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【摘 要】 文章分析了桥梁混凝土的腐蚀机理，针对混凝土桥梁结构防腐技术措施进行了探讨。
【关键词】 混凝土桥梁结构 防腐技术 措施
Abstract ： The paper mainly discusses the antisepsis technology of the concrete bridge structure.
腐蚀会造成混凝土结构的强度降低，从而大大缩短桥梁的使用寿命。桥梁建成后，如未对混凝土表面进行防腐处理，在经过若干年后，混凝土表面可能因腐蚀出现裂纹、松动、凹陷、孔洞等现象，随使用时间而程度不同。在涂装时需采取防腐处理措施。
1.桥梁混凝土的腐蚀机理
混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3
＋H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。
1.1不同涂层对混凝土氯离子渗透性的影响 氯离子渗透性对于钢筋混凝土桥梁结构的耐久性是一个重要考察指标。氯离子即使在高碱度下，对破坏钢筋的钝化膜都有特殊的能力。钢筋的锈蚀最终会导致混凝土强度大大降低，这对于钢筋混凝土结构来说是一个潜在的巨大威胁。试验表明，基准混凝土通过的电量为1233C.而涂有各种涂层的混凝土的氯离子渗透性得到显著改善。
1.2不同涂层对混凝土气体渗透性的影响 与基准混凝土相比，纯丙乳液涂层可以使混凝土气体渗透系数降低1个数量级，叔碳酸盐涂层可以使渗透系数降低2个数量级以上，而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透气。有机硅对混凝土的气体渗透性影响很小。
1.3不同涂层对混凝土碳化深度的影响
混凝土碳化是指空气中的二氧化碳气体不断透过混凝土毛细孔扩散到混凝土内部，气相扩散到混凝土内部充水的毛细孔中与其中的孔隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应，生成碳酸盐或其他物质的现象。从总体上可以把混凝土碳化过程分成两个步骤：第一个步骤是二氧化碳气体扩散到混凝土孔隙中；第二个步骤是二氧化碳与混凝土中物质发生反应。很明显，前者是发生碳化腐蚀的前提条件。利用涂层包裹混凝土的表面，从而形成致密的保护层可以防止二氧化碳气体的扩散。除了有机硅涂层外，其他涂层对防止混凝土的碳化都有很好的效果，基准混凝土28d碳化深度为24.7mm，而涂有苯丙乳液的混凝土28d碳化深度最小仅为0.7mm，纯丙乳液次之为2.7mm，叔碳酸盐再次之为5.9mm.从碳化的发展速度来看，基准混凝土和涂有纯丙乳液、叔碳酸盐涂层的混凝土早期碳化发展较快，后期较慢。这是因为碳化产生了不溶于水的碳酸钙填充了混凝土的部分空隙，使得二氧化碳气体扩散变得更难，所以减缓了碳化速度。
1.4不同厚度的涂层对混凝土耐久性的影响 分别调整苯丙乳液涂层的厚度为0.7mm、1.0mm和1.3mm，进行混凝土氯离子渗透、气渗、碳化深度测试。由试验结果可以发现，混凝土28d的碳化深度随涂层厚度的增加而明显减小。其中1.0mm涂层的混凝土碳化深度为0.8mm，而0.7mm涂层的混凝土碳化深度增加到3.2mm.而涂层厚度对混凝土气渗和氯离子渗透几乎没有影响，综合考虑经济与效果两方面因素，建议选择涂层厚度为1.0mm.
2.防腐技术控制措施
2.1混凝土中Cl－总量限定值
Cl－的总量限定值应小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合为0.55kg/ｍ３，该值相当于美国（ACI）的限定值，比日本土木学会的规范值低8％，研究结果与美、日发达国家规范值基本上是一致的。此外Cl－的总量还直接影响着其在混凝土中的扩散速率，扩散过程可用下列方程描述：可利用正态分布求出。这样，利用扩散方程可以将Cl－扩散与使用年限建立起关系，进而据此进行混凝土耐久性设计或检验评估，同时也确定了扩散速率与Cl－浓度的关系。
2.2限定钢筋界面的电流密度和酸碱度
限定钢筋界面的电流密度是保证电位恒定的基本指标，即钢筋界面保护膜钝化状态向活化状态转化的临界值。该临界值不小于10A/cm２。而强碱性则是钢筋界面保护膜的最佳环境条件，酸碱度的最佳值不小于11.5。
2.3限定混凝土裂缝宽度和水胶比
混凝土裂缝使腐蚀介质通过混凝土保护层，进入到钢筋表面。必须对混凝土保护层裂缝的宽度加以限制，对高性能混凝土裂缝的限定值为0.2ｍｍ。对普通混凝土该值要适当减小。而对混凝土本身要减小Cl－的扩散速度，必须减小混凝土的渗透性，控制混凝土渗透性最有效的方法是控制其水胶比，一般限制在0.35～0.45。
2.4严把检测关、增厚保护层
建议质检部门把“新拌砂浆法”和“硬拌砂浆法”作为工程质检的必测过程。使原材料中所含氯盐总量控制在限定值之内。而仅仅靠自身带入的氯离子不足以造成钢筋的锈蚀。在此基础上适当提高保护层的厚度。大量工程实践和试验表明，处于氯盐环境中的混凝土表面12mm深度内的氯离子浓度远远高于25～50mm深度范围。因此在氯盐环境中的工程，混凝土保护层的厚度应不小于38mm，最好是不小于50ｍｍ，考虑到施工偏差，设计保护层厚度应选择65mm。 2.5优选原材料和阻锈剂
在选择水泥时尽量选择矿渣、火山灰、粉煤灰水泥。这些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能够预防氯盐对水泥石的溶解和溶出，并防止氯盐与水泥石发生碱集料反应，生成低强度、低胶结力的膨胀盐，以及由此产生的混凝土松散、露骨和脱落。粗骨料应尽量选择高碱性的碳酸岩碎石，它一方面能与水泥有高强度的胶结力，另一方面能形成高碱性的环境，使钢筋界面的钝化膜长期处于钝化态。细骨料要尽量采用河砂以防止海砂带入氯盐。在此基础上优选适合于工程特点的钢筋阻锈剂，建议使用NaNO2复合型阻锈剂，这种碱性阻锈剂在碱性环境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－离子对钢筋的腐蚀。
2.6采用三组分胶结材料及涂层
降低腐蚀介质在混凝土中的渗透性，是防止Cl－进入钢筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中掺加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨细矿渣。水泥、微硅粉、粉煤灰称为三组分胶结材料。三组分材料制成的混凝土，具有极低的渗透性并具有很高的抗Cl－渗透能力，同时具有低热、经济等优点。微硅粉可以提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及总碱量，从而避免碱集料反应发生。此外混凝土表面涂层是防止钢筋锈蚀的第一道防线。混凝土表面的涂层能在一定时期内有效防止腐蚀介质浸入，但因其使用寿命的限制，而不能广泛使用。目前与混凝土寿命匹配的水泥基聚合物涂层、砂浆层成为混凝土表面保护层的首选。
2.7禁止使用含氯盐的融雪、化冰剂
对于已成型的结构物而言最重要的是禁止在结构物表面直接接触氯盐。因此有必要建立一套关于融雪化冰剂的检测规程和技术标准，授权于相关质检部门对市场上的所有融雪剂进行强制性检查，合格者进入市场，Cl－超标者禁止进入市场。
结语
研究防腐技术的目的在于使结构物从投入使用，到内部的钢筋开始锈蚀的时间尽可能的接近设计寿命。要想完全避免Cl－的腐蚀，最理想的方法就是从根本上保证混凝土与氯盐环境隔绝，事实上这是不可能的。重要的是如何有效地控制氯盐的总量，使之限定在规定的范围之内，把预防钢筋锈蚀的具体措施落实到实处。
参考文献：
[1]洪乃丰.混凝土中钢筋腐蚀与阻锈剂[J]，《混凝土》2001.
（作者单位：哈尔滨市道路桥梁工程处）
【关键词】 混凝土桥梁结构 防腐技术 措施
Abstract ： The paper mainly discusses the antisepsis technology of the concrete bridge structure.
腐蚀会造成混凝土结构的强度降低，从而大大缩短桥梁的使用寿命。桥梁建成后，如未对混凝土表面进行防腐处理，在经过若干年后，混凝土表面可能因腐蚀出现裂纹、松动、凹陷、孔洞等现象，随使用时间而程度不同。在涂装时需采取防腐处理措施。
1.桥梁混凝土的腐蚀机理
混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3
＋H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。
1.1不同涂层对混凝土氯离子渗透性的影响 氯离子渗透性对于钢筋混凝土桥梁结构的耐久性是一个重要考察指标。氯离子即使在高碱度下，对破坏钢筋的钝化膜都有特殊的能力。钢筋的锈蚀最终会导致混凝土强度大大降低，这对于钢筋混凝土结构来说是一个潜在的巨大威胁。试验表明，基准混凝土通过的电量为1233C.而涂有各种涂层的混凝土的氯离子渗透性得到显著改善。
1.2不同涂层对混凝土气体渗透性的影响 与基准混凝土相比，纯丙乳液涂层可以使混凝土气体渗透系数降低1个数量级，叔碳酸盐涂层可以使渗透系数降低2个数量级以上，而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透气。有机硅对混凝土的气体渗透性影响很小。
1.3不同涂层对混凝土碳化深度的影响
混凝土碳化是指空气中的二氧化碳气体不断透过混凝土毛细孔扩散到混凝土内部，气相扩散到混凝土内部充水的毛细孔中与其中的孔隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应，生成碳酸盐或其他物质的现象。从总体上可以把混凝土碳化过程分成两个步骤：第一个步骤是二氧化碳气体扩散到混凝土孔隙中；第二个步骤是二氧化碳与混凝土中物质发生反应。很明显，前者是发生碳化腐蚀的前提条件。利用涂层包裹混凝土的表面，从而形成致密的保护层可以防止二氧化碳气体的扩散。除了有机硅涂层外，其他涂层对防止混凝土的碳化都有很好的效果，基准混凝土28d碳化深度为24.7mm，而涂有苯丙乳液的混凝土28d碳化深度最小仅为0.7mm，纯丙乳液次之为2.7mm，叔碳酸盐再次之为5.9mm.从碳化的发展速度来看，基准混凝土和涂有纯丙乳液、叔碳酸盐涂层的混凝土早期碳化发展较快，后期较慢。这是因为碳化产生了不溶于水的碳酸钙填充了混凝土的部分空隙，使得二氧化碳气体扩散变得更难，所以减缓了碳化速度。
1.4不同厚度的涂层对混凝土耐久性的影响 分别调整苯丙乳液涂层的厚度为0.7mm、1.0mm和1.3mm，进行混凝土氯离子渗透、气渗、碳化深度测试。由试验结果可以发现，混凝土28d的碳化深度随涂层厚度的增加而明显减小。其中1.0mm涂层的混凝土碳化深度为0.8mm，而0.7mm涂层的混凝土碳化深度增加到3.2mm.而涂层厚度对混凝土气渗和氯离子渗透几乎没有影响，综合考虑经济与效果两方面因素，建议选择涂层厚度为1.0mm.
2.防腐技术控制措施
2.1混凝土中Cl－总量限定值
Cl－的总量限定值应小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合为0.55kg/ｍ３，该值相当于美国（ACI）的限定值，比日本土木学会的规范值低8％，研究结果与美、日发达国家规范值基本上是一致的。此外Cl－的总量还直接影响着其在混凝土中的扩散速率，扩散过程可用下列方程描述：可利用正态分布求出。这样，利用扩散方程可以将Cl－扩散与使用年限建立起关系，进而据此进行混凝土耐久性设计或检验评估，同时也确定了扩散速率与Cl－浓度的关系。
2.2限定钢筋界面的电流密度和酸碱度
限定钢筋界面的电流密度是保证电位恒定的基本指标，即钢筋界面保护膜钝化状态向活化状态转化的临界值。该临界值不小于10A/cm２。而强碱性则是钢筋界面保护膜的最佳环境条件，酸碱度的最佳值不小于11.5。
2.3限定混凝土裂缝宽度和水胶比
混凝土裂缝使腐蚀介质通过混凝土保护层，进入到钢筋表面。必须对混凝土保护层裂缝的宽度加以限制，对高性能混凝土裂缝的限定值为0.2ｍｍ。对普通混凝土该值要适当减小。而对混凝土本身要减小Cl－的扩散速度，必须减小混凝土的渗透性，控制混凝土渗透性最有效的方法是控制其水胶比，一般限制在0.35～0.45。
2.4严把检测关、增厚保护层
建议质检部门把“新拌砂浆法”和“硬拌砂浆法”作为工程质检的必测过程。使原材料中所含氯盐总量控制在限定值之内。而仅仅靠自身带入的氯离子不足以造成钢筋的锈蚀。在此基础上适当提高保护层的厚度。大量工程实践和试验表明，处于氯盐环境中的混凝土表面12mm深度内的氯离子浓度远远高于25～50mm深度范围。因此在氯盐环境中的工程，混凝土保护层的厚度应不小于38mm，最好是不小于50ｍｍ，考虑到施工偏差，设计保护层厚度应选择65mm。 2.5优选原材料和阻锈剂
在选择水泥时尽量选择矿渣、火山灰、粉煤灰水泥。这些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能够预防氯盐对水泥石的溶解和溶出，并防止氯盐与水泥石发生碱集料反应，生成低强度、低胶结力的膨胀盐，以及由此产生的混凝土松散、露骨和脱落。粗骨料应尽量选择高碱性的碳酸岩碎石，它一方面能与水泥有高强度的胶结力，另一方面能形成高碱性的环境，使钢筋界面的钝化膜长期处于钝化态。细骨料要尽量采用河砂以防止海砂带入氯盐。在此基础上优选适合于工程特点的钢筋阻锈剂，建议使用NaNO2复合型阻锈剂，这种碱性阻锈剂在碱性环境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－离子对钢筋的腐蚀。
2.6采用三组分胶结材料及涂层
降低腐蚀介质在混凝土中的渗透性，是防止Cl－进入钢筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中掺加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨细矿渣。水泥、微硅粉、粉煤灰称为三组分胶结材料。三组分材料制成的混凝土，具有极低的渗透性并具有很高的抗Cl－渗透能力，同时具有低热、经济等优点。微硅粉可以提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及总碱量，从而避免碱集料反应发生。此外混凝土表面涂层是防止钢筋锈蚀的第一道防线。混凝土表面的涂层能在一定时期内有效防止腐蚀介质浸入，但因其使用寿命的限制，而不能广泛使用。目前与混凝土寿命匹配的水泥基聚合物涂层、砂浆层成为混凝土表面保护层的首选。
2.7禁止使用含氯盐的融雪、化冰剂
对于已成型的结构物而言最重要的是禁止在结构物表面直接接触氯盐。因此有必要建立一套关于融雪化冰剂的检测规程和技术标准，授权于相关质检部门对市场上的所有融雪剂进行强制性检查，合格者进入市场，Cl－超标者禁止进入市场。
结语
研究防腐技术的目的在于使结构物从投入使用，到内部的钢筋开始锈蚀的时间尽可能的接近设计寿命。要想完全避免Cl－的腐蚀，最理想的方法就是从根本上保证混凝土与氯盐环境隔绝，事实上这是不可能的。重要的是如何有效地控制氯盐的总量，使之限定在规定的范围之内，把预防钢筋锈蚀的具体措施落实到实处。
参考文献：
[1]洪乃丰.混凝土中钢筋腐蚀与阻锈剂[J]，《混凝土》2001.
（作者单位：哈尔滨市道路桥梁工程处）