海砂腐蚀钢筋的原因

2013-10-12 13:28:27 作者：猪小宝来源：

　　央视曝华润用海砂建楼可腐蚀钢筋致坍塌，在3·15之后，海砂问题成为了舆论的焦点。为什么海砂会腐蚀钢筋呢？新闻中的专家们提到了原因主要是海砂中的氯离子。那么氯离子腐蚀钢筋的机理到底是什么呢？如何有效的防治呢？

　　海砂对于钢筋混凝土结构的耐久性能，确实有着严重的影响，罪魁祸首就是海砂里的大量氯离子。海砂并不是不能使用，但一定要严格控制其氯离子的含量，只有氯离子含量满足要求的海砂才能使用。那为什么钢筋混凝土结构对氯离子如此敏感呢？

　　钢筋和混凝土是材料界着名的好搭档。两者不仅在力学性能上珠联璧合，在耐久性能上也是天作地设。众所周知，钢筋在水和氧气的作用下容易生锈，而包裹在钢筋周围的混凝土恰恰起到了保护钢筋免遭锈蚀的作用。制作混凝土所用的水泥，其熟料的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。经过水化反应后，制成的混凝土的孔隙中充满了氢氧化钙的饱和溶液，其碱性相当强，实际pH值在13左右。如此强的碱性环境中，钢筋表面被氧化，形成了一层很薄但很致密的水化三氧化二铁的保护膜。这层保护膜被叫做钝化膜，它隔绝了钢筋与外界环境，使得钢筋无法接触到水和氧气，不容易再发生氧化锈蚀，起到了保护钢筋的作用。

　　砂石中掺杂氯离子，因为氯离子的活性很强，如果其浓度大到一定程度，那么就可以渗透过这层钝化膜，与钢筋发生反应，形成易溶的氯化亚铁，也就是游离的亚铁离子和氯离子。三氧化二铁的钝化膜失去了依附的内层金属，也随之溶解，钝化膜被破坏。

　　一旦钝化膜被破坏，钢筋完全暴露，电化学腐蚀就开始了。铁与水和氧气发生电化学反应，生成氢氧化亚铁。如果氧气不太充足，氢氧化亚铁被最终氧化为四氧化三铁（黑锈）。如果氧气充足，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁，继而脱水成为疏松多孔的三氧化二铁（红锈）。最后氯离子去哪里了呢？还是游离的氯离子，没有变成其它化合物。总的来看，氯离子起到了类似催化剂的作用。因此，整个锈蚀过程一旦开始就不会停止，在氯离子的不断作用下，钢筋被持续锈蚀。其带来的负面作用是多方面的：

　　其一，钢筋越来越细，力学性能持续下降，屈服强度和延伸率都显着下降；

　　其二，钢筋生锈后体积膨胀，会把周围的混凝土胀开，产生裂缝，严重的甚至会导致表面的混凝土脱落；

　　其三，带肋钢筋要依靠钢筋表面的月牙形肋与混凝土锚固在一起，就像螺丝钉上的螺纹一样，不容易脱落，一旦钢筋锈蚀，月牙形螺纹被腐蚀破坏，带肋钢筋变成了光滑圆柱形，锚固性能大幅降低。

　　鉴于这些严重后果，必须要严格控制混凝土中氯离子的含量。《混凝土结构设计规范》第3.5.3条规定了设计使用期限为50年的混凝土结构在不同环境类别下的允许最大氯离子含量，一类环境为0.30%，二a类为0.20%，二b和三a为0.15%，三b类为0.10%，预应力混凝土为0.06%。第3.5.5条规定了设计使用期限为100年的混凝土结构在一类环境下允许最大氯离子含量为0.06%。对耐久性有更高要求的结构，还需要根据其它相关规范来确定。

　　而海砂由于其来自海洋环境，含有大量的氯离子，必须要满足严格的含量要求。《普通混凝土用砂石质量标准及检验方法》第3.1.10条规定，“对于钢筋混凝土用砂，其氯离子含量不应大于0.06%（以干砂的质量百分率计）”。

　　除了海砂之外，氯离子还有很多其它来源途径。

　　其一是北方冬天常用的除冰盐。由于保护意识不强，管理不善，很多地区大量的使用含氯离子的除冰盐，导致很多公路混凝土结构腐蚀严重，有些甚至不得不拆除重建。

　　其二是常年接触海洋环境的钢筋混凝土结构，比如港口码头、跨海大桥、防洪堤坝等等，不可避免的要接触到海洋中的大量氯离子。

　　其三是某些化工厂的混凝土结构，其环境中也有大量的氯离子。

　　其四是内陆某些严重盐碱地区，建筑物的基础也处在大量氯离子的环境中。

　　对于这些不得不接触氯离子的混凝土结构，有哪些有效的保护措施呢？

　　其一是增大钢筋外侧混凝土的厚度，不让氯离子那么轻易的就能渗透到钢筋表面。

　　其二是在混凝土中采用阻锈剂，即使氯离子将钝化层破坏，阻锈剂仍然能阻止钢筋的电化学锈蚀。早期常用的阻锈剂主要是亚硝酸盐或者铬酸盐，但其毒性很强，发生过多次工地食堂误用亚硝酸盐导致集体中毒的事故。现在出现了很多新型无毒害的阻锈剂，包括可以直接喷涂在混凝土表面的阻锈剂。

　　其三是加强对钢筋的保护。比如采用环氧树脂涂层钢筋，钢筋表面的环氧树脂涂层代替了天然形成的钝化层，氯离子无法穿透环氧树脂涂层，钢筋带上了树脂套套，氯离子就无可奈何了。

　　其四，可以采用不锈钢钢筋，氯离子你们放马过来吧，老衲已经练成了少林神功之金刚不坏体。

　　像新闻报道中提到的这些结构，如果真的是采用了含有大量氯离子的海砂，其混凝土耐久性能确实是有问题的。但也有补救措施，比如采用喷涂型阻锈剂，将阻锈剂喷涂在混凝土结构外表面，渗透扩散到钢筋表面，形成额外的保护膜，起到阻隔氯离子的作用，从而提高钢筋的抗锈蚀能力，改善既有结构的耐久性能。