张吉兵，王 露

（重庆天原化工有限公司，重庆 408017）

1 概述

在氯碱工业中，相对于钢结构，钢筋混凝土因具有承载能力高，易于施工，易于表面防腐，成本低廉、坚固耐用且材料来源广泛等优点而被普遍采用。钢筋混凝土是由钢筋和混凝土组成的复合材料，既保持了混凝土抗压强度高的特性，又保持了钢筋很好的抗拉强度。同时钢筋与混凝土之间有着很好的黏结力和相近的热膨胀系数，混凝土又能对钢筋起到很好的保护作用，从而使混凝土结构物更好地工作，提高了混凝土的耐久性。

从多个氯碱企业的实际运行看来，钢筋混凝土结构的腐蚀现象也是非常严重，据统计，钢筋锈蚀已成为导致混凝土破坏的首要因素[1]。减轻腐蚀性介质对混凝土结构的腐蚀，确保厂房和装置的使用寿命，也是指导工程施工的一个重要方面。

2 混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因

2.1 混凝土不密实或有裂缝

混凝土不密实或有裂缝时，尤其是当水泥用量偏小，水灰比不当和振捣不良，或在混凝土浇筑中产生露筋、蜂窝、麻面等情况，都会加速钢筋的锈蚀。

2.2 混凝土碳化和侵蚀性气体、介质的侵入

混凝土的硬化后显碱性，pH值＞12，此时，钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或在含二氧化碳环境中时，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙等物质，其碱性逐渐降低，甚至消失，称其为混凝土的碳化。因此，混凝土碳化的结果就是pH值不断降低，并不断向内部深化，当碳化深度达到或超过钢筋保护层时，钢筋表面的钝化膜遭到局部破坏，钢筋开始腐蚀。空气中的氯化氢、氯等酸性气体，特别是氯离子会使，混凝土碱度急速下降，钢筋很快腐蚀。试验证明，即便是pH值较高的溶液（如pH值＞13），只要有4～6 mg/L的氯离子含量，就足以破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去钝化，在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀[2-4]。

2.3 环境条件

环境条件是引起钢筋锈蚀的外在因素，如温度、湿度及干燥交替作用，盐水飞溅、盐渗透等都对混凝土结构中的钢筋锈蚀有明显影响。调查结果表明，混凝土结构在干燥无腐蚀介质条件下，其使用寿命要比在潮湿及腐蚀介质中使用要长2～3倍。

重庆地区年相对湿度平均值约为81%（17.4℃），即便是在最低月，也有71%的相对湿度。

3 氯碱生产中的腐蚀介质和腐蚀机理

3.1 腐蚀介质及机理

3.1.1 氯化钠溶液

氯化钠溶液对钢筋混凝土的腐蚀主要是由于在氯化钠溶液环境中，钢筋发生电化学反应加速锈蚀而导致结构破坏。氯化钠中的氯离子对钝化膜有特殊的破坏作用。氯离子半径很小，穿透力强，很容易吸附在钢筋阳极区的钝化膜上，取代钝化膜中氧离子，使钢筋起保护作用的氢氧化铁变为无保护作用的氯化铁。由于氯离子到达钢筋表面的不均匀性，特别是氯离子作用在钢筋局部区域时，则局部区域为阳极，形成了大阴极小阳极的腐蚀。氯离子在钢筋保护层不被碳化或中性化的情况下也可以破坏钢筋钝化膜，发生锈蚀现象[3]。

3.1.2 氯化氢气体

氯化氢气体对混凝土直接腐蚀较轻，但是氯化氢气体在潮湿的环境下吸附在建筑物表面形成盐酸，持续腐蚀建筑物；当氯化氢气体渗入混凝土内部和钢筋接触时，氯离子使钢筋表面的钝化膜丧失作用，引起钢筋的锈蚀膨胀，并对混凝土保护层产生巨大的辐射压力，使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂纹（俗称顺纹裂缝）。而这些裂纹又进一步成为腐蚀性介质渗人钢筋的通道，加速钢筋的锈蚀。当混凝土表面的裂缝展开到一定程度时，混凝土保护层开始脱落，最终导致构件丧失承载能力[3]。

3.1.3 氢氧化钠溶液

常温下，氢氧化钠溶液对混凝土结构腐蚀性较小，但在碱液蒸发过程中随着温度的升高其对混凝土的腐蚀性急剧增加。氢氧化钠溶液对混凝土和砖砌体的腐蚀更多的是一种物理作用。氢氧化钠溶液渗入材料的孔隙后，水分挥发，经过再结晶，体积膨胀，在材料孔隙内部形成内应力，导致材料破坏。

3.2 现场腐蚀示例

根据“工业建筑防腐蚀设计规范”在氯碱企业找出了腐蚀点进行分析，见表1。

4 钢筋锈蚀对工业建筑的影响

钢筋锈蚀对结构的破坏分为3个阶段，前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等；中期是钢筋整个表面锈蚀，并产生膨胀，与保护层脱离，发生层裂；后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀，混凝土本身发生破坏，出现顺筋胀裂，混凝土脱离，直至钢筋不断锈蚀。钢筋锈蚀直接影响到混凝土结构的安全性及耐久性[1]。

（1）削弱钢筋的受力，尤其是预应力混凝土结构内的高强度钢丝，表面积大、截面小、应力高，一旦发生腐蚀，危险性更大，甚至有造成构件断裂的危险，

（2）钢筋腐蚀后，体积膨胀大约增大2～4倍，会使混凝土保护层破坏甚至脱落，从而降低混凝土的受力性能和耐久性能。

（3）钢筋腐蚀导致钢筋与混凝土之间的结合强度下降，从而不能把钢筋所受的拉伸强度有效传递给混凝土，降低结构的安全强度。

5 防护措施

钢筋锈蚀对混凝土结构造成了严重的危害，为了保证混凝土建筑物的正常工作，必须采取措施，防止混凝土中钢筋的锈蚀。在氯碱工业中建筑物的防腐应从多方面综合考虑。

5.1 设计阶段

（1）合理设计总平面布置，减少相邻厂房和装置之间的腐蚀影响。（2）结构设计应预留一定的设计裕度，一方面不致因结构腐蚀削弱结构承载能力而导致结构破坏，另一方面也避免结构在高应力和大变形的状况下加速腐蚀。（3）在有腐蚀介质存在的重点区域增加表面防腐措施。（4）工业厂房产设计成敞开式或半敞开式，避免腐蚀性气体长期滞留而加剧腐蚀。

5.2 在施工阶段应提高混凝土密实度和施工质量

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。而混凝土碳化又是由于混凝土抗渗性能不足引起的，所以为防止碳化，必须提高混凝土的抗渗性。可以通过（1）适当提高材料强度等级；（2）控制混凝土的水灰比；（3）加大混凝土保护层，特别是梁、板的底部钢筋保护层；（4）对结构表面进行面层防护；（5）加强养护管理；（6）严格控制用水的氯离子含量等方法，满足“工业建筑防腐蚀设计规范”中表2和表3的基本要求，延长钢筋混凝土的使用寿命[2，3]。

当钢筋混凝土构件处在不同的环境时，钢筋保护层厚度有着不同的要求。结构构件要达到规定的设计使用年限，钢筋的保护层厚度起着至关重要的作用。保护层厚度越小，混凝土由表及里碳化所用时间就会越短，钢筋就会愈早被腐蚀。混凝土保护层最小厚度[4]见表3。

表1 现场腐蚀示例

表2 结构混凝土的基本要求

表3 混凝土保护层最小厚度mm

5.3 推动清洁生产，减少废物排放

严格遵守工艺规程，拒绝“跑冒滴漏”，从根源上杜绝腐蚀现象的发生。建筑物的防腐，不应只考虑建筑本身的防护，而应致力于建立和完善清洁生产组织，采用新工艺新技术，通过生产全过程的控制减少腐蚀介质的产生。

5.4 限制水、汽的流动，降低环境湿度[2]

水、汽是腐蚀性介质传播扩散最主要的中介，腐蚀性介质在水、汽的携带下，极大地扩展了腐蚀范围、加大了腐蚀的危害性。因此应采取有效措施规范和限制水的流动，降低环境湿度。

（1）有腐蚀介质存在的厂房屋面和楼面应设计成集中有组织的排水方式。（2）有腐蚀介质存在的预留孔洞周围和楼面边沿应设置挡水肩。（3）在有腐蚀介质存在的重点区域应集中设置中和池就地中和后排入总管。（4）严格控制检维修期间的废水有序排放。（5）机泵等设备在二次灌浆时应预留排水孔。（6）规范工厂蒸汽及蒸汽冷凝液的有序排放，降低对环境湿度的影响。

5.5 规范生产，减少对混凝土保护层的破坏。

（1）在改造工程或新建工程对原钢筋混凝土构件造成破坏的，应及时对断面进行清理、烘干和修复。

（2）对有保护层脱落、裂缝、露筋的应及时采取加强和保护措施。

6 结论

氯碱工业生产环境比较复杂，物料如盐水、烧碱、氯气、盐酸、硫酸、次氯酸盐等都是强腐蚀性介质，钢筋混凝土只能减缓各种腐蚀介质的腐蚀速率。因此，必须对工业生产中的腐蚀引起足够的重视，根据环境的特点和材料的性质，要在设计、施工和生产维护各个环节，采取有效的防护措施，以避免钢筋混凝土结构的腐蚀，提高混凝土的使用耐久性。

［1］刘荣生.混凝土中钢筋锈蚀的原因及危害和预防措施.山西建筑，2010，（12）：142－143.

［2］渠向阳，谢永辉，李留红.氯碱工业中的建筑防腐问题.氯碱工业，2004，（9）：42－44.

［3］满传军.钢筋锈蚀对混凝土结构耐久性的影响.山西建筑，2008，（9）：103－104.

［4］GB 50046－2008工业建筑防腐蚀设计规范.