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摘要：本文针对无数处理构筑物混凝土特点，分析了钢筋混凝土结构的腐蚀机理，总结了适用的防腐蚀方法，提出了耐久性设计需要解决的问题。
关键词：水工、钢筋混凝土、腐蚀、防治
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国环保事业的发展，近年来我国东部沿海地区许多滨海环境下的污水处理厂已经或正在兴建。滨海环境的地下水，由于受海水的影响，大多富含氯离子、硫酸根离子、镁离子等对钢筋混凝土有害的物质，在一些紧邻海岸线，地基土层透水性较强时，地下水水质甚至等同于海水。如何解决滨海环境侵蚀性地下水对钢筋混凝土构筑物腐蚀问题，关系到工程的耐久性，目前已经成为水处理行业结构工程专业关注的焦点问题之一。
滨海环境侵蚀性地下水对钢筋混凝土结构的腐蚀机理
分析和研究钢筋混凝土结构遭受腐蚀的原因进而采取相应的措施提高其抗侵蚀性是提高钢筋混凝土结构耐久性，延长构筑物使用寿命的重要措施。
1.1滨海环境侵蚀性地下水对混凝土的腐蚀机理
1）溶出性侵蚀
当混凝土长期与一些暂时硬度较小的水（如雨水、蒸馏水、重碳酸盐含量少的江河湖水）接触时，水泥石中的Ca(OH)2溶解析出，当为静水和无压水时，溶出反应仅限于混凝土表面，影响不大，但在流水及壓力水作用下，会不断流失，随着浓度不断降低，水泥石中的C-S-H凝胶等水化产物也会分解溶出，使得混凝土内的孔隙增加、强度降低，进而造成混凝土中钢筋的腐蚀加剧。
2）离子交换腐蚀
滨海环境地下水中的镁盐（如MgCl2）与水泥石中的Ca(OH)2发生反应
Ca(OH)2+MgCl2 → CaCl2+Mg(OH)2
生成的CaCl2 易溶于水，Mg(OH)2疏松无胶凝性。当地下水中含有较多的CO2或混凝土处于干湿交替环境时，混凝土会发生碳化，使混凝土的碱性降低。
Ca(OH)2+CO2 +H2O → CaCO3+2H2O
CaCO3+ CO2 +H2O → Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2易溶于水, 混凝土中的Ca(OH)2减少，使得水化产物进一步分解，混凝土内的孔隙增加、强度降低，进而造成混凝土中钢筋的腐蚀加剧。
3）结晶腐蚀
当地下水中含有较多的钾、钠、镁等硫酸盐时，能与混凝土发生中和反应
Ca(OH)2+MgSO4 +2H2O→CaSO4·2 H2O + Mg(OH)2
4CaO·Al2O3·12H2O·2 H2O +3CaSO4+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O + Ca(OH)2
MgSO4起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用，Mg(OH)2疏松无胶凝性，同时高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，且难溶于水，比原体积膨胀1.5倍以上，在混凝土内产生很大的膨胀应力，从而导致混凝土的开裂。
4）强碱腐蚀
铝酸盐含量较大的硅酸盐水泥混凝土，在强碱（如NaOH）作用下也会发生破坏
3CaO.Al2O3+6NaOH → 3Na2O.Al2O3+3Ca(OH)2
生成的铝酸钠易溶于水。当混凝土被NaOH侵透后，与空气中的CO2反应
2NaOH+CO2 → Na2CO3+H2O
生成Na2CO3，从化学性质上对混凝土并无腐蚀性，但在干湿交替环境下，Na2CO3能渗入混凝土的毛细孔内结晶沉淀生成含水碳酸钠，体积膨胀导致混凝土开裂。
1.2滨海环境侵蚀性地下水对钢筋的腐蚀机理
钢筋锈蚀的过程就是阳极反应和阴极反应不断进行，并在钢筋表面析出Fe(OH)2的过程，其化学反应过程如下所示。
Fe → Fe2+ + 2e-(阳极反应)
2H2O +O2 + 4e- → 4OH-(阴极反应)
2Fe +2H2O +O2 → 2Fe(OH)2
在水和氧气存在的条件下，Fe(OH)2会继续氧化
4Fe(OH)2 + 2H2O +O2 → 4Fe(OH)3
以上对钢筋混凝土结构的腐蚀机理的分析表明，钢筋混凝土的表面既有水又有氧气和二氧化碳时，钢筋混凝土将会遭受腐蚀，水中对混凝土有害物质的存在，会加速腐蚀的过程。
2．提高钢筋混凝土结构抗腐蚀性的方法
2.1 合理选择水泥品种
不同品种的水泥，其化学成分及制成混凝土后的性能不同，其耐腐蚀程度也不相同，因此正确选择混凝土的水泥品种十分重要。
2.2 合理选择混凝土添加剂
在混凝土中掺加减水剂，可以减少拌合水量，可以达到提高混凝土密实性的目的；掺入引气剂，可以在混凝土搅拌过程中产生大量均匀分布的微小气泡，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗渗性能，达到抑制腐蚀的目的
对于污水处理厂的给排水构筑物，平面尺寸经常会超出规范伸缩缝的允许尺寸，设计上为防止混凝土开裂，有时会要求在混凝土中添加膨胀剂。不同使用目的下多种添加剂并用时，一定要采取谨慎的态度，根据施工现场试验结果决定添加剂的种类和配比，以期达到最佳的工程效果。
2.3 严格控制氯离子含量
我国现行规范GB50010-2002根据使用年限、环境类别规定混凝土中的最大氯离子含量为0.06~1.0%。当混凝土外加剂、骨料、水等原材料的氯离子含量超标时，不得使用，否则必须采取技术措施。而外部环境的渗透则靠提高混凝土密实度、提高抗渗性、加大保护层厚度等措施来防止。
2.4 严格控制水灰比、水泥用量、提高混凝土强度等级
同一水泥品种的混凝土抗侵蚀性随着水灰比的减小而增强。水泥水化时所需得结合水，一般只占水泥质量的23%左右，混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发形成毛细孔，因此水灰比过大，则混凝土密实性降低，但水灰比过小，则无法保证混凝土浇筑质量，易出现蜂窝、麻面等质量问题。滨海环境受侵蚀性地下水作用的钢筋混凝土构筑物，混凝土的水灰比不宜大于0.5，最好不大于0.45。
2.5 加大保护层厚度
保护层厚度直接影响钢筋的使用寿命，同样条件下（环境介质、水泥用量、水灰比、水泥品种、添加剂、振捣和养护方法等）加大混凝土保护层，能延缓钢筋混凝土的腐蚀。我国现行规范GB50010-2002根据使用年限、环境类别、混凝土强度等级及构件类别对混凝土保护层厚度分别作了规定，设计时应合理选择，施工时应严格控制。但应当注意，加大保护层厚度意味着加大了结构断面的尺寸，同时当保护层超过一定厚度时，还应采取防止混凝土表面裂缝的构造措施。
2.6用环氧树脂涂层钢筋
环氧树脂涂层具有很高的化学稳定性和耐腐蚀性，且膜层具有不渗透性，能阻止水、氧、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触。且环氧树脂涂层的弹性和耐摩擦性良好。《混凝土结构设计规范》GB50011-2002 规定：“三类环境下，钢筋混凝土结构宜采用环氧树脂涂层钢筋”。
2.7混凝土表面涂覆防腐涂层
根据混凝土的高碱性、含水性和多孔性特点，防腐涂层应具备耐碱性、耐久性和浸渍性的性能并且与混凝土有良好的结合力，同时涂料必须是安全、无毒和环保型的。但对地下工程来说，外加防腐涂层的防腐蚀方法应用范围有时会受到限制，如桩基础等；且防腐涂层有效时限短、一般寿命为5~6年，维护困难且费用大。
近年来随着钢筋混凝土防腐蚀问题研究的不断深入，也有一些电化学的防腐蚀方法，考虑到给水排水工程结构的适用性，本文不再多作论述。
3．结束语
由于钢筋混凝土结构化学成分的复杂性及环境影响因素的不确定性，其腐蚀过程是非常复杂的。目前的研究大多是基于单一影响因素而进行的，还缺乏多种因素综合作用下腐蚀过程的理论和试验研究。
目前在水处理行业，混凝土的耐久性问题，尚需要工程建设各个部门的高度重视，加大研究力度，解决混凝土耐久性的定量化设计问题，实现与设计使用年限相关的耐久性设计，并落实到工程的设计、施工、管理等规范中去。只有这样，耗资巨大的污水处理厂等工程，才能满足合理使用年限内的安全性要求，使工程发挥更有效、更长期的社会效益和经济效益。
关键词：水工、钢筋混凝土、腐蚀、防治
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国环保事业的发展，近年来我国东部沿海地区许多滨海环境下的污水处理厂已经或正在兴建。滨海环境的地下水，由于受海水的影响，大多富含氯离子、硫酸根离子、镁离子等对钢筋混凝土有害的物质，在一些紧邻海岸线，地基土层透水性较强时，地下水水质甚至等同于海水。如何解决滨海环境侵蚀性地下水对钢筋混凝土构筑物腐蚀问题，关系到工程的耐久性，目前已经成为水处理行业结构工程专业关注的焦点问题之一。
滨海环境侵蚀性地下水对钢筋混凝土结构的腐蚀机理
分析和研究钢筋混凝土结构遭受腐蚀的原因进而采取相应的措施提高其抗侵蚀性是提高钢筋混凝土结构耐久性，延长构筑物使用寿命的重要措施。
1.1滨海环境侵蚀性地下水对混凝土的腐蚀机理
1）溶出性侵蚀
当混凝土长期与一些暂时硬度较小的水（如雨水、蒸馏水、重碳酸盐含量少的江河湖水）接触时，水泥石中的Ca(OH)2溶解析出，当为静水和无压水时，溶出反应仅限于混凝土表面，影响不大，但在流水及壓力水作用下，会不断流失，随着浓度不断降低，水泥石中的C-S-H凝胶等水化产物也会分解溶出，使得混凝土内的孔隙增加、强度降低，进而造成混凝土中钢筋的腐蚀加剧。
2）离子交换腐蚀
滨海环境地下水中的镁盐（如MgCl2）与水泥石中的Ca(OH)2发生反应
Ca(OH)2+MgCl2 → CaCl2+Mg(OH)2
生成的CaCl2 易溶于水，Mg(OH)2疏松无胶凝性。当地下水中含有较多的CO2或混凝土处于干湿交替环境时，混凝土会发生碳化，使混凝土的碱性降低。
Ca(OH)2+CO2 +H2O → CaCO3+2H2O
CaCO3+ CO2 +H2O → Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2易溶于水, 混凝土中的Ca(OH)2减少，使得水化产物进一步分解，混凝土内的孔隙增加、强度降低，进而造成混凝土中钢筋的腐蚀加剧。
3）结晶腐蚀
当地下水中含有较多的钾、钠、镁等硫酸盐时，能与混凝土发生中和反应
Ca(OH)2+MgSO4 +2H2O→CaSO4·2 H2O + Mg(OH)2
4CaO·Al2O3·12H2O·2 H2O +3CaSO4+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O + Ca(OH)2
MgSO4起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用，Mg(OH)2疏松无胶凝性，同时高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，且难溶于水，比原体积膨胀1.5倍以上，在混凝土内产生很大的膨胀应力，从而导致混凝土的开裂。
4）强碱腐蚀
铝酸盐含量较大的硅酸盐水泥混凝土，在强碱（如NaOH）作用下也会发生破坏
3CaO.Al2O3+6NaOH → 3Na2O.Al2O3+3Ca(OH)2
生成的铝酸钠易溶于水。当混凝土被NaOH侵透后，与空气中的CO2反应
2NaOH+CO2 → Na2CO3+H2O
生成Na2CO3，从化学性质上对混凝土并无腐蚀性，但在干湿交替环境下，Na2CO3能渗入混凝土的毛细孔内结晶沉淀生成含水碳酸钠，体积膨胀导致混凝土开裂。
1.2滨海环境侵蚀性地下水对钢筋的腐蚀机理
钢筋锈蚀的过程就是阳极反应和阴极反应不断进行，并在钢筋表面析出Fe(OH)2的过程，其化学反应过程如下所示。
Fe → Fe2+ + 2e-(阳极反应)
2H2O +O2 + 4e- → 4OH-(阴极反应)
2Fe +2H2O +O2 → 2Fe(OH)2
在水和氧气存在的条件下，Fe(OH)2会继续氧化
4Fe(OH)2 + 2H2O +O2 → 4Fe(OH)3
以上对钢筋混凝土结构的腐蚀机理的分析表明，钢筋混凝土的表面既有水又有氧气和二氧化碳时，钢筋混凝土将会遭受腐蚀，水中对混凝土有害物质的存在，会加速腐蚀的过程。
2．提高钢筋混凝土结构抗腐蚀性的方法
2.1 合理选择水泥品种
不同品种的水泥，其化学成分及制成混凝土后的性能不同，其耐腐蚀程度也不相同，因此正确选择混凝土的水泥品种十分重要。
2.2 合理选择混凝土添加剂
在混凝土中掺加减水剂，可以减少拌合水量，可以达到提高混凝土密实性的目的；掺入引气剂，可以在混凝土搅拌过程中产生大量均匀分布的微小气泡，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗渗性能，达到抑制腐蚀的目的
对于污水处理厂的给排水构筑物，平面尺寸经常会超出规范伸缩缝的允许尺寸，设计上为防止混凝土开裂，有时会要求在混凝土中添加膨胀剂。不同使用目的下多种添加剂并用时，一定要采取谨慎的态度，根据施工现场试验结果决定添加剂的种类和配比，以期达到最佳的工程效果。
2.3 严格控制氯离子含量
我国现行规范GB50010-2002根据使用年限、环境类别规定混凝土中的最大氯离子含量为0.06~1.0%。当混凝土外加剂、骨料、水等原材料的氯离子含量超标时，不得使用，否则必须采取技术措施。而外部环境的渗透则靠提高混凝土密实度、提高抗渗性、加大保护层厚度等措施来防止。
2.4 严格控制水灰比、水泥用量、提高混凝土强度等级
同一水泥品种的混凝土抗侵蚀性随着水灰比的减小而增强。水泥水化时所需得结合水，一般只占水泥质量的23%左右，混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发形成毛细孔，因此水灰比过大，则混凝土密实性降低，但水灰比过小，则无法保证混凝土浇筑质量，易出现蜂窝、麻面等质量问题。滨海环境受侵蚀性地下水作用的钢筋混凝土构筑物，混凝土的水灰比不宜大于0.5，最好不大于0.45。
2.5 加大保护层厚度
保护层厚度直接影响钢筋的使用寿命，同样条件下（环境介质、水泥用量、水灰比、水泥品种、添加剂、振捣和养护方法等）加大混凝土保护层，能延缓钢筋混凝土的腐蚀。我国现行规范GB50010-2002根据使用年限、环境类别、混凝土强度等级及构件类别对混凝土保护层厚度分别作了规定，设计时应合理选择，施工时应严格控制。但应当注意，加大保护层厚度意味着加大了结构断面的尺寸，同时当保护层超过一定厚度时，还应采取防止混凝土表面裂缝的构造措施。
2.6用环氧树脂涂层钢筋
环氧树脂涂层具有很高的化学稳定性和耐腐蚀性，且膜层具有不渗透性，能阻止水、氧、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触。且环氧树脂涂层的弹性和耐摩擦性良好。《混凝土结构设计规范》GB50011-2002 规定：“三类环境下，钢筋混凝土结构宜采用环氧树脂涂层钢筋”。
2.7混凝土表面涂覆防腐涂层
根据混凝土的高碱性、含水性和多孔性特点，防腐涂层应具备耐碱性、耐久性和浸渍性的性能并且与混凝土有良好的结合力，同时涂料必须是安全、无毒和环保型的。但对地下工程来说，外加防腐涂层的防腐蚀方法应用范围有时会受到限制，如桩基础等；且防腐涂层有效时限短、一般寿命为5~6年，维护困难且费用大。
近年来随着钢筋混凝土防腐蚀问题研究的不断深入，也有一些电化学的防腐蚀方法，考虑到给水排水工程结构的适用性，本文不再多作论述。
3．结束语
由于钢筋混凝土结构化学成分的复杂性及环境影响因素的不确定性，其腐蚀过程是非常复杂的。目前的研究大多是基于单一影响因素而进行的，还缺乏多种因素综合作用下腐蚀过程的理论和试验研究。
目前在水处理行业，混凝土的耐久性问题，尚需要工程建设各个部门的高度重视，加大研究力度，解决混凝土耐久性的定量化设计问题，实现与设计使用年限相关的耐久性设计，并落实到工程的设计、施工、管理等规范中去。只有这样，耗资巨大的污水处理厂等工程，才能满足合理使用年限内的安全性要求，使工程发挥更有效、更长期的社会效益和经济效益。