混凝土中钢筋腐蚀与防护技术（二）.docVIP

混凝土中钢筋腐蚀与防护技术(2) ——混凝土对钢筋的保护及钢筋腐蚀的电化学性质 1　混凝土对钢筋的物理化学保护作用?1.1　混凝土对钢筋的物理保护作用　　混凝土将钢筋完全覆盖，在一定时期内，将钢筋与外界环境隔离。这样，钢筋在相对干燥(?如相对湿度低于65%)和缺乏腐蚀性离子的条件下，钢筋可保持不锈状态。应该说，这种单纯?的物理隔离作用是很难长期保持的，因此其保护作用也是有限的。1.2　混凝土对钢筋的化学保护作用　　水泥水化过程中，可产生一定量的氢氧化钙(对于普通硅酸盐水泥可达8%～15%)。氢氧化钙?的溶解度很小，通常以固体形式存在。然而，它能使混凝土保持高碱度(液相pH＞12.5)在有钠、钾离子存在时，其碱度还要高些(如pH＞12.5)。　　钢铁(包括钢筋)在高碱度环境中是不会腐蚀的，这是由钢铁的本性决定的。为说明此问题，?现引用世界著名腐蚀学家布拜(M.Pourbaix)教授提出的电位-pH图(图1) 来进一步解释。?该图以铁的电位为纵坐标，以pH为横坐标，绘制了Fe-H2O体系的二元平衡图。在铁的腐?蚀过程中，电位是控制铁的离子化过程的因素，而水溶液的酸碱度(pH)则是控制腐蚀产物稳?定性的因素。图中对应于一定电位与一定pH的交叉点，即表示铁、铁离子或氧化物所处的热?力学最稳定的形态。如在a点(酸性)，Fe2+是热力学最稳定的形态，即铁在酸性介质?中是热力学不稳定的，它有转变为Fe2+的原动力。腐蚀过程就是铁变成铁离子的过程?，因此，通常钢铁是不耐酸的；若处在b点(高碱性)，Fe2O3是热力学最稳定的形态，即Fe2+是会转化成Fe2O3的，当这层铁的氧化物完全覆盖在铁表面时，将铁与水介质隔离，铁的腐蚀便停止了。这就是在高碱性环境中耐腐蚀的原因。　　国内外研究与实践均表明，混凝土的高碱度对于保护钢筋和保持结构物的耐久性，都是极端重要的。研究表明，当pH＜9.88时，钢筋表面的氧化物是不稳定的，即对钢筋没有保护作用；当pH处在9.88～11.5之间时，钢筋表面的氧化膜不完整，即不能完全保护钢筋免受腐?蚀；只有当pH＞11.5时，钢筋才能完全处于钝化状态。因此，混凝土对钢筋的保护作用，?与其说是物理保护作用不如说是化学保护作用，也就是说，混凝土的高碱度，是保护钢筋不?锈蚀的最重要的条件，通常将pH＞11.5称作保护钢筋的“临界值”。　　应该说明，上述“临界值”并不是一成不变的，如当有氯离子存在时，图2中的“腐蚀区”，甚至在更高的碱度下钢筋也会腐蚀。 　　众所周知，混凝土的“中性化”是引起钢筋锈蚀的原因之一，也是影响钢筋混凝土结构物耐久性的因素之一。所谓“中性化”，即是环境中的CO2、SO2、酸雨、工业酸性介质等，渗入混凝土中并与其所含的碱发生化学反应，这样“中和”的结果，降低了混凝土的碱度和含碱的数量。若使混凝土的pH低于“临界值”时，钢筋便会发生腐蚀。CO2的“中和”作用通常称作混凝土的“碳化”。国外已出现使混凝土重新恢复高碱度的新技术，对于“低碱度水?泥”，若不能长期保持其pH高于“临界值”时，需采取掺钢筋阻锈剂等附加措施，目的都是为了使钢筋得到充分保护。　　混凝土保持适当的高碱度，不仅对于保护钢筋有意义，而且对于保持水泥水化产物的稳定性也是非常重要的。表1给出了水泥水化产物保持稳定最低碱度值，低于该“临界值”时产物便会分解。可以看出，当混凝土由高碱性逐渐向中性转移过程中，大部分水泥水化产物都有分解的可能，导致混凝土强度的降低和丧失。　　目前，我国正在努力降低水泥中的碱含量(K+、Na+)和研制、推荐使用“低碱度水泥”?，同时大力倡导采用各种类型的掺合料，这是很有意义和十分必要的。但同时应该充分认识到，使水泥(混凝土)保持必须的碱度和碱储量［Ca(OH)2］，对于防止钢筋锈蚀、保证结?构物的耐久性，其意义也是重大而深远的。? 表1　水泥水化产物保持稳定所需要的最低碱度值(临界pH值) 水泥水化产物?临界pH值?2CaO.SiO2.1.7H2O?11.2?6CaO.6SiO2.H2O?10.67?5CaO.6SiO2.5.5H2O?10.0?2CaO.3SiO2.2.5H2O?9.78?4CaO.Al2O3.19H2O?8.15?3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O?7.95? 1.3　混凝土保护钢筋之不足1.3.1　物理保护性能之不足　　混凝土是水泥为胶结材料，含砂子和石子的混合物。其中，水泥水化所形成的水泥石本身就是多孔结构，也就是说它具有可渗透的特征。水泥水化不完全、多余水的蒸发，也不可避免会在水泥石中形成孔隙、毛细管；水泥石和砂子、石子的界面上也会有孔隙生成。因此，水泥?石、混凝土就其物理本质来说，即是一种多孔材料。　　混凝土制作、养护过程中，难免产生微观、宏观裂纹