显著地推迟大气中水分、氧气、氯离子等侵蚀性介质一一渗透及扩散到钢筋表面的时间，同时也增加了对钢筋锈蚀膨胀的抵抗力，这是防止钢筋锈蚀的根本途径.

2.1 混凝土保护层厚度

由资料分析可知，沿海地区混凝土保护层厚度当构架为板时取15～20 mm，柱时取25 mm，梁时取25～30 mm显然是不够的，应适当增大.要保持50年左右的使用寿命，又不采取涂层等防渗措施的活，海洋大气区及水位变动混凝土保护区护层不宜小50 mm.对于水下结构若考虑水流冲刷故保护层应适当厚一些.但在任何情况下，保护层厚度不能小于最大骨粒直径的1.25倍.

2.2 混凝土保护层的密实性

(1)严格控制水灰比

根据国外现行海工规范及我国研究成果表明，水灰比应控制0.5以下，这对防止钢筋锈蚀将会收到显著效果.

(2)水泥品种及混凝土合理级配

我国五大品种水泥抗碳化能力好差的次序为:硅酸盐水泥→普通水泥+矿渣水泥→粉煤灰水泥+火山灰水泥.因此要选择抗碳化能力较好的水泥品种，同时要注意混凝土合理级配，防止骨料直径过大，以提高抗渗能力.

(3)施工质量

保证混凝土质量是提高混凝土密实性的重要环节.若混凝土浇灌质量不佳，或养护不善，表面容易产生蜂窝、麻面、龟裂、冷缝等缺陷，钢筋不能完全被水泥浆所复盖，这将为空气渗入创造了条件，从而加快了混凝土的碳化速度.

因此，要控制混凝土浇捣质量，并进行认真养护，以保证水泥浆完全覆盖住钢筋，从而使钢筋周围有一道比较有效地防止侵蚀性物作扩散的隔离质.对具有边、角这些部位要保证钢筋位置符合设计要求.

对耐久性较高部位，混凝土养护龄期最好不得小于14 d.

3 结论

在具体施工技术上还可以采取如下四点措施保障混凝土保护层厚度.

(1)确保混凝土的浇筑质量.在施工过程中要严格控制混凝土的水灰比，在达到混凝土和易性的条件下，降低水灰比尽量减少用水量，从而达到减少混凝土中孔隙的目的.而在浇筑混凝土前模板的接缝要详细检查，避免浇筑时的模板漏浆等现象.采用底部预铺混凝土或通过调整骨料粒径的办法，来防止一些钢筋较密的水平构件出现混凝土蜂窝等现象.对于竖向构件要合理控制混凝土的坍落高度，避免出现烂根现象.

(2)确保混凝土保护层厚度按照设计要求.要按设计要求对保护层的厚度进行控制，符合在规定范围之内，并且对要对不同的构件采取不同的控制要求.比如:对竖向构件，如墙、柱类使用穿墙筋和S筋固定的方式，可使用1∶1水泥砂浆来制作厚度同保护层30 mm见方的垫块，在主筋上绑扎22号扎丝从而控制保护层厚度.

(3)加强对成型混凝土的养护.在实际工程中常常发生养护不周而造成的混凝土失水问题，导致混凝土表面出现收缩裂缝.所以要提高对混凝土养护重要性的认识，减少由此而引发的混凝土耐久性降低.

(4)一般情况下，钢筋应放在密闭的仓库中，在有大气腐蚀情况下，构件应立即浇灌混凝土，避免产生锈蚀;对于暴露在侵蚀环境中的结构和构件，其受力钢筋宜采用环氧涂层带肋钢筋，预应力筋应有防护措施，混凝土宜采用有利于提高耐久性的高性能混凝土.

［1］ 黄可信.钢筋混凝土结构钢筋腐蚀与保护［M］.北京:中国建筑工业出版社，1983.

［2］ 丁 威，崔国惠.钢筋锈蚀引起混凝土保护层初裂时间的推定研究［J］.施工技术，2000(5):19－20.

［3］ 王小惠，刘西拉.受荷钢筋混凝土构件保护层纵向开裂时钢筋锈蚀深度分析计算［J］.混凝土与水泥制品，2003(4):47－49.

［4］ 卢云飞.钢筋混凝土结构氯离子腐蚀分析与处理探讨［J］.广东土木与建筑，2004(6):49－50.

［5］ 李成玉，冯广平.混凝土保护层厚度和质量对其耐久性的影响［J］.河南石油，2002(5):42 －44.