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海工混凝土鋼筋腐蝕及防護(hù)措施綜述

文檔作者：徐國強(qiáng)１２于慶坤１楊小杰１劉曉偉１文檔來源：１．華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北２．河北省地震工程研究中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月14日
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了混凝土的抗凍性，凍融循環(huán)后摻氧化鎂的混凝土相對(duì)動(dòng)彈模明顯高
于未摻氧化鎂混凝土，質(zhì)量損失明顯小于未摻氧化鎂混凝土。且在外
摻量４％以內(nèi)隨氧化鎂摻量提高混凝土的抗凍性能逐漸提高。
（３）摻入４％氧化鎂后混凝土的磨損率減小了３３％，抗沖磨強(qiáng)度提
高了３０％。外摻氧化鎂能顯著提高混凝土的抗沖耐磨性能。
參考文獻(xiàn)
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利水電，２０１２，１０∶９８ －１０１ ．
作者簡(jiǎn)介：任金來（１９８９ 年１ 月２ 日生），男，漢族，主要從事水利
工程質(zhì)量檢測(cè)方面的工作。
海工混凝土鋼筋腐蝕及防護(hù)措施綜述
■徐國強(qiáng)１ ，２ ，于慶坤１ ，楊小杰１ ，劉曉偉１
■１ ．華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北　唐山?。埃叮常埃埃?；２．河北省地震工程研究中心，河北　唐山?。埃叮常埃埃?
摘　要：海洋環(huán)境下鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之一。綜述了海洋
環(huán)境下混凝土鋼筋腐蝕原因和機(jī)理的研究現(xiàn)狀。從鋼筋和混凝土兩個(gè)
方面入手，總結(jié)了目前關(guān)于提高海洋環(huán)境下混凝土中鋼筋的耐腐蝕性能
的措施和研究成果，為以后的相關(guān)研究和工程施工提供借鑒和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：海工混凝土　鋼筋腐蝕　腐蝕機(jī)理　防護(hù)措施
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｍａｒｉｎｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎ ｍａｒｉｎｅ ｅｎｖｉ
ｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｆｉｒｓｔ．Ｆｒｏｍ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｕｍｍａ
ｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｅ ａｎｔｒｉｕｓｔ ｔｅｎｄｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ
ｂａｒ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ．Ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｇｕｉｄａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅ
ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ?。螅簦澹澹?ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ?。悖铮颍颍铮螅椋铮?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ?。穑颍铮簦澹悖簦椋铮?
ｍｅａｓｕｒｅ
海洋是人類活動(dòng)的重要空間，特別是我國沿海地區(qū)地少人多，因此
海洋空間的利用是一個(gè)重要出路，海工建筑也因此而得到了突飛猛進(jìn)
的發(fā)展。一般說來，海水中約含有３５％的可溶性鹽類，這些鹽類都可
能給混凝土結(jié)構(gòu)造成腐蝕，其中主要是硫酸鹽和氯鹽。鑒于海工混凝
土特殊的工作環(huán)境條件，除其強(qiáng)度和拌合物的和易性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)、施工
要求外，尚應(yīng)具有所需的抗?jié)B性、抗凍性、抗蝕性等性能。特別是其中
鋼筋的銹蝕與防護(hù)尤為重要，世界各國每年因腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損
失約占其國民生產(chǎn)總值的２％ ～４％。因此，對(duì)海洋環(huán)境下鋼筋的防腐
蝕研究與設(shè)計(jì)顯得尤為重要。
１ 　海工混凝土鋼筋的破壞機(jī)理
研究海洋環(huán)境下混凝土中鋼筋的腐蝕問題，首先需要清楚其破壞
原因和機(jī)理，才能有針對(duì)性的對(duì)鋼筋耐腐蝕性能進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)研究，
找準(zhǔn)研究方向，得出有用的研究成果，對(duì)后續(xù)的試驗(yàn)研究提供理論依
據(jù)。
海水成分復(fù)雜，含有多種游離態(tài)的離子，雖然其含量不高，但混凝
土結(jié)構(gòu)長時(shí)間暴露在這種環(huán)境下，其影響不容忽視。其中最主要的破
壞離子就是 ＳＯ２４ －和 Ｃｌ －。首先對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，抗?jié)B性能遠(yuǎn)不及天然
石材，雖然宏觀上與天然石材區(qū)別不大，但在微觀上，混凝土表面有很
多的微觀孔隙［１ ］。因此，在海洋環(huán)境下，各種游離態(tài)的離子通過孔隙
滲透到混凝土內(nèi)部，與其中的Ｃａ２ －、Ａｌ３ ＋等成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使
其耐久性和耐腐蝕性降低，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。其次對(duì)于鋼筋的腐蝕
破壞，主要是氯離子引起的，其通過毛細(xì)管、擴(kuò)散、對(duì)流、滲透等方式侵
入混凝土結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散是最主要的侵入方式［２］。當(dāng)其濃度到達(dá)一定的臨
界值后，從而引起鋼筋的銹蝕。１
混凝土耐久性的研究是一個(gè)十分重要而又迫切需要解決的問題，
特別是位于沿海及近海地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，由于海洋環(huán)境對(duì)混凝土的
腐蝕，尤其是鋼筋的銹蝕造成的結(jié)構(gòu)早期損壞，已成為工程中的主要問
題［３］。目前，對(duì)于提高海洋環(huán)境下混凝土中鋼筋的耐腐蝕性能，防止
鋼筋腐蝕的技術(shù)措施有許多種，可歸納為兩大類。其一是提高混凝土
自身的防護(hù)能力，增加混凝土的抗腐蝕能力，如高密實(shí)、抗裂混凝土；其
二被稱作“附加措施”，主要包括：鋼筋阻銹劑、混凝土外涂層、特種鋼筋
（如環(huán)氧涂層鋼筋、不銹鋼筋等）、陰極保護(hù)等。
２　鋼筋防腐蝕措施研究
２．１ 　鋼筋阻銹劑
鋼筋阻銹劑是指一種加入到混凝土中或涂刷在其表面，能有效延
緩或阻止腐蝕發(fā)生的化學(xué)物質(zhì)。其主要是由酯胺混合液和醇胺混合物
等高分子的陽極型阻銹材料組成，作用機(jī)理是通過氯化鐵原子可以使
鋼筋表面形成致密的氧化鐵鈍化膜，或吸附在其表面形成阻礙層，阻止
陽極反應(yīng)的發(fā)生，使鋼筋長期處于鈍態(tài)，其保護(hù)層得到最大限度地提高
和保持，同時(shí)防止氯鹽、鎂鹽的侵蝕，使腐蝕速度大幅度降低［４］。
鋼筋阻銹劑主要優(yōu)點(diǎn)如下：使用壽命長，能滿足５０ 年以上混凝土
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命要求；與涂層鋼筋、特種鋼筋、陰極保護(hù)等措施相比，花費(fèi)
最少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，且施工簡(jiǎn)單，方便，節(jié)省勞動(dòng)力，壽命期內(nèi)不需維護(hù)，經(jīng)
濟(jì)效果最優(yōu)；適用范圍廣［５］。
２．２　特種鋼筋
阻止氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕的有效措施之一，就是在鋼筋表面進(jìn)行
涂層處理。目前環(huán)氧樹脂涂層鋼筋在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛。環(huán)氧樹脂涂層
鋼筋有很好的耐蝕性，但與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度明顯降低，適用于處在潮
濕環(huán)境或侵蝕性介質(zhì)中的工業(yè)與民用房屋、一般構(gòu)筑物及道路、橋梁、
港口，碼頭等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中。經(jīng)國內(nèi)外的大量研究和多年的工程
應(yīng)用表明，采用這種鋼筋能有效地防止處于惡劣環(huán)境下的鋼筋腐蝕，從
而大大提高工程結(jié)構(gòu)的耐久性。環(huán)氧樹脂涂層被譽(yù)為鋼筋防腐衛(wèi)士，
其具有化學(xué)穩(wěn)定性高，不與酸、堿等反應(yīng)，延性大、干縮小等特點(diǎn)，與金
屬表面的粘著性好，在鋼筋表面起到了阻隔鋼筋與外界電流接觸的功
能［６］。
試驗(yàn)表明，另一種有效方法是提高鋼筋自身耐腐蝕性能。耐腐蝕
鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的使用還是一個(gè)相對(duì)較新的課題，目前主要有不
銹鋼筋和纖維塑料筋兩種。各種鋼筋中，不銹鋼筋的耐腐蝕性能最好
的，還具有強(qiáng)度高、耐久性好、使用方便，施工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，大大延長了
結(jié)構(gòu)的使用壽命，但是價(jià)格昂貴，成本略有增加。目前奧氏體不銹鋼和
鐵素體不銹鋼因其高強(qiáng)度被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中，當(dāng)作為預(yù)應(yīng)力
筋使用時(shí)，其強(qiáng)度可達(dá)８３５ＭＰａ，作為普通鋼筋使用時(shí)，其強(qiáng)度亦可達(dá)
７００ＭＰａ［７］。
纖維塑料筋是指由玻璃纖維、碳纖維及阿拉米德纖維等多股連續(xù)
纖維，采用聚酰胺樹脂、聚乙烯樹脂、環(huán)氧樹脂等基底材料，通過膠合，
后經(jīng)過擠壓、拉拔成型的特殊材料［８］。纖維塑料筋的主要優(yōu)點(diǎn)有：抗
拉強(qiáng)度高、抗腐蝕性能良好、密度小。但其也存在彈性模量小、脆性大、
抗剪強(qiáng)度低和與混凝土之間粘結(jié)力小等缺點(diǎn)。
２．３　陰極保護(hù)
電化學(xué)保護(hù)是使金屬極化至腐蝕免疫區(qū)或鈍化區(qū)而得到保護(hù)［９］。
鋼筋腐蝕時(shí)將會(huì)同時(shí)發(fā)生失電子的陽極反應(yīng)和得電子的陰極反應(yīng)。發(fā)
·７·
２０１５ 年第１３ 期（總第１６６ 期）　　　　　　　　　　　　　　江西建材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　應(yīng)用研究
生反應(yīng)時(shí)，陽極鐵失去兩個(gè)電子成為鐵離子（Ｆｅ２ ＋），鐵離子進(jìn)入溶液，
進(jìn)一步反應(yīng)生成腐蝕產(chǎn)物。陰極得到陽極鐵失去的電子，并與水中的
氧氣發(fā)生陰極反應(yīng)生成的ＯＨ －，之后與溶液中的鐵離子反應(yīng)生成鐵
銹［６］。
犧牲陽極和外加電流是陰極保護(hù)的兩種方式。犧牲陽極的原理是
兩種金屬的腐蝕電位不同，常用的犧牲陽極金屬是鋅或鋁塊，以及熱噴
鋅或鋅鋁銦合金。外加電流法則是連接被保護(hù)金屬與外加直流電源的
負(fù)極，使金屬電位負(fù)移，自腐蝕電流下降，從而使金屬得到保護(hù)［９］。
３　混凝土抗腐蝕措施研究
防止鋼筋腐蝕的有效措施是保證混凝土的良好質(zhì)量。在滿足其強(qiáng)
度要求的前提下把耐久性放在首位，采用海工高性能混凝土，提高結(jié)構(gòu)
的密實(shí)度，從而提高其抗?jié)B、抗凍性能，具有良好的膠凝孔結(jié)構(gòu)，減緩腐
蝕速度，根本上提高混凝土本身護(hù)筋性能［１０］。
３．１ 　混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)
馬志鳴等［１１ ］做了七組不同配合比的混凝土試件，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)
２８ 天后，取兩個(gè)相對(duì)側(cè)面為試驗(yàn)用面，其余四面用環(huán)氧樹脂密封，保證
硫酸鹽侵蝕為一維擴(kuò)散。將試件置于海洋暴露試驗(yàn)區(qū)規(guī)定區(qū)域，用分
光光度計(jì)法測(cè)量不同深度硫酸根離子含量。研究表明，混凝土結(jié)構(gòu)在
海洋環(huán)境干濕循環(huán)作用下，離子侵入速率加快，硫酸根離子的侵蝕程度
隨暴露齡期的增加而增加，隨水膠比的增加而減少，當(dāng)水膠比相同時(shí)，
以一定量的礦物摻合料代替水泥，可以有效提高混凝土試件的抗硫酸
鹽侵蝕性能。
宋立元等［１２］對(duì)不同水膠比及摻加粉煤灰、硅灰的高性能混凝土的
氯離子擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，設(shè)置了５ 組混凝土試件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
研究表明，適當(dāng)?shù)乃z比及摻加一定量粉煤灰和硅灰等活性集料能明
顯提高海洋混凝土結(jié)構(gòu)抵抗氯離子侵蝕的能力，為混凝土海洋平臺(tái)結(jié)
構(gòu)耐久性評(píng)估與設(shè)計(jì)提供了重要的參考價(jià)值。
馬保國等［１３］研究了在混凝土結(jié)構(gòu)中添加不同礦物摻合料對(duì)氯離
子滲透能力的抵抗作用，研究表明，在一定范圍內(nèi)，摻加粉煤灰和硅灰
均能提高混凝土的抗氯離子滲透能力，通過壽命預(yù)測(cè)，抗氯離子滲透能
力依次為１０％ＳＦ ＞６０％ＳＧ ＞３０％ＦＡ ＞純硅酸鹽水泥。
元成方等［１４］研究了海洋大氣環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)在鹽霧腐蝕及
碳化雙重作用下氯離子侵蝕試驗(yàn)研究，得出了當(dāng)粉煤灰摻量適中時(shí)，其
填充效應(yīng)改善了混凝土結(jié)構(gòu)的孔結(jié)構(gòu)，提高了其密實(shí)性，從而抑制了氯
離子的擴(kuò)散；而碳化反應(yīng)則粗化了混凝土的孔隙，破壞了原有的過濾機(jī)
制，使得環(huán)境中的氯離子更容易滲入，因此，在對(duì)海洋大氣環(huán)境下的混
凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)時(shí)，需要考慮碳化反應(yīng)對(duì)氯離子侵蝕的影響。
３．２　提高保護(hù)層厚度
海洋對(duì)混凝土的各種破壞腐蝕都直接或間接作用于混凝土保護(hù)
層。保護(hù)層是防止鋼筋銹蝕的第一道屏障，必須保證其有足夠的厚
度［１０］?！逗８酃こ袒炷两Y(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》規(guī)定海水環(huán)境鋼筋最
小保護(hù)層厚度５０ｍｍ，預(yù)應(yīng)力鋼筋最小保護(hù)層厚度７５ｍｍ，其中浪濺區(qū)最
小保護(hù)層厚度９０ｍｍ。加大保護(hù)層厚度對(duì)提高構(gòu)筑物耐久性具有顯著
效果。試驗(yàn)表明：結(jié)構(gòu)的耐久壽命與保護(hù)層厚度的平方成正比。當(dāng)保
護(hù)層厚度增加到一定程度之后，隨著厚度的增加，耐久壽命將會(huì)大幅度
提高，但其增加幅度是有一定限度的。當(dāng)保護(hù)層過厚時(shí)，將減小截面受
壓區(qū)高度，降低結(jié)構(gòu)的承載能力；保護(hù)層處混凝土受內(nèi)部鋼筋約束減
小，在受力或凍融時(shí)裂縫更易開展，有害離子、氣體易侵入，因而達(dá)不到
增厚保護(hù)層的預(yù)期作用［１１ ］。
３．３　混凝土表面涂層保護(hù)
表面涂層是指為了減少或阻斷海洋腐蝕離子向混凝土的滲透擴(kuò)
散，提高構(gòu)筑物的使用壽命，在混凝土表面涂上防腐涂料［１５］。世界各
國的防腐蝕實(shí)踐證明：表面涂層防腐蝕是最有效、最經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用最普遍
的方法［１６］。混凝土防腐涂料種類繁多，廣泛應(yīng)用的主要有聚氨酯、環(huán)
氧樹脂、氯化橡膠和丙烯酸樹脂等，它們都有優(yōu)良的防腐性能。但其缺
點(diǎn)是適應(yīng)性不強(qiáng)，沒有滿足高性能要求，且揮發(fā)性有機(jī)物較多，對(duì)生態(tài)
環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅，今后環(huán)保，高性能，功能化是混凝土防腐涂層發(fā)展
的重點(diǎn)方向。
４　結(jié)語
海洋大氣環(huán)境中，空氣中相對(duì)濕度較大，且海水、鹽霧對(duì)鋼鐵具有
很強(qiáng)的腐蝕性，因此如何減輕腐蝕的影響和減低維護(hù)費(fèi)用，成為設(shè)計(jì)和
施工中必須考慮的重要問題。且隨著陸地資源的日漸枯竭，開發(fā)海洋
資源引起世界各國的普遍重視。因此對(duì)其相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究刻不容
緩，尤其是海洋混凝土耐久性、耐腐蝕性、防腐的防治與控制，都是亟需
解決的問題。大量試驗(yàn)研究表明，改變水膠比，摻加礦物摻合料等措施
對(duì)提高海洋混凝土護(hù)筋性能效果顯著；對(duì)于鋼筋防腐蝕，采用防腐涂
層，耐腐蝕鋼筋，電化學(xué)保護(hù)等措施效果顯著。
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Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２００３（２５）：４７３ －４８１ ．
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（６３）：７８ －８１ ．
作者簡(jiǎn)介：徐國強(qiáng)，男，華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，工學(xué)博士，副
教授。
于慶坤，男，華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，建筑與土木工程專業(yè)，在
讀碩士。
楊小杰，女，華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，土木工程專業(yè)，在讀碩
士。
劉曉偉，男，華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，土木工程專業(yè)，在讀本
科。
基金項(xiàng)目：河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（１３２７３８０９）；河北省高等學(xué)校
科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（ＺＤ２０１４０２１ ）；唐山市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)
目（１４１３０２２９Ｂ ）；國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目
（２０１４１００８１００８）。
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