混凝土防腐 阻锈剂在临海 工程中的应用

梁振雷 王明杰 张帆

中国建筑第四工程局有限公司土木 公司东莞 分公司滨海国际 2201 地块 项目部 海南省海口市 570100

【摘 要】钢筋混凝土的耐久性问题是困扰全球的世界性难题，引起钢筋混凝土结构耐久性不足的因素有钢筋锈蚀、混凝土碳化、冻融破坏、碱骨料反应、化学侵蚀等，其中钢筋锈蚀是加速钢筋混凝土结构破坏的主要原因。本文结合滨海国际2201地块二期结构特点和施工现场实际情况，按要求在混凝土中添加钢筋防腐阻锈剂，能够阻止或减缓钢筋的腐蚀性,也是对海边建筑结构的一种防护作用，并在实际工程应用中获得了良好的效益，可为以后类似工程提供相应的借鉴。

【关键词】混凝土；阻锈剂；机理；应用与发展

1. 工程概况

滨海国际2201地块工程位于海南省海口市美兰区新埠岛海新大桥北侧示范区，北侧临滨海国际碧海银滩，西侧靠南渡江支流横沟河，东侧紧挨2602地块，南侧为已竣工交户的南海鱼市。占地2.51万平米，总建筑面积13.07万平米。由5栋22~25层住宅及3.56米深的地下室组成，最高建筑约75米，结构主要为剪力墙结构。

2. 防腐阻锈剂的设计要求

滨海国际2201地块靠近沿海一带，海风腐蚀性强，钢筋容易锈蚀，设计根据地勘报告提出地下水对混凝土结构具弱腐蚀性；干湿交替时对钢筋混凝土结构钢筋具中等腐蚀性，长期浸水时对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，场地土对混凝土结构具弱腐蚀性，弱腐蚀的腐蚀介质为S0，中等腐蚀的腐蚀介质为CL，垫层、承台、筏板、拉梁以及土接触的所有构件的混凝土中应掺入引气剂、抗渗剂、抗硫酸盐外加剂、矿物参合料和钢筋阻锈剂，抗硫酸盐等级为KS60，矿物掺合料掺量满足砼抗氯离子参透性能等级RCM-IV的要求。应根据《GB50164-2011混凝土质量控制标准》的要求进行检测。外围结构梁、阳台梁板（与海风直接接触），为防止海风环境的腐蚀，需在混凝土中掺入钢筋阻锈剂，不得采用亚盐酸类的阻锈剂，掺量参考《钢筋阻锈剂应用技术规程JGJT192-2009》相关规定执行。本项目根据设计要求，在混凝土中添加一定比例的掺量，通过试验得到配合比是地下构件添加6%掺量，地上构件添加4.5%阻锈剂。

3. 混凝土中钢筋锈蚀机理

一般情况下，混凝土孔隙液因水泥水化产物 Ca(OH)₂ 的存在，PH值在 12.5到13 之间，在这种强碱性环境中钢筋会在其表面生成一层钝化膜，该膜的主要成分是γ－Fe₂O₃•nH₂O。混凝土的碱性会因人为因素或者自然条件的影响而降低，主要包括氯离子和二氧化碳的侵蚀等，具体表现为：（1）在混凝土的拌制过程中加入海砂或含有氯盐的水；（2）冬天在积雪的道路桥梁上撒除冰盐；（3）混凝土结构在海洋环境或者盐碱地中受到 Cl^－的侵蚀；（4）混凝土的碳化等。Cl^－会对钢筋钝化膜产生极大的破坏，加快钢筋的锈蚀进度。当 Cl^－入混凝土孔隙液，由于Cl^－的半径小，可以优先地吸附到钢筋表面，直接导致钢筋周围的OH^－减少，碱性降低，钢筋所处的环境酸化，钢筋钝化膜在薄弱的地方溶解破坏， 发生孔蚀。在这种情况下，钢筋发生了电化学反应，失去钝化膜保护的钢筋（阳极区）失去电子，与受到钝化膜保护的钢筋之间产成电位差，形生微电池。促使钢筋发生锈蚀的根本原因，即阳极区钝化膜因为氯离子的侵入而破坏，铁基体被氧化；阴极区是 H₂O和O₂的连续入侵。随着上述反应的不断进行，混凝土PH值下降，当降到 11以下，钢筋钝化膜便开始破坏。同时，由于CO₂将水化硅酸钙转化为 CaCO₃和 SiO₂，混凝土表面会出现起砂现象，这将引起混凝土微孔直径变大，Cl^－、H₂O、O₂等有害离子更容易渗透迁移到钢筋表面引起锈蚀。

4. 钢筋阻锈剂的阻锈机理

根据钢筋阻锈机理的不同，已有的钢筋阻锈剂可划分为三种类型，包括阳极型阻锈剂、阴极型阻锈剂以及复合型阻锈剂，三种阻锈剂或者单一地抑制腐蚀的阳极反应、阴极反应或者同时抑制腐蚀的阴阳极反应而发挥阻锈作用。

（1）阳极型阻锈剂

该类型阻锈剂的主要代表为亚硝酸盐、铬酸盐、钼酸盐等无机盐。根据钢筋锈蚀的电化学反应机理，在发生锈蚀的钢筋混凝土中，阴阳极反应之间存在得失电子平衡的关系，因此钢筋锈蚀的进度与阳极反应或者阴极反应中速度较慢的同步。从这一机理出发，阳极型阻锈剂是通过抑制阳极区铁基体失去电子或者减缓其失去电子速度来减缓钢筋锈蚀的进度，达到阻锈效果。

（2）阴极型阻锈剂

阴极型阻锈剂主要是通过阻止或减缓钢筋锈蚀的阴极反应达到阻锈效果。该类阻锈剂达到一定浓度时，可使阴极区钢筋保持钝化状态，从而起到抑制或减缓阴极反应的作用，同时阴极阻锈剂能通过提高介质PH值的方式，起到降低铁锈溶解度的作用。钢筋锈蚀的阴极反应主要发生在钝化膜未受破坏的钢筋与水泥石界面间的孔隙液中，由于孔隙液的电阻较小，因此阳极区反应产生的电子会在氧气存在的情况下快速转移到阴极区域，促使阴极反应的进行。电子的自由转移是钢筋腐蚀电流产生的直接原因，所以要降低甚至避免腐蚀电流的产生，可以在阴极区增大电阻阻碍电子转移的通道，也可以通过降低氧气的浓度减缓电子的产生速度。针对此分析，在阴极区的钢筋与孔隙液之间形成隔离层，以增大电阻或者阻碍有害离子（如水、氧气、氯离子中的一种或多种）入侵的方式阻止或减缓电化学反应的阴极过程而起到阻锈作用

（3）复合型阻锈剂

复合型阻锈剂的保护方式较为全面，主要包括：①通过物理或者化学吸附方式在钢筋阴极区和阳极区同时形成保护层；②增大钢筋附近混凝土环境的电阻率；③调节混凝土孔隙液的 pH 值；④提高混凝土的密实度等。比较有代表性的无机类复合型阻锈剂包括 ZnO 与 Ca(OH)₂ 的复合物以及绝大多数的有机类阻锈剂。在这一过程中，作为阴极型阻锈剂的ZnO在阴极区消耗掉 OH^－使阳极区产生的 Fe²⁺不能快速、充分地转化为 Fe(OH)₂ 或者 Fe(OH)₃ 沉淀；作为阳极型阻锈剂的Ca(OH)₂ 在阳极区通过 NO₂^－和 Fe²⁺发生化学反应。

5. 钢筋阻锈剂的应用与发展

钢筋阻锈剂在滨海国际2210地块工程添加使用，在混凝土中减缓除冰盐对钢筋的锈蚀破坏，早期通过实验证实了添加2%阻锈剂的钢筋于9年后无生锈迹象。同时还将阻锈剂纳入到了国家标准《建筑防腐蚀设计规范》中。为了应对沿海一带，基础混凝土接触海水等钢筋腐蚀破坏问题，阻锈剂也得到了推广和应用。我国对阻锈剂的研究起步较早，但早期对混凝土结构提前失效问题重视不足，研究进度较慢，相关研究与开发主要借鉴国外技术。2009年中华人民共和国住房和城乡建设部颁布的《钢筋阻锈剂应用技术规程》（JGJ/T 192-2009）详细系统地规定了阻锈剂的使用环境等级、阻锈剂的选用、施工工艺、工程验收等；

目前最前沿的阻锈剂为复合型阻锈剂，该类阻锈剂一般由几种可发挥协同作用的阻锈成分组成，具有环保高效等优点。按使用方式，复合型阻锈剂分为内掺型阻锈剂和外涂型阻锈剂，内掺型阻锈剂适用于新建工程，外涂型阻锈剂适用于工程修复。复合型阻锈剂因其主动、便捷、高效、对混凝土无负面影响等优点，在工程修复中凸显出很大的优势，具有广阔的应用前景。我国在复合型阻锈剂的理论和实践方面还比较欠缺，需更多深入的研究，使钢筋阻锈剂能在实际工程结构中发挥更大作用，从而给社会带来巨大的经济效益。

6. 结语

我国在有机类复合型阻锈剂的理论和实践方面还比较欠缺，需更多深入的研究，使钢筋阻锈剂在实际工程结构中发挥更大作用。本文从钢筋阻锈剂的阻锈机理和阻锈效果出发，在一定程度上探讨了所选阻锈剂的性能，得出了相关结论，但也存在某些不足，在后续的工作中可对这方面作进一步的研究和探讨。通过对阻锈剂研究并在实际工程中应用，取得良好的效益同时也积累了一定的经验，期待能为以后的类似工程提供一定的借鉴作用。

参考文献

[1] 钢筋阻锈剂应用技术规程JGJ/T 192-2009.北京：中国建筑工业出版社，2009

[2] 混凝土结构设计规范GB50010-2010，中国建筑工业出版社，2015

[3] 混凝土耐久性检验评定标准.北京：中国建筑工业出版社，2009

[4] 混凝土质量控制标准GB50164-2011,北京：中国建筑工业出版社，2011