第1个回答 2023-02-02
摘 要: 简述了掺氯盐混凝土中钢筋锈蚀的机理和主要影响因素，并揭示了锈蚀的基本规律。
关键词：钢筋锈蚀 电化腐蚀阻锈剂
氯化钙和氯化钠曾是我国土建工程冬季施工使用最早和最广泛的外加剂。氯盐防冻效果好、廉价易得，但易发生钢筋锈蚀，摆在科技人员面前的问题是如何扬长避短。笔者仅在已有试验研究的基础上对钢筋锈蚀的规律以及氯盐对钢筋锈蚀的影响作了初步探讨，以期对合理地使用氯盐防冻剂能有所帮助。
1 混凝土中钢筋锈蚀的基本条件
混凝土中钢筋锈蚀是属于金属在电解液中的腐蚀，即电化腐蚀。
众所周知，普通混凝土中的钢筋在一般情况下是不会发生锈蚀的。但是在某些条件下，由于混凝土的碱性降低(pH 值减小)或者由于有害介质的侵入，钢筋表面的氧化膜遭到破坏，空气中的氧气和水份通过混凝土保护层达到钢筋表面，并在其上形成一层很薄的水膜，此时钢筋如同浸在电解液中。钢筋本身含有杂质，它的表面状态也有一定的差异，所以在同一钢筋的不同部位形成了阴极和阳极(腐蚀微电池)，产生了两个独立进行的，又互相制约的阳极反应和阴极反应。
从上述明显看出，混凝土中的钢筋锈蚀是电化学过程，水份和氧气是破坏保护性氧化膜的基本条件。
2 掺加氯盐对混凝土中钢筋锈蚀的影响
2.1 氯盐是促锈剂
混凝土中掺和氯盐容易引起钢筋锈蚀，尤其是当具备产生锈蚀的基本条件时(充足的氧气和水份) ，锈蚀加剧，这可以从掺氯盐混凝土中的钢筋锈蚀试验以及在掺氯盐的氢氧化钙溶液中的筋锈蚀试验结果加以证明。
2 . 2 氯盐“促锈”的主要原因
2.2.1 氯离子能破坏混凝土中的钢筋表面的保护性氧化膜
黑龙江省水科所的试验所研究表明：钢筋表面出现大小如谷粒状的锈蚀孔以及附着在钢筋表面的小气泡。目前氯离子破坏氧化膜的机理尚不十分清楚，但可以肯定，氯离子与氧化膜发生了化学反应，原因是氯离子的活性很大，它容易被覆盖着氧化膜的电极表面吸附，排挤并取代了氧化膜(Fe2O3)中的氧离子，生成了氧化铁。
3CaCl2+Fe203+3H20=2FeCl3+3Ca(OH)2
氧化铁是可溶性氧化物，这就在钢筋保护性氧化膜的阳极区域形成了小孔，使之具备了产生钢筋锈蚀的主观条件。
2.2.2 掺和氯盐使混凝土的pH 值降低氯化钙溶于水后离解为C a 2 + 、O H ˉ、H +、C l ˉ离子，C a ( O H )2 是中强碱，H C l是强酸，其结果是酸性增强，碱性减弱，混凝土的p H 值减小。氯化钠溶于水后，离解为N a +、O H ˉ、H +、C l ˉ离子，其中N a O H是强碱，HCI 是强酸，混凝土的pH 值略有降低。
省水科所试验得到的Ca(OH)2 溶液pH 值与氯盐掺量：p H 的减小与掺盐量成正比，掺6％CaCl2， 混凝土的pH 值即可降低到12以下。
2.2.3 氯离子参加钢筋锈蚀的阳极反应在阳极，氯离子与带正电荷的铁离子发生离子反应生成氯化铁2C1 ˉ +Fe++=FeCI2在阴极同时发生了Ca+++2OH ˉ =Ca(OH)2此处的O H ˉ离子是由于自由氧吸收钢筋在阳极区失去的电子被还原形成的。
如果在阴极有足够数量的氧不断地被还原，则阳极过程就不断地持续下去，即发生钢筋锈蚀，并将直至钢筋全部锈蚀为止。反之，如果在阴极缺乏氧，则阴极反应到限制，以至停止。所以钢筋锈蚀的阴、阳极反应是相互促进又相互制约的。
2.2.4 加速碳化作用
长期暴露在大气中的混凝土结构不可避免地受到大气作用，特别是受到碳酸气等有害气体的作用，发生碳化C a （O H ）2+ C O 2= C a C O 3+ H 2 0使混凝土，尤其是表层混疑工层的p H降低，逐渐失去对钢筋的保护作用。
混凝土的碳化是由表面开始逐次向中心移动，并沿着捣实不充分的穴洞、麻面、裂隙、缺陷等薄弱处进行。所以存在混凝土中游离的CaCl2 和NaCl 结晶析出后，形成许多孔隙，使碳化加速，p H 降低。
2.2.5 混凝土孔隙水中氧的溶解度降低混凝土中的水分有两种，一种是不可蒸发的水分，另一种是可蒸发的水分，当饱水率（或蒸发水分的含量)小于100％时，孔隙中同时含有水分，水蒸汽和空气。在可渗透的混凝土中，空气向混凝土中渗入一定距离，与空气接触的孔隙水被氧所饱合，总的含氧量与孔隙水中所溶解的溶质量有关。
3 混凝土中的钢筋锈蚀与掺盐量的关系
试验结果表明，混凝土中的钢筋锈蚀与通氧程度和掺盐量关系，其中通氧程度又是其中的最关键因素，因为氯盐的保锈作用只在氧气比较充足的情况下，才能表现出来。当氧气不足时，钢筋锈蚀量主要取决于氧的通入程度：绝氧时，不论掺盐多少钢筋都未锈蚀。
当通氧容易时，随着氯盐掺量的增加，锈蚀量直线增长，掺加5 ％的氯盐，4 个月内钢筋锈蚀4g，掺和20％的氯盐，锈蚀量增加至5 g ，占钢筋重的5 . 1 % 。
当通氧困难时，无论CaCl2,还是NaCl，钢筋锈蚀量均与盐量成抛物线关系，即掺盐量对钢筋锈蚀的影响有一个的极限值，掺盐量超过极限值时，掺盐量再增加，钢筋锈蚀是反而减小。
明显看出掺盐量为2％～4％NaCl 和6％～8 ％NaCI，的钢筋锈蚀量。如掺加1％NaCl，一年时间钢筋锈蚀0.36g,掺盐量增加到3 ％，钢筋锈蚀量增至0.6g,掺盐量继续增加，钢筋锈蚀量急剧减少，掺盐量增加到20％，钢筋锈蚀量减少到0.1g,仅为I％NaCl 的27% 和3％NaCI 的17％(见表1)。同时钢筋锈蚀速度逐渐减慢，试验龄期一年以后，锈蚀速度更慢，直到四年龄期的三年时间内，锈蚀量几乎没有增加。将通氧容易时与通氧困难时的试验进行比较明显看出，掺氯盐数量相同时，通氧容易和通氧困难两种不同条件下的钢筋锈蚀量相差很大，且掺盐量越高，相差越大，即通氧容易的钢筋锈蚀量比通氧困难的锈蚀量高10～100 倍。
4 结语
破坏保护性氧化膜是钢筋锈蚀的前提，氧气和水分是钢筋锈蚀缺一不可的必要条件。在通氧充分条件下，随之氯掺量增加，钢筋锈蚀急剧加重，充分表现出它的促锈作用。在通氧困难情况上，钢筋锈蚀量与掺盐量成抛物线关系。当绝氧时，无论掺盐多少，钢筋均不锈蚀。
混凝土本身就是一种强有力的阻锈剂。在使用氯盐防冻剂时，必须首先考虑利用混凝土自身已有的防护能力，设计足够厚度和密实度的保护层，其次是充分利用水下、基础混疑土通氧困难的客观条件，对长期处于水下，基础中的大体积钢筋混凝工结构，较适合使用氯盐的防冻剂。