钢筋混凝土基础属于地下结构.影响其腐蚀的因素主要有以下几种:混凝土的密实性、抗化学腐蚀性、碱骨料反应以及钢筋的锈蚀等.
1. 密实性
混凝土的密实性直接影响混凝土的其他耐久性因素,如抗冻性、抗化学侵蚀性等.由于水泥在水化过程中会出现一些毛细孔隙,所以混凝土结构不可能绝对密实.从理论上讲,硅酸盐水泥完全水化所结合的水量只占水泥质量的22.7%,但为了保证有必要的毛细孔作为供水通道,使水泥完全水化的最少需水量为43.8%.因此,实际用水量都要比理论值偏大,从而使水灰比增大,混凝土的密实性减小.
2.抗化学腐蚀性
2·1 硫酸盐腐蚀
硫酸盐腐蚀在不同条件下主要有2种形式:E盐破坏和G盐破坏.E盐破坏即钙钒石膨胀破坏,通常发生在SO2-4质量浓度低于1000mg/L的情况下,其破坏产物为钙钒:4CaO·Al2O3·12H2O+3SO2-4+2Ca(OH)2+20H2O 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+6OH-,反应生成的钙钒石是溶解度极小的盐类矿物,极限石灰质量浓度只有0.045g/L,即使在很低质量浓度的石灰溶液中也能稳定存在.此类物质呈针柱状晶体,又称之为“水泥杆菌”,其体积增加了2.77倍,在混凝土内产生了巨大的膨胀应力.
2·2 镁盐腐蚀
镁盐主要以MgSO4和MgCl2的形式存在.当渗入到混凝土中,将会与水泥石中的Ca(OH)2发生复分解反应:
Ca(OH)2+MgSO4+2H2O CaSO4·2H2O+Mg(OH)2↓; Ca(OH)2+MgCl2CaCl2+Mg(OH)2↓.
反应生成的固相物质Mg(OH)2积聚在混凝土孔隙内,在一定程度上可以阻止外界侵蚀性介质的侵入,但该反应消耗了大量的Ca(OH)2,使混凝土的pH值降低,导致水泥石中的水化硅酸钙和水化铝酸钙与呈酸性的镁盐发生反应.以MgSO4为例:3CaO·Al2O3·6H2O+3MgSO4+6H2O 3(CaSO4·2H2O)+2Al(OH)3+3Mg(OH)2↓,
3CaO·2SiO2·3H2O+3MgSO4+9H2O 3(CaSO4·2H2O)+2SiO2·3H2O↓+3Mg(OH)2↓
反应生成的Mg(OH)2还能与铝胶、硅胶缓慢反应: 2Al(OH)3+Mg(OH)2Mg(AlO2)2+4H2O; 2SiO2·3H2O+2Mg(OH)22MgSiO3+5H2O,
结果将导致水泥石的粘结力下降,混凝土的强度大大降低.
2·3 氯盐腐蚀
这里的氯盐是指自由氯离子,已结晶固化的氯化物一般对混凝土不会有破坏作用.基于所处环境的不同,外部氯离子一般通过渗透、扩散等方式侵入混凝土中.它们可以和混凝土中的Ca(OH)2、3CaO·2Al2O3·3H2O等发生反应,生成易溶的CaCl2和带有大量结晶水且比反应物体积大几倍的固相化合物.反应式如下:
Ca(OH)2+2Cl-CaCl2+2OH-;
3CaCl2+3CaO·Al2O3·6H2O+25H2O 3CaO·Al2O3·3CaCl2·31H2O.
由上述反应式可以发现,Ca(OH)2的大量消耗,破坏了C—S—H凝胶和Ca(OH)2之间的平衡,导致C—S—H凝胶被大量分解,最终导致混凝土表面的溃散.此外,在混凝土干湿交替带,大量的CaCl2还会产生氯化钙结晶(CaCl2·6H2O)腐蚀.
3. 钢筋锈蚀
钢筋的锈蚀是一个电化学过程,由铁变成氧化铁,体积膨胀,钢筋锈蚀的不利影响主要表现在以下几个方面:
(1)混凝土顺筋开裂.钢筋在锈蚀过程中,体积会膨胀,根据最终锈蚀产物的不同,可膨胀2~6倍,对混凝土造成巨大的膨胀应力,使混凝土沿钢筋产生顺筋裂缝.一般来说,当混凝土内钢筋腐蚀率达到1%左右时,混凝土表面将会产生顺筋裂缝.
(2)钢筋与混凝土的粘结力下降.随着钢筋锈蚀反应的发生,钢筋与混凝土之间的粘结力将发生很大变化.在钢筋锈蚀初期(混凝土表面没有产生顺筋裂缝),钢筋与混凝土间的粘结力会随着锈蚀量的增加而有所提高,但当钢筋锈蚀到一定程度时(混凝土表面产生顺筋裂缝),粘结力将随锈蚀产物的增加而明显下降,甚至丧失,导致钢筋与混凝土不能协同工作.在荷载作用下,构件滑移增大,变形显著,严重时会使结构(构件)发生局部或整体失效.
(3)钢筋有效面积减小.钢筋在锈蚀过程中,其表面形成的锈蚀产物呈膨松状,承载力几乎丧失,使钢筋能够承受荷载的有效面积减小,实际承载力下降.
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