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海砂腐蝕鋼筋的原因

2013-10-12 13:28:27 作者：豬小寶來源：

　　央視曝華潤用海砂建樓可腐蝕鋼筋致坍塌，在3·15之后，海砂問題成為了輿論的焦點。為什么海砂會腐蝕鋼筋呢？新聞中的專家們提到了原因主要是海砂中的氯離子。那么氯離子腐蝕鋼筋的機理到底是什么呢？如何有效的防治呢？

　　海砂對于鋼筋混凝土結構的耐久性能，確實有著嚴重的影響，罪魁禍首就是海砂里的大量氯離子。海砂并不是不能使用，但一定要嚴格控制其氯離子的含量，只有氯離子含量滿足要求的海砂才能使用。那為什么鋼筋混凝土結構對氯離子如此敏感呢？

　　鋼筋和混凝土是材料界著名的好搭檔。兩者不僅在力學性能上珠聯璧合，在耐久性能上也是天作地設。眾所周知，鋼筋在水和氧氣的作用下容易生銹，而包裹在鋼筋周圍的混凝土恰恰起到了保護鋼筋免遭銹蝕的作用。制作混凝土所用的水泥，其熟料的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣。經過水化反應后，制成的混凝土的孔隙中充滿了氫氧化鈣的飽和溶液，其堿性相當強，實際pH值在13左右。如此強的堿性環境中，鋼筋表面被氧化，形成了一層很薄但很致密的水化三氧化二鐵的保護膜。這層保護膜被叫做鈍化膜，它隔絕了鋼筋與外界環境，使得鋼筋無法接觸到水和氧氣，不容易再發生氧化銹蝕，起到了保護鋼筋的作用。

　　砂石中摻雜氯離子，因為氯離子的活性很強，如果其濃度大到一定程度，那么就可以滲透過這層鈍化膜，與鋼筋發生反應，形成易溶的氯化亞鐵，也就是游離的亞鐵離子和氯離子。三氧化二鐵的鈍化膜失去了依附的內層金屬，也隨之溶解，鈍化膜被破壞。

　　一旦鈍化膜被破壞，鋼筋完全暴露，電化學腐蝕就開始了。鐵與水和氧氣發生電化學反應，生成氫氧化亞鐵。如果氧氣不太充足，氫氧化亞鐵被最終氧化為四氧化三鐵（黑銹）。如果氧氣充足，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵，繼而脫水成為疏松多孔的三氧化二鐵（紅銹）。最后氯離子去哪里了呢？還是游離的氯離子，沒有變成其它化合物。總的來看，氯離子起到了類似催化劑的作用。因此，整個銹蝕過程一旦開始就不會停止，在氯離子的不斷作用下，鋼筋被持續銹蝕。其帶來的負面作用是多方面的：

　　其一，鋼筋越來越細，力學性能持續下降，屈服強度和延伸率都顯著下降；

　　其二，鋼筋生銹后體積膨脹，會把周圍的混凝土脹開，產生裂縫，嚴重的甚至會導致表面的混凝土脫落；

　　其三，帶肋鋼筋要依靠鋼筋表面的月牙形肋與混凝土錨固在一起，就像螺絲釘上的螺紋一樣，不容易脫落，一旦鋼筋銹蝕，月牙形螺紋被腐蝕破壞，帶肋鋼筋變成了光滑圓柱形，錨固性能大幅降低。

　　鑒于這些嚴重后果，必須要嚴格控制混凝土中氯離子的含量。《混凝土結構設計規范》第3.5.3條規定了設計使用期限為50年的混凝土結構在不同環境類別下的允許最大氯離子含量，一類環境為0.30%，二a類為0.20%，二b和三a為0.15%，三b類為0.10%，預應力混凝土為0.06%。第3.5.5條規定了設計使用期限為100年的混凝土結構在一類環境下允許最大氯離子含量為0.06%。對耐久性有更高要求的結構，還需要根據其它相關規范來確定。

　　而海砂由于其來自海洋環境，含有大量的氯離子，必須要滿足嚴格的含量要求。《普通混凝土用砂石質量標準及檢驗方法》第3.1.10條規定，“對于鋼筋混凝土用砂，其氯離子含量不應大于0.06%（以干砂的質量百分率計）”。

　　除了海砂之外，氯離子還有很多其它來源途徑。

　　其一是北方冬天常用的除冰鹽。由于保護意識不強，管理不善，很多地區大量的使用含氯離子的除冰鹽，導致很多公路混凝土結構腐蝕嚴重，有些甚至不得不拆除重建。

　　其二是常年接觸海洋環境的鋼筋混凝土結構，比如港口碼頭、跨海大橋、防洪堤壩等等，不可避免的要接觸到海洋中的大量氯離子。

　　其三是某些化工廠的混凝土結構，其環境中也有大量的氯離子。

　　其四是內陸某些嚴重鹽堿地區，建筑物的基礎也處在大量氯離子的環境中。

　　對于這些不得不接觸氯離子的混凝土結構，有哪些有效的保護措施呢？

　　其一是增大鋼筋外側混凝土的厚度，不讓氯離子那么輕易的就能滲透到鋼筋表面。

　　其二是在混凝土中采用阻銹劑，即使氯離子將鈍化層破壞，阻銹劑仍然能阻止鋼筋的電化學銹蝕。早期常用的阻銹劑主要是亞硝酸鹽或者鉻酸鹽，但其毒性很強，發生過多次工地食堂誤用亞硝酸鹽導致集體中毒的事故。現在出現了很多新型無毒害的阻銹劑，包括可以直接噴涂在混凝土表面的阻銹劑。

　　其三是加強對鋼筋的保護。比如采用環氧樹脂涂層鋼筋，鋼筋表面的環氧樹脂涂層代替了天然形成的鈍化層，氯離子無法穿透環氧樹脂涂層，鋼筋帶上了樹脂套套，氯離子就無可奈何了。

　　其四，可以采用不銹鋼鋼筋，氯離子你們放馬過來吧，老衲已經練成了少林神功之金剛不壞體。

　　像新聞報道中提到的這些結構，如果真的是采用了含有大量氯離子的海砂，其混凝土耐久性能確實是有問題的。但也有補救措施，比如采用噴涂型阻銹劑，將阻銹劑噴涂在混凝土結構外表面，滲透擴散到鋼筋表面，形成額外的保護膜，起到阻隔氯離子的作用，從而提高鋼筋的抗銹蝕能力，改善既有結構的耐久性能。