摘 要: 簡(jiǎn)述了摻氯鹽混凝土中鋼筋銹蝕的機(jī)理和主要影響因素，并揭示了銹蝕的基本規(guī)律。

關(guān)鍵詞：鋼筋銹蝕 電化腐蝕阻銹劑

　　氯化鈣和氯化鈉曾是我國(guó)土建工程冬季施工使用最早和最廣泛的外加劑。氯鹽防凍效果好、廉價(jià)易得，但易發(fā)生鋼筋銹蝕，擺在科技人員面前的問題是如何揚(yáng)長(zhǎng)避短。筆者僅在已有試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上對(duì)鋼筋銹蝕的規(guī)律以及氯鹽對(duì)鋼筋銹蝕的影響作了初步探討，以期對(duì)合理地使用氯鹽防凍劑能有所幫助。

1 混凝土中鋼筋銹蝕的基本條件

　　混凝土中鋼筋銹蝕是屬于金屬在電解液中的腐蝕，即電化腐蝕。

　　眾所周知，普通混凝土中的鋼筋在一般情況下是不會(huì)發(fā)生銹蝕的。但是在某些條件下，由于混凝土的堿性降低(pH 值減小)或者由于有害介質(zhì)的侵入，鋼筋表面的氧化膜遭到破壞，空氣中的氧氣和水份通過混凝土保護(hù)層達(dá)到鋼筋表面，并在其上形成一層很薄的水膜，此時(shí)鋼筋如同浸在電解液中。鋼筋本身含有雜質(zhì)，它的表面狀態(tài)也有一定的差異，所以在同一鋼筋的不同部位形成了陰極和陽極(腐蝕微電池)，產(chǎn)生了兩個(gè)獨(dú)立進(jìn)行的，又互相制約的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。

　　從上述明顯看出，混凝土中的鋼筋銹蝕是電化學(xué)過程，水份和氧氣是破壞保護(hù)性氧化膜的基本條件。

2 摻加氯鹽對(duì)混凝土中鋼筋銹蝕的影響

2.1 氯鹽是促銹劑

　　混凝土中摻和氯鹽容易引起鋼筋銹蝕，尤其是當(dāng)具備產(chǎn)生銹蝕的基本條件時(shí)(充足的氧氣和水份) ，銹蝕加劇，這可以從摻氯鹽混凝土中的鋼筋銹蝕試驗(yàn)以及在摻氯鹽的氫氧化鈣溶液中的筋銹蝕試驗(yàn)結(jié)果加以證明。

2 . 2 氯鹽“促銹”的主要原因

2.2.1 氯離子能破壞混凝土中的鋼筋表面的保護(hù)性氧化膜

　　黑龍江省水科所的試驗(yàn)所研究表明：鋼筋表面出現(xiàn)大小如谷粒狀的銹蝕孔以及附著在鋼筋表面的小氣泡。目前氯離子破壞氧化膜的機(jī)理尚不十分清楚，但可以肯定，氯離子與氧化膜發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，原因是氯離子的活性很大，它容易被覆蓋著氧化膜的電極表面吸附，排擠并取代了氧化膜(Fe2O3)中的氧離子，生成了氧化鐵。

3CaCl2+Fe203+3H20=2FeCl3+3Ca(OH)2

　　氧化鐵是可溶性氧化物，這就在鋼筋保護(hù)性氧化膜的陽極區(qū)域形成了小孔，使之具備了產(chǎn)生鋼筋銹蝕的主觀條件。

2.2.2 摻和氯鹽使混凝土的pH 值降低氯化鈣溶于水后離解為C a 2 + 、O H ˉ、H +、C l ˉ離子，C a ( O H )2 是中強(qiáng)堿，H C l是強(qiáng)酸，其結(jié)果是酸性增強(qiáng)，堿性減弱，混凝土的p H 值減小。氯化鈉溶于水后，離解為N a +、O H ˉ、H +、C l ˉ離子，其中N a O H是強(qiáng)堿，HCI 是強(qiáng)酸，混凝土的pH 值略有降低。

　　省水科所試驗(yàn)得到的Ca(OH)2 溶液pH 值與氯鹽摻量：p H 的減小與摻鹽量成正比，摻6％CaCl2， 混凝土的pH 值即可降低到12以下。

2.2.3 氯離子參加鋼筋銹蝕的陽極反應(yīng)在陽極，氯離子與帶正電荷的鐵離子發(fā)生離子反應(yīng)生成氯化鐵2C1 ˉ +Fe++=FeCI2在陰極同時(shí)發(fā)生了Ca+++2OH ˉ =Ca(OH)2此處的O H ˉ離子是由于自由氧吸收鋼筋在陽極區(qū)失去的電子被還原形成的。

　　如果在陰極有足夠數(shù)量的氧不斷地被還原，則陽極過程就不斷地持續(xù)下去，即發(fā)生鋼筋銹蝕，并將直至鋼筋全部銹蝕為止。反之，如果在陰極缺乏氧，則陰極反應(yīng)到限制，以至停止。所以鋼筋銹蝕的陰、陽極反應(yīng)是相互促進(jìn)又相互制約的。

2.2.4 加速碳化作用

　　長(zhǎng)期暴露在大氣中的混凝土結(jié)構(gòu)不可避免地受到大氣作用，特別是受到碳酸氣等有害氣體的作用，發(fā)生碳化C a （O H ）2+ C O 2= C a C O 3+ H 2 0使混凝土，尤其是表層混疑工層的p H降低，逐漸失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。

　　混凝土的碳化是由表面開始逐次向中心移動(dòng)，并沿著搗實(shí)不充分的穴洞、麻面、裂隙、缺陷等薄弱處進(jìn)行。所以存在混凝土中游離的CaCl2 和NaCl 結(jié)晶析出后，形成許多孔隙，使碳化加速，p H 降低。

2.2.5 混凝土孔隙水中氧的溶解度降低混凝土中的水分有兩種，一種是不可蒸發(fā)的水分，另一種是可蒸發(fā)的水分，當(dāng)飽水率（或蒸發(fā)水分的含量)小于100％時(shí)，孔隙中同時(shí)含有水分，水蒸汽和空氣。在可滲透的混凝土中，空氣向混凝土中滲入一定距離，與空氣接觸的孔隙水被氧所飽合，總的含氧量與孔隙水中所溶解的溶質(zhì)量有關(guān)。

3 混凝土中的鋼筋銹蝕與摻鹽量的關(guān)系

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土中的鋼筋銹蝕與通氧程度和摻鹽量關(guān)系最大，其中通氧程度又是其中的最關(guān)鍵因素，因?yàn)槁塞}的保銹作用只在氧氣比較充足的情況下，才能表現(xiàn)出來。當(dāng)氧氣不足時(shí)，鋼筋銹蝕量主要取決于氧的通入程度：絕氧時(shí)，不論摻鹽多少鋼筋都未銹蝕。

　　當(dāng)通氧容易時(shí)，隨著氯鹽摻量的增加，銹蝕量直線增長(zhǎng)，摻加5 ％的氯鹽，4 個(gè)月內(nèi)鋼筋銹蝕4g，摻和20％的氯鹽，銹蝕量增加至5 g ，占鋼筋重的5 . 1 % 。

　　當(dāng)通氧困難時(shí)，無論CaCl2,還是NaCl，鋼筋銹蝕量均與鹽量成拋物線關(guān)系，即摻鹽量對(duì)鋼筋銹蝕的影響有一個(gè)最大的極限值，摻鹽量超過最大極限值時(shí)，摻鹽量再增加，鋼筋銹蝕是反而減小。

　　明顯看出摻鹽量為2％～4％NaCl 和6％～8 ％NaCI，的鋼筋銹蝕量最大。如摻加1％NaCl，一年時(shí)間鋼筋銹蝕0.36g,摻鹽量增加到3 ％，鋼筋銹蝕量增至最大0.6g,摻鹽量繼續(xù)增加，鋼筋銹蝕量急劇減少，摻鹽量增加到20％，鋼筋銹蝕量減少到0.1g,僅為I％NaCl 的27% 和3％NaCI 的17％(見表1)。同時(shí)鋼筋銹蝕速度逐漸減慢，試驗(yàn)齡期一年以后，銹蝕速度更慢，直到四年齡期的三年時(shí)間內(nèi)，銹蝕量幾乎沒有增加。將通氧容易時(shí)與通氧困難時(shí)的試驗(yàn)進(jìn)行比較明顯看出，摻氯鹽數(shù)量相同時(shí)，通氧容易和通氧困難兩種不同條件下的鋼筋銹蝕量相差很大，且摻鹽量越高，相差越大，即通氧容易的鋼筋銹蝕量比通氧困難的銹蝕量高10～100 倍。

4 結(jié)語

　　破壞保護(hù)性氧化膜是鋼筋銹蝕的前提，氧氣和水分是鋼筋銹蝕缺一不可的必要條件。在通氧充分條件下，隨之氯摻量增加，鋼筋銹蝕急劇加重，充分表現(xiàn)出它的促銹作用。在通氧困難情況上，鋼筋銹蝕量與摻鹽量成拋物線關(guān)系。當(dāng)絕氧時(shí)，無論摻鹽多少，鋼筋均不銹蝕。

　　混凝土本身就是一種強(qiáng)有力的阻銹劑。在使用氯鹽防凍劑時(shí)，必須首先考慮利用混凝土自身已有的防護(hù)能力，設(shè)計(jì)足夠厚度和密實(shí)度的保護(hù)層，其次是充分利用水下、基礎(chǔ)混疑土通氧困難的客觀條件，對(duì)長(zhǎng)期處于水下，基礎(chǔ)中的大體積鋼筋混凝工結(jié)構(gòu)，較適合使用氯鹽的防凍劑。