摘要：結合多年的實際工作經驗，從碳化作用、氯鹽腐蝕、硫酸鹽的腐蝕、酸的腐蝕、堿的腐蝕分析了建筑基礎腐蝕機理，并且提出了防腐措施，僅供相關技術入員參考。
　　關鍵詞：建筑基礎，腐蝕，機理分析，防腐措施
　　1引言
　　
　　建筑基礎埋置于地下，有可能會受到腐蝕性水和污染土的侵蝕，引起基礎混凝土開裂破壞、鋼筋受到腐蝕，導致基礎的耐久性降低。因此，對于腐蝕環境下的建筑基礎，必須進行防腐蝕設計。
　　2混凝土腐蝕機理分析
　　2.1碳化作用
　　空氣中或溶于水中的CO2與水泥石中的Ca(OH)2、水化硅酸鈣(3CaO.2SiO2.3H2O)等起反應，導致混凝土中堿度降低和混凝土本身的粉化。混凝土碳化受多種因素影響，混凝土的材料、配比、環境條件如溫度、濕度、CO2濃度等對其都有影響，碳化作用對混凝土的腐蝕作用是最明顯的，其主要反應式如下：
　　Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
　　CO2+H20→H2CO3
　　Ca(OH)2+H2CO3→CaCO3+H2O
　　2.2氯鹽腐蝕
　　氯鹽腐蝕是沿海混凝土建筑物和公路混凝土結構腐蝕破壞最重要的原因之一。氯鹽既可能來自于外部的海水、海霧、化冰鹽；也可能來自于建筑過程這使用的海砂、早強劑、防凍劑等。它可以和混凝土中的Ca(OH)2.3CaO.2A12O3.3H2O等起反應，生成易溶的CaCl2和帶有大量結晶水、比反應物體積大幾倍的固相化合物，造成混凝土的膨脹破壞，其反應式如下：
　　2Cl+Ca(OH)2→CaCl2+2OH-
　　2Ca(OH)2+2C1-十(n-1)H20→CaO.CaCl2.nH2O
　　3CaCl2+3CaO.Al2O3.6H20+25H2O→3CaO.Al2O3.3CaCl2.31H2O
　　2.3硫酸鹽的腐蝕
　　硫酸鹽也是破壞混凝土結構耐久性的一個重要因素，硫酸及硫酸鹽溶液進入混凝土的毛細孔中，硬化時水分蒸發，濃度提高，直接結晶，體積膨脹或直接與水泥石成分發生化學反應，生成結晶，體積膨脹，從而導致混凝土脹裂破壞。在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業污水及流經高爐礦渣或煤渣的水中常含有鈉、鉀、銨、鎂等硫酸鹽，與Ca(OH)2起置換反應，生成硫酸鈣。生成物的體積比反應物大1.5倍以上，呈針狀結晶，引起很大的內應力。其破壞特征是在表面出現幾條較粗大的裂縫。反應式如下：
　　4CaO.Al2O3.12H2O+3Na2SO4+2Ca(OH)2+2OH2O→3CaO.Al2O3.CaSO4.31H20+6NaOH
　　Ca(OH)2+SO42-十2H2O→CaSO4.2H2O+2OH-
　　2.4酸的腐蝕
　　在硫酸、鹽酸等生產車間和受酸雨危害的地區，混凝土構筑物受到強烈的腐蝕作用。酸對混凝土的腐蝕主要是酸能與水泥石中的Ca(OH)2發生中和反應生成可溶性的鈣鹽，破壞了水泥石中的堿度，使水化硅酸鈣等其它水化產物自行分解，而且鹽酸還能直接與這些水化產物反應生成可溶性鈣鹽，使單位體積內Ca(OH)2和CSH(B)含量減少。混凝土孔隙率增大，力學性能劣化。酸還可以與混凝土中的某些成分發生反應生成非凝膠性物質或易溶于水的物質，使混凝土產生由外及內的逐層破壞。另外，酸還可以促使水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的水解，從而破壞了孔隙結構的膠凝體，使混凝土的力學性能劣化。
　　2.5堿的腐蝕
　　堿對混凝土的腐蝕主要表現在與空氣中的CO2在混凝土表面或孔隙中產生強烈的碳化作用，其反應式如下：
　　CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O
　　CO2+2KoH→K2CO3+H2O
　　水分蒸發后碳酸鹽結晶：
　　Na2CO3+10H2O→Na2CO3.10H2O
　　K2CO3+15H2O→K2CO3.15H2O
　　當混凝土沒有蒸發表面時，主要表現為堿骨料反應。所謂堿骨料反應是指混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合材和水中的堿(Na2O或K2O)與骨料中的活性成分(氧化硅、碳酸鹽等)發生反應，生成物重新排列和吸水膨脹所產生的應力誘發產生裂縫，最后導致混凝土結構的破壞。
　　根據反應機理，堿骨料反應又可分為三種類型：①堿硅酸反應，堿與骨料中的活性SiO2反應，生成堿硅凝膠，堿硅凝膠吸水膨脹后產生內應力，導致混凝土開裂，堿硅酸反應發生最為普遍，危害也最為嚴重；②堿碳酸鹽反應，堿與骨料中的碳酸鈣鎂反應，將白云石轉化為水鎂石和粘土，水鎂石結晶重排和黏土吸水膨脹產生應力導致破壞；③堿硅酸鹽反應，從機理上說仍屬于堿硅酸反應，但膨脹進程緩慢。堿骨料反應發生需要兩個條件：首先混凝土原材料中含堿量高，現在大多數國家規定骨料中的堿不超過O.6％或混凝土含堿量不超過30kg/ms；第二是有水分和空氣的供應，越是潮濕的環境堿骨料反應越容易發生硅灰、粉煤灰和高爐礦渣均可緩解、抑制堿骨料反應的發生。
　　3鋼筋腐蝕機理分析
　　由于腐蝕性介質Cl-的作用，使鋼筋表面原有的鈍化膜被破壞，由鈍化狀態轉化為活性狀態，產生鋼筋的銹蝕，而鋼筋銹蝕是一個電化學過程，是腐蝕電池作用的結果。因為氯離子半徑很小，穿透力強，很容易吸附在鋼筋陽極區的鈍化膜上，取代鈍化膜中氧離子，使鋼筋起保護作用的氫氧化鐵變為無保護作用的氯化鐵，氯化鐵的溶解度比氫氧化鐵的溶解度大得多，由于氯離子到達鋼筋表面的不均勻性，特別是氯離子作用在鋼筋局部區域時，則局部區域為陽極，形成了大陰極小陽極的腐蝕，這種坑蝕或局部腐蝕對結構的危害較大。
　　一般的電化學反應表達式為：
　　陽極反應：Fe一2e：Fe2-
　　陰極反應：O2+2H2O+4e一4OH-
　　綜合反應：2Fe+O2+2H2O：2Fe(OH)2(伴有電流)
　　從化學成分來看，銹蝕物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4.H2O、Fe2O3等，其體積比原金屬體積增大2～4倍，由于鐵銹膨脹，對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力，其數值可達30MPa(大于混凝土的抗拉極限強度)，使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫(俗稱順筋裂縫)。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質滲入鋼筋的通道，加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比裸露情況快，等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度，混凝土保護層則開始剝落，最終使構件喪失承載能力。
　　4防腐蝕的措施
　　4.1原材料的選擇
　　4.1.1水泥
　　由于各種水泥的礦物質組份不同，因而對各種腐蝕性介質的耐蝕性就有差異，正確選用水泥品種，對保證工程的耐久性有重要意義。在水泥品種的選擇上，應注意以下幾個方面：
　　1）選擇低水化熱水泥
　　2）避免使用早強水泥和早強劑
　　3）選擇有害堿含量低的水泥，以防止發生堿骨料反應。
　　4）選擇鋁酸三鈣（C3A）較低的水泥，雖然鋁酸三鈣（C3A）具有高強效應，但它能與硫酸鹽土產生化學反應，產生體積膨脹，引起混凝土開裂。此外，合理使用粉煤灰、礦渣等礦物摻和料，這也是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途徑。
　　水泥品種的選用見表1。
　　表1腐蝕環境中的水泥品種的選用表
　　環境條件優先選用可以選用不得選用
　　液態腐蝕地下工程礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥——
　　地上工程有干濕交替作用的地下工程硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥
　　預應力混凝土硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥——高鋁水泥
　　
　　
　　4.1.2粗、細骨料
　　混凝土中所采用粗細骨料，應保證致密，同時控制材料的吸水率以及其它雜質的含量，確保材質狀況。為了改善粗細骨料的顆粒級配，在允許的最大粒徑范圍內應盡量選用粒徑較大的粗骨料，可減少骨料的空隙率，也有助于提高混凝土的耐久性。另外，為了避免產生堿骨料反應，《工業建筑防腐設計規范》規定，可采用花崗巖、石英石和石灰石，但是不得采用有堿骨料反應的活性骨料。
　　4.1.3攪拌及養護用水
　　考慮其對混凝土及砂漿強度的耐久性影響，應正確選擇混凝土攪拌及養護用水，檢查其雜質情況，目前主要采用自來水，嚴禁采用海水和井水。
　　4.1.4外加劑
　　在拌制混凝土過程中摻入外加劑，可以改善混凝土性質，如提高混凝土密實性或對鋼筋的阻銹能力，從而提高混凝土結構的耐久性，如阻銹劑、密實劑、加氣劑、減水劑等。由于外加劑的化學組成中的氯鹽可能使混凝土結構中的鋼筋脫鈍，給結構物帶來隱患。在選擇外加劑時需對其中氯鹽的含量進行檢測，并做相關實驗。
　　4.2控制混凝土的水灰比和水泥用量
　　提高混凝土自身的防腐性能，主要提高其密實性和抗中性化能力，在腐蝕環境下，一般混凝土的強度等級不得小于C30，對于預應力混凝土結構，其強度等級應提高一個等級。
　　水灰比的大小是決定混凝土密實性的主要因素，它不但影響混凝土的強度，也嚴重影響其耐久性，故必須嚴格控制。
　　保證足夠的水泥用量，同樣可以提高混凝土的密實性和耐久性。單位水泥用量較高的混凝土，拌和物比較均勻，可減少混凝土搗實過程中出現的局部缺陷；并且能保持鋼筋周圍有足夠的堿度，使鋼筋鈍化膜不容易破壞。《工業建筑防腐設計規范》中規定了最小水泥用量(kg/m3)和最大水灰比，在施工過程中應嚴格執行。
　　4.3混凝土保護層的厚度
　　保護層厚度對鋼筋的防腐蝕具有重要的作用。首先，增大保護層厚度可使腐蝕介質到達鋼筋表面的時間明顯推遲。根據調查，若保護層厚度減少1/4,則混凝土中性化層到達鋼筋表面的時間可縮短一半。其次，增大保護層厚度可增強抵抗鋼筋銹蝕產生的脹裂力。
　　當然，也不能一味地增大保護層厚度，因為保護層太厚時，受彎構件橫向裂紋會增大，涂料保護層也易脫落。
　　《工業建筑防腐設計規范》中規定了鋼筋的混凝土最小保護層厚度，在施工過程中應嚴格保證。
　　4.4基礎、基礎梁的表面防護措施
　　對處在強、中等腐蝕性環境中的基礎，應設碎石灌瀝青或瀝青混凝土的耐腐蝕墊層，厚度不應小于100mm。基礎和墊層表面及基礎梁表面的防護措施有：環氧瀝青或聚氨酯瀝青涂層、樹脂玻璃鱗片涂層、聚合物水泥砂漿、瀝青冷底子油兩遍加瀝青膠泥涂層等，設計時應根據環境的腐蝕性等級，按《工業建筑防腐設計規范》的規定選用。
　　4.5鋼筋的防護措施
　　采用電化學保護。電化學保護分為陰極保護和陽極保護。陰極保護是一種經濟有效的防護措施，應用范圍廣泛。而陽極保護是將被保護的金屬構件與外加直流電源的正極連接，當電流通過時迅速發生電化學反應，形成鈍化區，使金屬構件得到保護。
　　對鋼筋進行涂(鍍)層保護。鋼筋的表面防護分為金屬和非金屬表面防護。鍍鋅是常用的金屬表面防護，環氧樹脂和聚合體樹脂用于非金屬表面防護。
　　使用環氧涂層鋼筋。鍍鋅鋼筋、包鋼鋼筋以前很少使用，合金鋼鋼筋（耐蝕鋼筋）在日本有一定的發展，美國、加拿大一些國家對不銹鋼鋼筋、環氧涂層鋼筋在工程上應用廣泛。近年，我國也制定了環氧涂層鋼筋產品標準，并開始在工程中應用。
　　4.6混凝土的養護
　　加強混凝土養護，控制混凝土表面裂縫，確保施工質量，對防腐蝕也起到一種加強作用。