城市钢筋混凝土结构腐蚀与防护的必要性探讨

李晓雪+刘丽芸

摘 要：钢筋混凝土结构在城市建设中使用广泛，腐蚀损坏是比较常见的严重破坏形式。文章分析了国内部分典型城市中的钢筋混凝土结构的腐蚀机理，对城市大气环境中的钢筋混凝土结构提出了建设性防护措施。

关键词：钢筋混凝土；腐蚀机理；腐蚀防护

中图分类号：TU375 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0180-02

1 概述

目前，钢筋混凝土结构仍是现代建筑中的主体结构之一，桥梁、楼房、道路、码头等建筑都离不开钢筋混凝土结构。但钢筋混凝土结构往往在使用较短时期后就开始出现裂缝、钢筋腐蚀等劣化现象，需要花费大量费用进行经常性维修维护。发达国家的腐蚀维护费用中，约50%是用来修复钢筋腐蚀造成的混凝土结构损坏[1]。因此如何对钢筋混凝土结构进行有效防护、提高其耐久性是国内外共同研究和关注的重大问题。

本文就国内部分典型城市的大气腐蚀环境和钢筋混凝土的腐蚀机理进行了分析，并对城市钢筋混凝土结构的保护措施进行了探讨。

2 城市大气腐蚀环境分析

国际标准化组织颁布的涂料与涂装技术指导性国际标准ISO12944-1～8：1998《色漆和清漆——保护漆体系对钢结构的防腐保护》中，将大气腐蚀环境大致分为乡村大气、城市大气、工业大气和海洋大气四种类型。腐蚀共分为5个级别，其中城市大气腐蚀环境为C3级，主要受工业气体污染，或有低盐分的海滨地区，腐蚀等级为中等。

2.1 居住城市

居住城市人口众多，腐蚀性气体来源主要是冬季供暖燃煤排放的气体及车辆排放的尾气，这些排气中含有大量的酸性气体，如CO2、NO2及SO2。以北京为例，根据北京市2004、2005年大气污染检测情况（图1）可以看出，北京市大气中主要腐蚀性气体，除CO2外，还含有大量NO2及SO2。NO2含量变化不明显而SO2在每年冬季时含量增多，主要是由于冬季供暖燃煤所致。

2.2 工业城市

工业城市的主要腐蚀性气体来源是冶金、化工、机动车排气等。以辽宁各市为例，辽宁省沈阳、鞍山、本溪等城市是典型的重工业城市，大气污染属于煤烟、汽车尾气和自然扬尘混合型污染，其中以煤烟型污染为主，大气中主要污染物为TSP和SO2，同时含有大量的NOX（图2）。除SO2、NOX、CO2酸性气体本身对混凝土的侵蚀外，大量悬浮颗粒吸附水分、腐蚀性气体附着在混凝土表面，加重了对混凝土的腐蚀。

图2 辽宁省中部5个城市2002年SO2的季节变化[3]

（1、2、3、4分别代表春夏秋冬，5 代表平均）

2.3 沿海城市

沿海城市混凝土结构主要受水分、Cl-与酸雨的三重侵害。以青岛市为例，青岛是典型的沿海城市，受海洋大气环境与内陆大气环境综合影响。由于沿海，空气湿润且含有大量的Cl-离子，另外由于城市内汽车保有量大，尾气排放量大，以及北方城市冬季供暖燃煤，都排放大量的酸性气体SO2与NOx。

另外，北方城市与南方城市的大气腐蚀环境也有区别。北方城市主要CO2、SO2与NOx含量高，而南方城市主要由于气候潮湿多雨，水分对混凝土的腐蚀更为严重。

3 城市大气环境钢筋混凝土腐蚀机理

钢筋混凝土结构由于常常处于室外环境中，容易受温度、天气及大气环境影响而腐蚀，严重的影响了混凝土结构的耐久性和安全性。城市大气环境中的钢筋混凝土结构主要腐蚀机理为中性化、冻害和氯离子侵害。

3.1 中性化[4]

由于混凝土是强碱性的，容易被空气中的酸性气体腐蚀。以北京市为例，由于人口、机动车辆、工厂较多，每天排放大量的CO2、SO2等酸性气体[5]。当大气中的CO2、SO2遇水后变成酸性液体，不断地渗透侵蚀混凝土，使其pH值逐渐降低，水泥水化产物发生分解，使其强度大大降低。中性化反应过程为：

CO2+H2O+Ca（OH）2→CaCO3+2H2O

3.2 冻害[6]

北方城市，冬季时天气寒冷，温度低，混凝土中本身含有的水分和降水侵入，当温度达到0℃以下时，混凝土中的水分就会结冰，这就使得混凝土表面和内部由于冰的体积增大而出现胀裂。当气温升高时冰融化，反复的冻融使混凝土浅表面产生裂纹而变得疏松，从而导致脱落。冻融不仅使混凝土本身遭到破坏，同时也使其中的钢筋失去保护层而加速腐蚀。

3.3 氯离子侵害

氯离子是一种渗透力极强的腐蚀介质，当它接触到钢筋表面时便会迅速破坏钢筋表面的钝化层，即便在强碱环境中依然会引起腐蚀。钢筋混凝土结构施工时，往往引入大量Cl-，例如使用海砂、施工用水中含Cl-、加入含Cl-的防冻剂等。另外，钢筋构件长期服役于含氯的环境中，例如城市立交桥冬季使用的“融雪剂”及沿海城市建筑等会长期受高氯环境的影响。氯离子透过混凝土覆盖层内的孔隙或裂缝，扩散到达钢筋表面，使钢筋去钝化，破坏了钝化膜，在水和氧的共同参与下形成腐蚀电池，钢筋便发生腐蚀。

4 城市大气环境钢筋混凝土的防护

城市大气环境中的钢筋混凝土结构，无论新建结构还是已建结构，均有必要进行防腐保护，可从提高混凝土自身抗腐蚀能力及增加抗腐蚀涂层等方面加以考虑。

4.1 提高钢筋混凝土自身抗腐蚀性能[7]

提高钢筋混凝土的密實性，提高钢筋混凝土的自身强度即提高自身对钢筋的保护能力是最重要、最根本的措施。可以通过掺入外加剂，包括粉煤灰、矿渣、海水耐蚀剂、减水剂等来提高混凝土的密实性；可以在混凝土中掺入一定数量纤维增强材料，形成一种均质的纤维增强水泥基复合材料，增强混凝土的韧性、抗冲击性和抗裂性，减缓混凝土裂纹的产生；在新建钢筋混凝土构件时，可以在钢筋表面加防护处理，例如表面涂刷防腐涂料及缓蚀剂等，对钢筋进行防腐预处理。endprint

4.2 钢筋混凝土阴极保护

阴极保护主要包括牺牲阳极保护及外加电流保护两种。牺牲阳极保护具有无需提供辅助电源，施工简便，不必经常维护管理的优点，由于阳极材料在实施阴极保护过程中可溶，金属可以被消耗，所以常用于受盐污染的混凝土结构。外加电流阴极保护是以直流电源的负极与被保护的钢筋相接，正极与溶性辅助阳极相接提供保护电流。电流通过连续的混凝土介质，到达混凝土表面使钢筋发生阴极极化而受到保护，优点是电源的电流可以调控，钢筋可以处于一定的电流之下。

4.3 外加涂层防护[8]

表面涂层技术是提高钢筋混凝土工程防腐蚀性能最简便、经济有效的方法。涂层技术不仅可以运用到新的混凝土建筑，还可以运用到在役混凝土建筑的修复中。使用防腐涂料对钢筋混凝土结构表面进行涂装，可以起到防腐蚀、防水、防潮及装饰作用。涂料可以在混凝土表面形成一层屏蔽阻隔层，阻止腐蚀介质侵入混凝土内部造成腐蚀，同时阻止水侵入混凝土内部，使混凝土构件一直处于干燥的环境中，有利于减缓钢筋混凝土锈蚀。

5 结束语

钢筋混凝土结构的腐蚀是无法彻底避免的，但可以通过各种措施进行保护，以提高其结构耐久性。城市中的工业建筑、民用建筑、道路、桥梁等混凝土结构，均有必要采取防腐措施进行保护。混凝土表面进行防腐涂层涂装保护是最经济有效的保护方法。

参考文献：

[1]胡士信，廖宇平，王冰怀.管道防腐层设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007：22.

[2]杨书申，邵龙义，杨园园.北京、上海两地2004和2005年大气污染特征对比分析[J].长江流域资源与环境，2008，17（2）：323-327.

[3]马雁军，刘宁微，王扬锋.辽宁中部城市群大气污染分布及典型重污染的成因[J].城市环境与城市生态，2006，19（6）：32-35.

[4]Hans Bohni. Corrosion in Reinforced Concrete Structures[M]. England： Woodhead Publishing Llimited， 2000：15-24.

[5]于淑秋，林學椿，徐祥德.北京市区大气污染的时空特征[J].应用气象学报，2002，13：92-99.

[6]张鹏，赵铁军，杨进波.冻融前后混凝土碳化性能试验研究[J].混凝土，2007，5（211）：6-10.

[7]贺全红.码头钢筋混凝土防腐蚀方法[J].浙江水利科技，2004（3）：69-71.

[8]侯保荣，等.海洋钢筋混凝土腐蚀与修复补强技术[M].科学出版社，2012：118-119.endprint