氯盐对钢筋混凝土侵蚀机理研究进展

李航+田如镇

【摘 要】随着钢筋混凝土结构在我国基础设施建设中的广泛应用，钢筋混凝土结构的侵蚀破坏也日益得到国内外广泛重视。每年钢筋混凝土结构因为化学腐蚀造成使用寿命缩短的情况十分普遍，而氯盐侵蚀是其中较为主要的原因。在海洋或盐渍土地区等氯离子质量分数较高的服役环境中，钢筋混凝土构件可能在氯离子的侵蚀作用下发生严重破坏。本综述结合当前国内外研究成果，总结氯离子侵入钢筋混凝土结构的途径，阐述氯盐的破坏机理，为今后工程实践提供必要的依据。

【关键词】钢筋混凝土；氯离子；侵入途径；侵蚀机理

前言

一般来说，钢筋外层包裹着混凝土，相当于拥有一层保护结构，使钢筋处在强碱性环境中。而此环境中的钢筋表面形成一层致密的氧化物薄膜，对钢筋起着保护作用。氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是破坏钢筋混凝土结构的一个主要原因[1]。经研究表明，钢筋锈蚀的可能性和危害程度会随着混凝土中氯离子含量的增加而增加，当氯离子的浓度超过临界浓度时，只要形成腐蚀电池的其他条件具备，即有水和氧气的存在，就可以发生严重的钢筋锈蚀[2]。在含氯盐量较高的环境中，由于混凝土并非十分密实，而是多孔的结构，腐蚀性氯盐离子很容易通过孔结构进入混凝土内部，使得混凝土中的钢筋遭到破坏，进而造成混凝土结构自内而外的破坏。

一、氯离子的侵入途径

外界环境中的氯离子侵入混凝土内部，有多种途径，其中主要分为毛细吸入、渗入、扩散以及电化学迁移四种[3]。而氯离子也随着周围环境的改变，变化着侵入的主要途径。

（一）毛细吸入

当混凝土孔隙饱和度低时，氯离子以毛细吸入为主，侵入混凝土内部。

在混凝土的制备过程中，使用的水泥、细骨料、孰料、拌和用水以及外加剂中不可避免有氯离子存在；在混凝土浇筑过程中，外界环境中也难免会有氯离子进入混凝土内部[4]。当然，这部分氯离子有其含量标准（<水泥质量的1%）控制，施工过程中应严格按照相关操作规程和标准进行生产活动。而在海洋或者盐渍土地区，氯盐含量高，毛细吸入不可避免，钢筋混凝土的破坏进程加速，侵蚀破坏十分明显，构件寿命显著降低，因此必须采取有效措施减缓氯离子的侵入。

（二）渗透作用

在高压环境下，氯离子以渗透作用为主。

混凝土在外部环境中的氯离子，在外界压力的作用下，随水一起通过渗透作用和毛细管作用逐渐侵入到混凝土内部。在混凝土内部水压力的影响下，氯离子进一步向混凝土内部迁移。这种侵入自外向内进行，从混凝土表面侵入其内部，一直到达钢筋表面。

（三）扩散作用

混凝土孔隙饱和时，氯离子以常温扩散作用为主，侵入混凝土内部。

由于混凝土内外氯离子浓度、混凝土内部不同位置氯离子浓度都有所不同，形成了浓度差，也就是所谓的浓度梯度。使得氯离子在混凝土外部向其内部发生移动，在混凝土内部也由高浓度向低浓度移动，总体上促进了氯离子对混凝土的侵蚀作用进行。

（四）电化学迁移

由于氯离子间存在电位差，使得氯离子由低电位的方向，向高電位的方向发生迁移。在钢筋钝化膜发生破坏后，形成腐蚀性的电池，使钢筋表面存在电势差，使得氯离子向铁基质方向移动，加剧了侵蚀进程。

二、氯盐对钢筋混凝土侵蚀机理

氯盐侵蚀是钢筋混凝土结构寿命减小的原因之一。而氯盐对钢筋混凝土的侵蚀机理，也可以从几个方面出发考虑。

（一）破坏钝化膜开始侵蚀

氯离子对钝化膜的破坏，首先体现在对其周围环境的pH值的显著影响上。

一般情况下，在未碳化的混凝土中，其孔隙液的pH值可以达到13左右，形成强碱性环境，而在此环境中会生成一层厚度约5nm的氧化铁致密钝化膜，对钢筋起到很好的保护作用[3]。但是，这种钝化膜是不稳定的，它依赖于强碱性环境来维持稳定。一旦强碱性环境发生改变，钝化膜就会发生破坏。

当钢筋钝化膜周围环境pH值降低，并低于9.9时，钝化膜逐渐开始遭到破坏。所以，当氯离子接近钝化膜表面时，使钢筋表面pH值迅速下降，随着空气和水分的侵入，钝化膜逐渐破坏，并失去保护作用，钢筋便开始发生锈蚀。

（二）形成电势差加快侵蚀

随着氯离子的侵入，其对钢筋表面钝化膜的破坏是从局部的点开始，使这些局部破坏点处的铁基体开始与氯离子发生接触，这些铁基体会与没有发生侵蚀的钝化膜之间形成电势差。电势差也就导致腐蚀性电池的形成。电池的阳极是暴露的铁基质，阴极是钝化膜未被破坏部分。由于存在电势差，在电场的作用下，带负电的氯离子开始向铁基质方向移动，导致其被侵蚀加剧。

由于腐蚀性电池的作用，使得钢筋表面形成点蚀或者坑蚀，由于小阳极和大阴极相对应，使得坑蚀的发展速度更快，这是钢筋表面坑蚀形成的主要原因。

（三）去极化作用促进侵蚀

由于电势差移动到阳极的氯离子，在阳极与铁基质发生反应，因去极化作用生成氯化亚铁。易溶于水的氯化亚铁在由钢筋表面向混凝土内扩散的过程中，氯化亚铁遇到OH—时，就会发生反应，生成氢氧化亚铁沉淀。而氢氧化铁是不稳定的，容易被空气中的氧气氧化，形成铁的氧化物。

经过此一系列的反应过程，氯离子并没有损失，只是起到了搬运的作用。也就是说，进入混凝土中的氯离子，会循环性地起到破坏作用，这也是氯离子侵蚀的特征之一。而铁基质却进一步被氧化，形成铁的氧化物，锈蚀面积进一步扩大。

（四）电阻减小加剧侵蚀

腐蚀电池形成的主要条件是要有离子通路的存在[6]。由于混凝土中氯离子的存在，导致离子通路增加，电池的阴极和阳极之间的电阻会减小，使得腐蚀性的离子在混凝土中流动速度增快，进而导致电池的腐蚀效率增强，加速了混凝土中电化学腐蚀过程的发生；同时由于氯盐中的阳离子存在，使得阴阳两极的电阻进一步减小。

三、结束语

氯离子从外界侵入混凝土内部，通过毛细孔吸入、渗入、扩散作用和电化学转移逐渐侵入钢筋表面，并通过相关反应，由内而外造成钢筋混凝土结构的破坏。所以，要保证钢筋混凝土结构的使用寿命，就必须从相关机理出发采取措施。钢筋可采用镀锌钢劲或表面涂抹防锈涂层、混凝土材料应严格控制，提高自身密实度和耐久性、混凝土外部可包裹不透水层以防止氯离子的侵入。针对氯离子的侵蚀机理，采取相应 的防治措施，可以非常可观地延长钢筋混凝土结构的使用寿命，保证我国基础设施建设的稳步进行。

参考文献：

[1]张士萍，刘加平，等.裂缝对混凝土中介质传输的影响[J].混凝土，2009，（12）；1-4.

[2] 施可夫.氯离子侵蚀对钢筋混凝土的影响及预防措施[J].福建建材.2012（6）；10-12.

[3] 江锦棕.氯离子对混凝土侵蚀机理及抗氯离子渗透检测方法探讨[J].江西建材.2016（13）；271-272.

[4] 蒋林华.混凝土抗氯离子渗透扩散性研究[J].中国腐蚀与防护学报.2002，22（6）；343-348.

[5] Angst U，Elsener B，Larsen C K，et al. Critical chloride contentin reinforced concrete-A review[J]. Cement and Concrete Re-search，2009，39（ 12） ： 1122-1138.

[6] 李 帅，吕振经，等.氯离子对混凝土的侵蚀及混凝土渗透性试验方法[A].中国新技术新产品，2011（4）；6-7.endprint