某些卤离子(如Cl-、I-、Br-)对钝化膜有特殊的破坏作用。它们在钢筋保护层不被碳化或中性化的情况下也可以破坏钢筋钝化膜,使腐蚀过程得以进行。氯离子是这一类离子中最常遇到的。氯离子半径很小,穿透力强,很容易吸附在钢筋阳极区的钝化膜上,取代钝化膜中氧离子,使钢筋起保护作用的氢氧化铁变为无保护作用的氯化铁。氯化铁的溶解度比氢氧化铁的溶解度大得多。由于氯离子到达钢筋表面的不均匀性,特别是氯离子作用在钢筋局部区域时,则局部区域为阳极,形成了大阴极小阳极的腐蚀。这种坑蚀或局部腐蚀对结构的危害较大。
影响混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多,但主要的因素是混凝土的密实度,即抗渗性能。混凝土愈密实,即抗渗性能愈高,则外界的气体只能作用于混凝土表面,向内部渗透比较困难。影响混凝土密实度的主要因素是混凝土的水灰比和单位水泥用量。水泥品种对混凝土的中性化速度有一定的影响;不同品种的水泥,因其掺合料的品种及含量不同,水解时生成的碱性物质数量不同,使混凝土的中性化速度也就不同了。
普通硅酸盐水泥的熟料含量多,掺合料的含量一般不大于15%,其碱度比其它品种的水泥高,中性化速度相对的要慢。火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,由于掺合料中的活性氧化硅与水泥熟料中水解时产生的氢氧化钙结合,从而降低了混凝土孔隙中的液相碱度,加快了碳化或中性化的速度。
3、预应力混凝土结构
预应力混凝土结构的腐蚀除了具有普通混凝土结构的腐蚀类型外,由于采用高强度钢筋和钢筋在高应力条件下工作,所以可能发生应力腐蚀和钢材的氢脆。
(1)应力腐蚀
应力腐蚀是钢筋在拉应力和腐蚀性介质共同作用下形成的脆性断裂。这种破坏与单纯的机械应力破坏不同,它可以在较低的拉应力作用下破坏;这种破坏又与单纯的电化学腐蚀破坏不同,它可以在腐蚀性介质很弱的情况下而破坏。
腐蚀性介质与钢筋作用,在钢筋表面形成一个大小不等弥散分布的腐蚀坑后,每个腐蚀坑相当于一个缺口,钢筋在拉应力的作用下,形成应力的不均匀分布和应力集中,在缺口的边缘,当钢筋平均应力不高时,其集中的应力即可达到断裂应力的水平,而引起钢筋的断裂。由于缺口的存在,形成了拉应力三轴不相等状态,阻碍了钢筋塑性变形的开展,使塑性变形性能在钢筋断裂前不能充分发挥出来,延伸率、冷弯等塑性指标均有明显下降。预应力钢筋的腐蚀是拉应力与腐蚀性介质共同作用的结果,腐蚀因素对钢筋断裂的最初形成起主要作用,而拉应力则促进了腐蚀的发展。
(2)氢脆
氢脆是预应力钢筋在酸性与微碱性的介质中发生脆性断裂的另一中类型。氢脆与应力腐蚀的机理完全不同。应力腐蚀发生在钢筋的阳极,而氢脆发生在钢筋的阴极区域。氢脆是由于钢筋吸收了原子氢,而使其变脆,所以称为氢脆。钢筋在腐蚀过程中,表面可能有少量氢气产生,在通常情况下,生成的原子氢会迅速结成分子氢,在常温下是无害的,但当这一过程受到阻碍时,氢原子就会向钢筋内部扩散而被吸收到金属内部的晶格中去,如果钢筋内部有缺陷存在,氢原子很可能重新结合成为氢分子。氢分子的生成产生很大的压力,出现"鼓泡"现象。使钢筋变脆。产生氢脆的钢筋在受到超过临界值的拉力作用时,便会发生断裂。硫化氢是能引起预应力钢筋氢脆的介质之一。
4、纤维混凝土结构
我国工程中常见的纤维混凝土为钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土以及聚丙烯纤维混凝土。它们均是将纤维材料均匀分布在水泥砂浆、混凝土中,用以改变基材的物理力学性能。
纤维混凝土的腐蚀机理与普通混凝土基本相同,但纤维的直径较细,且均匀分布,其耐久性相对普通混凝土要强一些。开裂的纤维混凝土构件在潮湿的环境下,裂缝处的混凝土碳化后,碳化区的钢纤维开始锈蚀。有研究表面,钢纤维混凝土中钢筋的锈蚀较普通混凝土钢筋的锈蚀减轻,其原因除了钢纤维阻裂作用的影响外,还在于细小纤维在混凝土中乱向均匀分布,从而改变了钢筋电化学锈蚀的离子分布状态,阻止了钢筋的锈蚀。
5、轻骨料混凝土结构及加气混凝土
轻骨料混凝土的腐蚀机理与类型基本与普通混凝土相同,由于大多数轻骨料抵抗气体扩散能力较低,腐蚀性气体较易渗入内部,因此必须控制轻骨料混凝土的密实度。
加气混凝土的显气孔较多,不致密,吸水率高,碳化速度较快,在正常使用条件下尚需对钢筋进行表面涂覆保护层,而且加气混凝土表面气孔多,不容易进行保护,所以在腐蚀环境下不宜使用加气混凝土。
三、预防混凝土结构腐蚀的措施
对混凝土结构腐蚀预防应针对其不同的结构组成制定不同的措施。
1、原材料的选择
(1)水泥
水泥是水泥砂浆和混凝土的胶结材料。水泥类材料的强度和工程性能,是通过水泥砂浆的凝结、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蚀,水泥砂浆和混凝土的性能将不复存在。由于各种水泥的矿物质组份不同,因而它们对各种腐蚀性介质的耐蚀性就有差异。正确选用水泥品种,对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义。
水泥按其用途及性能要求分为三类,即通用水泥、专用水泥和特殊水泥。