钢筋混凝土结构抗盐碱腐蚀方法

田思琦 战美秋 吴立志 孙 辉 张 伟 毕 钰

1吉林建筑大学（130118）2中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司（510663）

0 引言

全球盐渍化土地面积约120亿亩，盐碱及滨海的钢筋混凝土结构极易发生盐碱腐蚀性破坏，造成基础设施建筑结构耐久性降低、可靠度下降，对人们的生命及财产安全构成严重威胁。适宜、可靠的抗腐蚀技术及措施方法是解决问题的关键。文章对钢筋混凝土的盐碱腐蚀原因及防腐蚀设计等进行分析，旨在为耐盐碱腐蚀混凝土技术的研发与创新提出指引。

1 耐盐碱腐蚀混凝土技术的发展必要性

钢筋混凝土结构是建设量最大、最广泛、最基础的材料，钢筋混凝土结构基础设施涵盖了道路、桥梁、铁路、管线、海港、机场、水厂房屋等。随着我国国民经济的发展，国家对基础设施建设的投入加快，大量的基础设施工程将投入建设。盐碱地中含有大量的硫酸盐、氯盐和镁盐等介质，易与混凝土结构材料发生结晶膨胀反应，尤其在海水、盐湖、盐碱地富水地区，毛细作用水分被向上吸附并蒸发，留下中盐类并浓缩，如此不断进行，化学膨胀腐蚀扩展迅速。混凝土材料盐碱膨胀腐蚀致使混凝土强度降低，并使结构内部钢筋因失去防护而锈蚀，最终导致钢筋混凝土结构的可靠度降低，甚至丧失。我国每年用于盐碱腐蚀修复与防护的费用巨大。如图1、图2所示。

图1 混凝土受盐碱腐蚀

图2 发生锈蚀的钢筋

基础设施工程建设的耐久性目标是“百年大计”，混凝土防腐蚀技术开发应用是盐碱地区与空间实现基础设施耐久性目标的关键。依据行业规范，当土体中易溶性盐含量大于等于0.5%时判别为盐渍化土地，应按照行业规范标准来设计、勘察和施工，并采取适宜的混凝土防腐技术与措施来保证基础设施建筑的耐久性、安全性。根据混凝土材料腐蚀破坏的原因，目前行业内分析总结出多种防止混凝土锈蚀的方法[1]。

2 混凝土抗盐碱腐蚀方法

2.1 提高混凝土自身密实性，加厚钢筋保护层

混凝土材料的强度等级越高，其密实性越好，能够很大程度上降低水渗透系数。提高混凝土的强度等级并增加混凝土的保护层厚度，可降低腐蚀介质的分散速度和渗透性，有效增强钢筋防护效果。例如在基础设施建筑处于地下基础的部位，混凝土钢筋保护层的厚度可比正常部位增加5～15mm。

2.2 选用适宜的水泥品种

1）宜优先选用矾土水泥、抗硫酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，并提高结构设计强度等级。值得注意的是，抗硫酸盐水泥价格偏高，同时其在氯离子和硫酸根离子混合溶液的环境中的使用效果不理想。

2）聚合物水泥混凝土具有有机高分子聚合物长分子链的空间结构特点，其大分子中链节可形成一定的旋转运动,其被引入混凝土后,水泥石内部及水泥石与骨料之间的空间黏结结构发生改变，当内部结构的微观裂缝、孔隙或表面等处聚集了有机聚合物相后,无机物之间的连接被加强，无机物的刚性之间以点、网或膜连接，形成了具有弹性和黏附性的有机聚合物质，使得混凝土的密实度与致密性大幅度增强，自身弹塑性大大增加，在腐蚀环境中的抗腐蚀能力显著增加[2]。

2.3 涂层或包裹防腐

2.3.1 涂层防腐蚀

在混凝土表面涂刷耐腐蚀物质，以隔离、阻止氯离子、二氧化碳气体等腐蚀性物质接触混凝土材料构件。沥青漆、环氧封闭底漆、丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳漆、脂肪族聚氨酯等材料是常用的耐腐蚀物质。此方法更适用于地上基础设施建筑，尤其是在外界环境相对干燥、温差小、荷载强度及变形小的情况下。在紫外线照射强度大的地区，涂层易出现老化、脱落和开裂等现象，易导致隔离物质失效，可采取适当的防护措施。涂层防腐蚀在实际施工操作过程中有一定的适用局限性，如灌注桩等构筑物施工很难利用混凝土涂层防腐技术。如图3所示。

图3 地下室顶板涂膜防腐蚀

2.3.2 用卷材、板、块材防腐

1）卷材贴面防腐。采用粘贴二毡三油、玻璃钢等，使混凝土结构表面与腐蚀诱因隔离。玻璃钢(GFRP)，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体复合而成的增强材料，具有质轻、性能稳定、强度高、耐腐蚀等优势。如图4所示。

图4 环氧玻璃钢卷材粘贴防腐蚀

2）抹面防腐。在基础设施结构的表层涂刷耐腐蚀的胶泥或砂浆，如环氧煤焦油、树脂胶泥等，使混凝土材料结构包裹在其内部，可有效隔离环境中的水、氧、氯离子等，阻隔或减缓腐蚀发生及腐蚀速度，此种方法的防腐蚀效果受环境湿度、温度影响较大。

3）粘贴块材防腐。采用耐腐蚀胶泥、砂浆等粘贴耐腐板（块）材，常用板(块)材有铸石板、钛合金板等。氧化钙（镁）含量高的块材耐碱性能好,如白云石、石灰石和大理石等。如图5所示。此种方法受环境温湿度变化影响较大。

图5 白云石块材粘贴防腐蚀

2.4 优化混凝土材料配比

2.4.1 掺和混合材料

矿物掺合料通常为粉煤灰、硅灰、矿渣、火山灰等，可降低混凝土中的Ca(OH)2含量，从材料构成角度减少膨胀腐蚀成因，并提高混凝土的抗渗性,进而增强混凝土的抗腐蚀性。炉矿渣的掺量达到65%～70%时，水泥的耐盐碱腐蚀性最好。在水泥中掺入粉煤灰、硅灰等高活性细填料,能有效地改善水泥石内部结构,提高混凝土的密实度与强度,显著提高其耐腐蚀能力，二氧化硅含量越高，其耐酸性能越好。但是，掺和混合材料防腐蚀方法的效果受环境因素影响较大，不能杜绝腐蚀发生。

2.4.2 硫磺、硅烷等浸渍水泥砂浆

硅烷是非常好的混凝土材料表面密封剂，抗防腐性好，有优异的防水性能。硅烷浸渍混凝土技术能大幅度缓解混凝土的盐冻腐蚀问题，并能提高混凝土材料的抗氯离子渗透能力，可以有效减缓腐蚀进程[3]。

3 全寿命周期的自修复混凝土技术

目前采用的耐盐碱防腐蚀技术普遍存在防腐寿命短、后期修复困难等问题。随着微生物诱导产生碳酸钙沉淀（MICP）技术的研究和探索，混凝土裂缝自修复理念初步产生。微生物诱导碳酸钙沉淀技术是利用微生物自身的新陈代谢生成碳酸根离子和碳酸氢根离子，其与土壤中的钙或添加剂钙质相结合，可以矿化沉淀出碳酸钙。其中微生物芽孢杆菌是高产脲酶的菌种，在高盐碱恶劣环境中可存活100年以上，可自发调节反应，反应过程是自然界普遍存在的尿素水解过程。矿化沉淀出的碳酸钙与水泥基相容性好、盐碱惰性强，可阻隔离子渗透，其化学惰性能将混凝土材料与盐碱腐蚀性土壤有效“隔离”，微生物矿化沉淀（MICP）活性还可“修复”受损混凝土裂缝。“隔离”与“修复”可形成主动防腐蚀机制，可预期实现全寿命周期的混凝土基础设施抗盐碱腐蚀。以微生物矿化理论为核心设计的全寿命周期混凝土防腐蚀技术，预期可应用在桥梁、隧道和道路、房屋地基与基础等建设中。

目前，微生物诱导产生碳酸钙沉淀（MICP）技术在我国耐盐碱腐蚀方面的应用处于初步探索阶段，系统研究还处于空白状态。目前的研究或应用主要在两个方面:①利用微生物矿化沉淀技术对盐碱土壤地基进行改性处理；②利用微生物作为“修复因子”将矿化沉淀出的碳酸钙作为修复介质。

4 结语

1）耐盐碱防腐蚀是一项长期任务，要结合工程实际情况选择防腐蚀方法，更应该从环境情况、经济优势等方面去分析解决问题。从研制、生产、使用、维修到再制造阶段，制定符合工程特点的防腐蚀战略是未来人们亟需努力的方向。

2）目前常用的防腐蚀技术离不开有机化学材料的应用，使用过程中不可避免地存在环境污染隐患，更多地研发满足工程需求，绿色环保、安全，符合可持续发展理念的防腐蚀技术是发展关键。