钢筋混凝土结构耐久性探究

刘杰

摘要：自从18世纪以来，钢筋混凝土结构一经应用就以其强度高、耐久性久迅速占领了建筑业主要结构类型的头把交易。经过2个世纪的飞速发展，已经在建筑、桥梁、电力、化工、海洋、港口等诸多行业得到了高度认可。目前，应用钢筋混凝土结构时设计者和工程师们往往更关注钢筋的腐蚀问题，因为钢铁材料在自然环境下更容易被腐蚀生锈而丧失其本身的性能。往往忽略了混凝土的防腐性能变化和强度衰减对于钢筋混凝土结构的影响性也至关重要，甚至加速了整个结构的老化速度，在建筑物的设计年限内就很快腐蚀失效，甚至造成巨大的人员死伤和财产损失。同时，海洋工程这些年也在国家走向深蓝的战略政策的影响下，得到了以往没有的发展和进步，海上石油平台、海上风电等建筑物及构筑物工程的建设规模和建设速度都是超乎想象的，但是对于海洋环境的超强腐蚀环境，特别是氯离子腐蚀问题还没有得到很好的解决，针对氯离子对于钢筋混凝土结构的深层次腐蚀机理的研究还不深入，缺少防止钢筋混凝土结构腐蚀失效的有效措施。本文的作者作为一名从事建筑行业钢筋混凝土结构的设计施工的老牌注册建筑工程师，现结合当自己二十多年的从业经历和经验教训，简要分析一下当前钢筋混凝土结构腐蚀机理及常见原因，重点关注氯离子对于钢筋混凝土的腐蚀基本原理，以及如何有效防止钢筋混凝土结构腐蚀失效提出在多个工程项目上的有效应用措施，旨在为后来的建筑行业从业者提供一定的参考和启迪。

关键词：建筑工程；钢筋混凝土；腐蚀机理；改进建议与措施

一、引言

2021年注定是中国经济乃至世界经济最不平凡的一年，也是影响世界经济格局新趋势走向的最重要的一年。这一年中国在习近平总书记为中心的党中央的坚强领导下，取得了14亿人口防控新冠肺炎疫情防控的最大胜利，不仅很好地控制住了疫情的蔓延，还成功研发出真正有效的灭活病毒疫苗。中国的经济也在这一年实现了强劲复苏，据不完全统计，2021年上半年的GDP增速已经超过了年初制定的3%目标，特别是中国建筑行业更是一马当先，继续高歌猛进，为整体经济的发展贡献了绝对力量。可以说，我们建筑行业已取得了突飞猛进的发展，世界其他国家已经只能望其项背，远远追赶。许多性能优越的建筑材料也在各个标志性建筑工程中获得应用，特别是钢筋混凝土结构作为建筑行业目前最为通用和最为基础的材料组合。我国建筑行业的设计者和施工人对如何能够提高钢筋混凝土结构性能的研究从未停止，但是对于如何避免和减缓结构腐蚀失效，提高钢筋混凝土结构的耐久性一直以来由于研究起步较晚，研究基础薄弱而未能取得明显的研究成果。目前这方面我国也是存在很多不足和差距的，特别是一些卡脖子的关键技术还没有掌握，必须从国外花费高价的代理费用购买和使用。因此，建筑业钢筋混凝土结构的耐久性研究还任重而道远，需要全体建筑人的不断努力才能迎头赶上。本文将详细论述当前钢筋混凝土结构腐蚀机理及常见原因，重点关注氯离子对于钢筋混凝土的腐蚀基本原理，以及如何有效防止钢筋混凝土结构腐蚀失效的有效应用措施。

二、钢筋混凝土结构的腐蚀机理

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两部分结构组成的。因此研究钢筋混凝土结构的腐蚀机理可以从钢筋的腐蚀机理和混凝土的腐蚀机理两个方面进行分析研究。钢筋的腐蚀往往受到自然环境的影响比较大。由于钢铁是由自然界能量稳定状态的铁矿石向能量不稳定的钢铁合金经过高温炼化而成。根据自然界的能量守恒原理，钢铁合金在自然腐蚀环境的影响下，会自发第再次生成能量稳定的金属氧化物。金属氧化物本身也具有一定的强度，但由于自然环境比较复杂多变，后续氧化物又受到一系列物理化学变化的影响，逐渐转化成更为不稳定的复杂化合物，这就是我们常说的铁锈。铁锈对钢筋的强度和耐久性有着致命性的影响，可以使钢铁材料快速丧失原有的高强度和韧性，在外界建筑物压力的作用下，逐渐失去原有的优异性能，造成钢筋的最终腐蚀失效。混凝土的腐蚀原理更加的复杂多变，目前世界上比较主流的原理就是混凝土的碳化失效原理。在混凝土构筑物的水化产物与结构性构建所处的环境中的二氧化碳能够在时间的作用下慢慢发生化合反应和分解反应，生成碳酸盐物质和其他对混凝土结构产生巨大影响的有害物质，这个过程被称为混凝土的碳化过程。碳化发生后，混凝土结构的内部组织和构成都会发生根本性变化，从而在积累到一定程度时引起结构物的强度性质及耐久性快速剧烈变化。

三、氯离子对于钢筋混凝土的影响分析

海洋环境中存在着大量的腐蚀性介质，其中腐蚀性较强的腐蚀性介质包括氯离子、氟离子、钠离子、钾离子和硫酸根离子等。其中氯离子由于其浓度高，腐蚀性强，对钢筋和混凝土的腐蚀性都很大等原因，是钢筋混凝土结构强度和耐久性面临的最为研究的影响因素之一。氯离子对于混凝土结构的破坏可以分为两种形式。第一种是混入方式，即混凝土本身的基本组成部分中就含有氯离子成分，主要来源于外加的氯离子添加剂和使用海砂。施工过程中使用了氯离子含量超标的水。第二种是渗入方式，由于混凝土的微观结构和宏观结构存在着裂纹等缺陷，氯离子的渗透性极强，可以快速突破混凝土表面，达到混凝土内部，从而对混凝土造成腐蚀破坏。

四、有效防止钢筋混凝土结构腐蚀失效的应用措施

（一）采用性能更为优越的耐腐蚀材料

目前，随着建筑行业材料的快速发展，先进的建筑材料不断涌现，现在已经出现了许多针对于钢筋和混凝土材料的耐腐蚀技术。例如，将钢筋表面进行化学或物理的表面处理，形成具有耐腐蚀性能的保护膜，可以大大减缓钢筋的腐蚀速度和程度，延长钢筋混凝土结构的耐久性，其经济成本对于建筑物全寿命周期的成本增加性价比是极高的。另外混凝土材料的研发也在不断进步，一些不含氯的混凝土添加剂已经被研发出来，特别是海洋工程中已开始采用石墨烯、氟碳等新型混凝土复合材料。

（二）保证钢筋混凝土最终的结构强度

这一点上主要从施工的角度对钢筋混凝土的结构强度质量提出要求。特别是针对于严寒、冷热交替、海洋环境等特殊工况下的混凝土结构施工更应加以注意。必要时候必须进行试验段施工或施工过程质量工艺评定确认工作，以确保钢筋混凝土结构的实际强度达到设计强度。

参考文献

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[2]钱澄浩，张静.电厂钢筋混凝土结构的耐久性研究[J].四川电力技术，2017，40（05）：87-90.

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