摘要: 介紹了鋼筋混凝土阻銹劑的基本概念和發(fā)展背景．著重分析了遷移性阻銹劑對(duì)鋼筋電化學(xué)性能的影響和阻銹機(jī)理，提出了遷移性阻銹劑應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展前景和有待深入研究的課題
關(guān)鍵詞: 遷移性阻銹劑鋼筋混凝土 耐久性
對(duì)于氯鹽侵蝕環(huán)境條件下鋼筋混凝土耐久性不足所帶來(lái)的嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，橋梁、港口、等一系列的沿?；A(chǔ)設(shè)施工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，特別是海洋氯離子含量較高環(huán)境中的耐久性，已是當(dāng)前函待解決的重大問(wèn)題，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，針對(duì)不同區(qū)域，不同結(jié)構(gòu)部位采取不同的技術(shù)防腐措施，這些耐久性措施包括：
① 從混凝土材料本身的性能出發(fā)，全橋采用海工耐久混凝土，以氯離子擴(kuò)散系數(shù)為混凝土耐久性的主要技術(shù)指標(biāo)，盡量采用低水膠比的高性能混凝土（摻加高效減水劑如：博特新材料有限公司生產(chǎn)的高效減水劑—聚羧酸系列）。
②針對(duì)不同區(qū)域，不同結(jié)構(gòu)部位，設(shè)置合理的鋼筋保護(hù)層厚度，盡量延長(zhǎng)氯離子滲透到鋼筋表面的時(shí)間。
③在鋼筋混凝土耐久性基本措施的基礎(chǔ)上，對(duì)特別惡劣的腐蝕環(huán)境條件下的鋼筋混凝土施加額外的補(bǔ)充保護(hù)措施，更進(jìn)一步加大結(jié)構(gòu)耐久性的可靠性，并做為目前的提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)措施之一?，F(xiàn)今工程上主要采用的技術(shù)措施有：環(huán)氧途層鋼筋，外加電流陰極保護(hù)，塑料坡紋管與真空輔助壓漿、纖維混凝土與涂抹硅烷、滲透可控模板墊料、混凝土表面防護(hù)涂層等.
近年來(lái)各國(guó)采用的直接經(jīng)濟(jì)有效的方法，在混凝土中摻加阻銹劑或在混凝土表面涂刷遷移性阻銹劑如：Sika 901系列，MCI2020系列等簡(jiǎn)單易行的措施。
一、緩蝕劑的發(fā)展歷史
在防止金屬腐蝕的方法中， “緩蝕劑”是常用方法之一。緩蝕劑的應(yīng)用已經(jīng)有上百年的歷史，鋼筋阻銹劑是緩蝕劑在混凝土中的應(yīng)用，是一種既古老又新型的技術(shù)。
世界上鋼筋阻銹劑的研究與使用已經(jīng)歷了很長(zhǎng)的時(shí)期。日本作為一個(gè)島國(guó)，由于缺乏建筑用河砂，不得不開發(fā)利用海砂。因此，既要解決海洋環(huán)境中氯鹽鋼筋腐蝕問(wèn)題，又要設(shè)法防止海砂中氯鹽對(duì)鋼筋的侵害。1973 年在沖繩發(fā)電站建設(shè)工程中，大量使用了鋼筋阻銹劑。此后用量猛增，到1980 年，每年有160 萬(wàn)m3 混凝土使用了鋼筋阻銹劑(鋼筋阻銹劑年均用量約為1～115 萬(wàn)t) 。
美國(guó)于20 世紀(jì)70 年代初開始研究、開發(fā)、使用鋼筋阻銹劑(與環(huán)氧涂層鋼筋同時(shí)) 。早期美國(guó)比較重視環(huán)氧涂層鋼筋的有效性，在近20 年，鋼筋阻銹劑才得到迅速發(fā)展。經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用， 美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI) 肯定了鋼筋阻銹劑的效果，并確認(rèn)其“是長(zhǎng)期有效的防鋼筋銹蝕的措施”；1992 年美國(guó)公路運(yùn)輸聯(lián)合會(huì)(AASHTO) 等3 個(gè)單位編制并頒布的《鋼筋混凝土橋梁的防腐蝕手冊(cè)》，將鋼筋阻銹劑定為橋梁防腐蝕的重要措施之一；美國(guó)海軍工程服務(wù)中心(NFESC) 、美國(guó)航天局肯尼迪太空中心(NASA KSC)等軍工部門，都在大力研究、開發(fā)和積極采用鋼筋阻銹劑。1995～1998 年，美國(guó)曾將其列為研究課題，制訂統(tǒng)一的鋼筋阻銹劑的評(píng)價(jià)方法和使用標(biāo)準(zhǔn)。該研究報(bào)告指出：“15 年來(lái)，鋼筋阻銹劑應(yīng)用日趨普遍，它能長(zhǎng)期保護(hù)鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如公路橋及其他結(jié)構(gòu)等⋯，本研究結(jié)果將被美國(guó)公路運(yùn)輸聯(lián)合會(huì)(AASHTO) 采納，并推薦納入《混凝土外加劑標(biāo)準(zhǔn)》(AASHTO M194) 。同時(shí)納入美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI) 編制的《混凝土手冊(cè)》，明確推薦在橋梁及其他結(jié)構(gòu)上使用”。1999 年，美國(guó)成立了鋼筋阻銹劑聯(lián)合會(huì)(CCIA) 在北美，乃至全世界推廣應(yīng)用鋼筋阻銹劑。
原蘇聯(lián)也是很早使用鋼筋阻銹劑的國(guó)家之一。于1985年出版了《混凝土中鋼筋阻銹劑》專著，并在國(guó)標(biāo)《建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》中納入鋼筋阻銹劑內(nèi)容[1]。
除美國(guó)、日本之外，加拿大、歐洲各國(guó)、澳大利亞、印度等，都在積極開發(fā)和應(yīng)用鋼筋阻劑；中東國(guó)家、韓國(guó)、東南亞各國(guó)(包括我國(guó)臺(tái)灣省) 等國(guó)家、地區(qū)也在使用引進(jìn)的鋼筋阻銹劑產(chǎn)品。據(jù)悉，1993 年之前，全世界有2000萬(wàn)m3 的混凝土使用了鋼筋阻銹劑，而到
了1998年，至少有5億m3的混凝土使用了鋼筋阻銹劑，可見其發(fā)展趨勢(shì)之迅猛。鋼筋阻銹劑作為提高混凝土耐久性的重要方法之一，已經(jīng)成為一項(xiàng)世界性通用技術(shù)。
我國(guó)在研制、開發(fā)鋼筋阻銹劑方面起步較早，20 世紀(jì)60年代就有人利用亞硝酸鈉作為鋼筋阻銹的成分，試用于混凝土中，并取得一定經(jīng)驗(yàn)。但是，單純亞硝酸鈉雖有阻銹作用，同時(shí)也存在一定問(wèn)題，因而沒(méi)有被推廣使用。20 世紀(jì)80 年代初，南京水科院和原冶金部建筑研究總院等單位也著手研制新型鋼筋阻銹劑。隨后，由原冶金部建筑研究總院研制的復(fù)合型鋼筋阻銹劑(RI - 1 系列) 通過(guò)了冶金部部級(jí)成果鑒定。1985 年起，在山東三山島金礦大量使了鋼筋阻銹劑，這是我國(guó)阻銹劑產(chǎn)品在全國(guó)大型重點(diǎn)工程中的首次應(yīng)用。雖然比日本、美國(guó)等國(guó)家晚了近10 年，但我國(guó)仍是世界上較早將阻銹劑應(yīng)用于大型工程的少數(shù)國(guó)家之一。
對(duì)于鋼筋緩蝕劑，各研究院所做了一系列研究，對(duì)混凝土耐久性的提升起到了巨大的推動(dòng)作用。
二、鋼筋在混凝土中腐蝕的基本過(guò)程
1、鋼筋自身的影響
鋼筋的不均勻性是由于其化學(xué)組成或晶體結(jié)構(gòu)上的差異,受力程度不同,鈍化膜的不連續(xù)性或表面被污染有差別等等.這些不均勻性將會(huì)導(dǎo)致存在電位差和形成腐蝕電池
2、鹵化物的影響
鹵離子能加速鋼筋腐蝕已在大量工程時(shí)間中得到證實(shí).雖然對(duì)它的作用機(jī)理人們大體上認(rèn)為鹵離子能破壞鋼筋表面的鈍化膜,使鋼筋發(fā)生局部腐蝕..游離子鹵離子主要通過(guò)擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)入混凝土而達(dá)到鋼筋表面.其擴(kuò)散過(guò)程與周圍介質(zhì)中鹵離子濃度及混凝土的滲透性有關(guān)
3、碳化的影響
碳化作用是指空氣中的CO2與混凝土中Ca(OH)2的作用,其反應(yīng)如下:
CO2+ Ca(OH)2=CaCO3,
CaCO3 + CO2 +HO2=Ca(HCO)2
其破壞作用主要表現(xiàn)為(1)可使孔溶液的PH值降低到8.3左右.鋼筋因此從鈍化狀態(tài)進(jìn)入活化狀態(tài);(2)導(dǎo)致混凝土粉化,使之失去對(duì)混凝土的保護(hù)層作用.(3)由于PH的降低.AlCl3,鹽酸不再穩(wěn)定.稀放Cl 離子.并使游離的Cl 離子的濃度增大.影響碳化作用速度的主要因素是混凝土的密實(shí)性.既抗?jié)B作用.它與混凝土的水灰比及單位水泥用量有關(guān).
4、氧和水的影響
因氧參與鋼筋腐蝕電化學(xué)過(guò)程是陰極反應(yīng).故鋼筋的腐蝕速度受到水中溶解氧擴(kuò)散過(guò)程的 控制.水不僅可加速混凝土的碳化作用,也為鋼筋的腐蝕提供了條件.
5、硫酸鹽的影響
硫酸鹽對(duì)混凝土鋼筋也是有侵蝕作用的。大部分硫酸鹽會(huì)與水化后水泥中的Ca(OH)2和鋁酸三鈣C3A作用形成硫酸鈣化合物，硫酸鈣因其有膨脹性，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。
為了防止硫酸鹽對(duì)硬化混凝土的侵蝕，避免結(jié)構(gòu)物的破壞和增加混凝土的耐久性，必須采用低C3A 含量的水泥或飛灰水泥，以減少Ｃ3A水化物Ｃ3AH6的產(chǎn)生，是硫酸鹽與Ca(OH)2反應(yīng)生成石膏的情況減少。
6、鎂鹽的影響
鎂鹽滲入混凝土中以后將與Ca(OH)２發(fā)生反應(yīng)，使混凝土中的堿度降低，水泥石中的水化硅酸鈣和鋁酸鈣與鎂鹽反應(yīng)。
生成Ｍｇ(OH)２還能與鋁膠，硅膠緩慢反應(yīng)，結(jié)果是水泥石粘結(jié)力減弱，混凝土強(qiáng)度降低，鋼筋受腐蝕
7、微生物作用的影響
混凝土中有硫化細(xì)菌時(shí)有如下反應(yīng)：
２Ｓ＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２ＳＯ４
細(xì)菌將Ｓ轉(zhuǎn)變成硫酸，從而引起混凝土破壞。
關(guān)鍵詞: 遷移性阻銹劑鋼筋混凝土 耐久性
對(duì)于氯鹽侵蝕環(huán)境條件下鋼筋混凝土耐久性不足所帶來(lái)的嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，橋梁、港口、等一系列的沿?；A(chǔ)設(shè)施工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，特別是海洋氯離子含量較高環(huán)境中的耐久性，已是當(dāng)前函待解決的重大問(wèn)題，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，針對(duì)不同區(qū)域，不同結(jié)構(gòu)部位采取不同的技術(shù)防腐措施，這些耐久性措施包括：
① 從混凝土材料本身的性能出發(fā)，全橋采用海工耐久混凝土，以氯離子擴(kuò)散系數(shù)為混凝土耐久性的主要技術(shù)指標(biāo)，盡量采用低水膠比的高性能混凝土（摻加高效減水劑如：博特新材料有限公司生產(chǎn)的高效減水劑—聚羧酸系列）。
②針對(duì)不同區(qū)域，不同結(jié)構(gòu)部位，設(shè)置合理的鋼筋保護(hù)層厚度，盡量延長(zhǎng)氯離子滲透到鋼筋表面的時(shí)間。
③在鋼筋混凝土耐久性基本措施的基礎(chǔ)上，對(duì)特別惡劣的腐蝕環(huán)境條件下的鋼筋混凝土施加額外的補(bǔ)充保護(hù)措施，更進(jìn)一步加大結(jié)構(gòu)耐久性的可靠性，并做為目前的提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)措施之一?，F(xiàn)今工程上主要采用的技術(shù)措施有：環(huán)氧途層鋼筋，外加電流陰極保護(hù)，塑料坡紋管與真空輔助壓漿、纖維混凝土與涂抹硅烷、滲透可控模板墊料、混凝土表面防護(hù)涂層等.
近年來(lái)各國(guó)采用的直接經(jīng)濟(jì)有效的方法，在混凝土中摻加阻銹劑或在混凝土表面涂刷遷移性阻銹劑如：Sika 901系列，MCI2020系列等簡(jiǎn)單易行的措施。
一、緩蝕劑的發(fā)展歷史
在防止金屬腐蝕的方法中， “緩蝕劑”是常用方法之一。緩蝕劑的應(yīng)用已經(jīng)有上百年的歷史，鋼筋阻銹劑是緩蝕劑在混凝土中的應(yīng)用，是一種既古老又新型的技術(shù)。
世界上鋼筋阻銹劑的研究與使用已經(jīng)歷了很長(zhǎng)的時(shí)期。日本作為一個(gè)島國(guó)，由于缺乏建筑用河砂，不得不開發(fā)利用海砂。因此，既要解決海洋環(huán)境中氯鹽鋼筋腐蝕問(wèn)題，又要設(shè)法防止海砂中氯鹽對(duì)鋼筋的侵害。1973 年在沖繩發(fā)電站建設(shè)工程中，大量使用了鋼筋阻銹劑。此后用量猛增，到1980 年，每年有160 萬(wàn)m3 混凝土使用了鋼筋阻銹劑(鋼筋阻銹劑年均用量約為1～115 萬(wàn)t) 。
美國(guó)于20 世紀(jì)70 年代初開始研究、開發(fā)、使用鋼筋阻銹劑(與環(huán)氧涂層鋼筋同時(shí)) 。早期美國(guó)比較重視環(huán)氧涂層鋼筋的有效性，在近20 年，鋼筋阻銹劑才得到迅速發(fā)展。經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用， 美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI) 肯定了鋼筋阻銹劑的效果，并確認(rèn)其“是長(zhǎng)期有效的防鋼筋銹蝕的措施”；1992 年美國(guó)公路運(yùn)輸聯(lián)合會(huì)(AASHTO) 等3 個(gè)單位編制并頒布的《鋼筋混凝土橋梁的防腐蝕手冊(cè)》，將鋼筋阻銹劑定為橋梁防腐蝕的重要措施之一；美國(guó)海軍工程服務(wù)中心(NFESC) 、美國(guó)航天局肯尼迪太空中心(NASA KSC)等軍工部門，都在大力研究、開發(fā)和積極采用鋼筋阻銹劑。1995～1998 年，美國(guó)曾將其列為研究課題，制訂統(tǒng)一的鋼筋阻銹劑的評(píng)價(jià)方法和使用標(biāo)準(zhǔn)。該研究報(bào)告指出：“15 年來(lái)，鋼筋阻銹劑應(yīng)用日趨普遍，它能長(zhǎng)期保護(hù)鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如公路橋及其他結(jié)構(gòu)等⋯，本研究結(jié)果將被美國(guó)公路運(yùn)輸聯(lián)合會(huì)(AASHTO) 采納，并推薦納入《混凝土外加劑標(biāo)準(zhǔn)》(AASHTO M194) 。同時(shí)納入美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI) 編制的《混凝土手冊(cè)》，明確推薦在橋梁及其他結(jié)構(gòu)上使用”。1999 年，美國(guó)成立了鋼筋阻銹劑聯(lián)合會(huì)(CCIA) 在北美，乃至全世界推廣應(yīng)用鋼筋阻銹劑。
原蘇聯(lián)也是很早使用鋼筋阻銹劑的國(guó)家之一。于1985年出版了《混凝土中鋼筋阻銹劑》專著，并在國(guó)標(biāo)《建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》中納入鋼筋阻銹劑內(nèi)容[1]。
除美國(guó)、日本之外，加拿大、歐洲各國(guó)、澳大利亞、印度等，都在積極開發(fā)和應(yīng)用鋼筋阻劑；中東國(guó)家、韓國(guó)、東南亞各國(guó)(包括我國(guó)臺(tái)灣省) 等國(guó)家、地區(qū)也在使用引進(jìn)的鋼筋阻銹劑產(chǎn)品。據(jù)悉，1993 年之前，全世界有2000萬(wàn)m3 的混凝土使用了鋼筋阻銹劑，而到
了1998年，至少有5億m3的混凝土使用了鋼筋阻銹劑，可見其發(fā)展趨勢(shì)之迅猛。鋼筋阻銹劑作為提高混凝土耐久性的重要方法之一，已經(jīng)成為一項(xiàng)世界性通用技術(shù)。
我國(guó)在研制、開發(fā)鋼筋阻銹劑方面起步較早，20 世紀(jì)60年代就有人利用亞硝酸鈉作為鋼筋阻銹的成分，試用于混凝土中，并取得一定經(jīng)驗(yàn)。但是，單純亞硝酸鈉雖有阻銹作用，同時(shí)也存在一定問(wèn)題，因而沒(méi)有被推廣使用。20 世紀(jì)80 年代初，南京水科院和原冶金部建筑研究總院等單位也著手研制新型鋼筋阻銹劑。隨后，由原冶金部建筑研究總院研制的復(fù)合型鋼筋阻銹劑(RI - 1 系列) 通過(guò)了冶金部部級(jí)成果鑒定。1985 年起，在山東三山島金礦大量使了鋼筋阻銹劑，這是我國(guó)阻銹劑產(chǎn)品在全國(guó)大型重點(diǎn)工程中的首次應(yīng)用。雖然比日本、美國(guó)等國(guó)家晚了近10 年，但我國(guó)仍是世界上較早將阻銹劑應(yīng)用于大型工程的少數(shù)國(guó)家之一。
對(duì)于鋼筋緩蝕劑，各研究院所做了一系列研究，對(duì)混凝土耐久性的提升起到了巨大的推動(dòng)作用。
二、鋼筋在混凝土中腐蝕的基本過(guò)程
1、鋼筋自身的影響
鋼筋的不均勻性是由于其化學(xué)組成或晶體結(jié)構(gòu)上的差異,受力程度不同,鈍化膜的不連續(xù)性或表面被污染有差別等等.這些不均勻性將會(huì)導(dǎo)致存在電位差和形成腐蝕電池
2、鹵化物的影響
鹵離子能加速鋼筋腐蝕已在大量工程時(shí)間中得到證實(shí).雖然對(duì)它的作用機(jī)理人們大體上認(rèn)為鹵離子能破壞鋼筋表面的鈍化膜,使鋼筋發(fā)生局部腐蝕..游離子鹵離子主要通過(guò)擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)入混凝土而達(dá)到鋼筋表面.其擴(kuò)散過(guò)程與周圍介質(zhì)中鹵離子濃度及混凝土的滲透性有關(guān)
3、碳化的影響
碳化作用是指空氣中的CO2與混凝土中Ca(OH)2的作用,其反應(yīng)如下:
CO2+ Ca(OH)2=CaCO3,
CaCO3 + CO2 +HO2=Ca(HCO)2
其破壞作用主要表現(xiàn)為(1)可使孔溶液的PH值降低到8.3左右.鋼筋因此從鈍化狀態(tài)進(jìn)入活化狀態(tài);(2)導(dǎo)致混凝土粉化,使之失去對(duì)混凝土的保護(hù)層作用.(3)由于PH的降低.AlCl3,鹽酸不再穩(wěn)定.稀放Cl 離子.并使游離的Cl 離子的濃度增大.影響碳化作用速度的主要因素是混凝土的密實(shí)性.既抗?jié)B作用.它與混凝土的水灰比及單位水泥用量有關(guān).
4、氧和水的影響
因氧參與鋼筋腐蝕電化學(xué)過(guò)程是陰極反應(yīng).故鋼筋的腐蝕速度受到水中溶解氧擴(kuò)散過(guò)程的 控制.水不僅可加速混凝土的碳化作用,也為鋼筋的腐蝕提供了條件.
5、硫酸鹽的影響
硫酸鹽對(duì)混凝土鋼筋也是有侵蝕作用的。大部分硫酸鹽會(huì)與水化后水泥中的Ca(OH)2和鋁酸三鈣C3A作用形成硫酸鈣化合物，硫酸鈣因其有膨脹性，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。
為了防止硫酸鹽對(duì)硬化混凝土的侵蝕，避免結(jié)構(gòu)物的破壞和增加混凝土的耐久性，必須采用低C3A 含量的水泥或飛灰水泥，以減少Ｃ3A水化物Ｃ3AH6的產(chǎn)生，是硫酸鹽與Ca(OH)2反應(yīng)生成石膏的情況減少。
6、鎂鹽的影響
鎂鹽滲入混凝土中以后將與Ca(OH)２發(fā)生反應(yīng)，使混凝土中的堿度降低，水泥石中的水化硅酸鈣和鋁酸鈣與鎂鹽反應(yīng)。
生成Ｍｇ(OH)２還能與鋁膠，硅膠緩慢反應(yīng)，結(jié)果是水泥石粘結(jié)力減弱，混凝土強(qiáng)度降低，鋼筋受腐蝕
7、微生物作用的影響
混凝土中有硫化細(xì)菌時(shí)有如下反應(yīng)：
２Ｓ＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２ＳＯ４
細(xì)菌將Ｓ轉(zhuǎn)變成硫酸，從而引起混凝土破壞。