鋼筋混凝土基礎屬于地下結構.影響其腐蝕的因素主要有以下幾種:混凝土的密實性、抗化學腐蝕性、堿骨料反應以及鋼筋的銹蝕等.
1. 密實性
混凝土的密實性直接影響混凝土的其他耐久性因素,如抗凍性、抗化學侵蝕性等.由于水泥在水化過程中會出現一些毛細孔隙,所以混凝土結構不可能絕對密實.從理論上講,硅酸鹽水泥完全水化所結合的水量只占水泥質量的22.7%,但為了保證有必要的毛細孔作為供水通道,使水泥完全水化的最少需水量為43.8%.因此,實際用水量都要比理論值偏大,從而使水灰比增大,混凝土的密實性減小.
2.抗化學腐蝕性
2·1 硫酸鹽腐蝕
硫酸鹽腐蝕在不同條件下主要有2種形式:E鹽破壞和G鹽破壞.E鹽破壞即鈣釩石膨脹破壞,通常發生在SO2-4質量濃度低于1000mg/L的情況下,其破壞產物為鈣釩:4CaO·Al2O3·12H2O+3SO2-4+2Ca(OH)2+20H2O 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+6OH-,反應生成的鈣釩石是溶解度極小的鹽類礦物,極限石灰質量濃度只有0.045g/L,即使在很低質量濃度的石灰溶液中也能穩定存在.此類物質呈針柱狀晶體,又稱之為“水泥桿菌”,其體積增加了2.77倍,在混凝土內產生了巨大的膨脹應力.
2·2 鎂鹽腐蝕
鎂鹽主要以MgSO4和MgCl2的形式存在.當滲入到混凝土中,將會與水泥石中的Ca(OH)2發生復分解反應:
Ca(OH)2+MgSO4+2H2O CaSO4·2H2O+Mg(OH)2↓; Ca(OH)2+MgCl2CaCl2+Mg(OH)2↓.
反應生成的固相物質Mg(OH)2積聚在混凝土孔隙內,在一定程度上可以阻止外界侵蝕性介質的侵入,但該反應消耗了大量的Ca(OH)2,使混凝土的pH值降低,導致水泥石中的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣與呈酸性的鎂鹽發生反應.以MgSO4為例: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↓
反應生成的Mg(OH)2還能與鋁膠、硅膠緩慢反應: 2Al(OH)3+Mg(OH)2Mg(AlO2)2+4H2O; 2SiO2·3H2O+2Mg(OH)22MgSiO3+5H2O,
結果將導致水泥石的粘結力下降,混凝土的強度大大降低.
2·3 氯鹽腐蝕
這里的氯鹽是指自由氯離子,已結晶固化的氯化物一般對混凝土不會有破壞作用.基于所處環境的不同,外部氯離子一般通過滲透、擴散等方式侵入混凝土中.它們可以和混凝土中的Ca(OH)2、3CaO·2Al2O3·3H2O等發生反應,生成易溶的CaCl2和帶有大量結晶水且比反應物體積大幾倍的固相化合物.反應式如下:
Ca(OH)2+2Cl-CaCl2+2OH-;
3CaCl2+3CaO·Al2O3·6H2O+25H2O 3CaO·Al2O3·3CaCl2·31H2O.
由上述反應式可以發現,Ca(OH)2的大量消耗,破壞了C—S—H凝膠和Ca(OH)2之間的平衡,導致C—S—H凝膠被大量分解,最終導致混凝土表面的潰散.此外,在混凝土干濕交替帶,大量的CaCl2還會產生氯化鈣結晶(CaCl2·6H2O)腐蝕.
3. 鋼筋銹蝕
鋼筋的銹蝕是一個電化學過程,由鐵變成氧化鐵,體積膨脹,鋼筋銹蝕的不利影響主要表現在以下幾個方面:
(1)混凝土順筋開裂.鋼筋在銹蝕過程中,體積會膨脹,根據最終銹蝕產物的不同,可膨脹2~6倍,對混凝土造成巨大的膨脹應力,使混凝土沿鋼筋產生順筋裂縫.一般來說,當混凝土內鋼筋腐蝕率達到1%左右時,混凝土表面將會產生順筋裂縫.
(2)鋼筋與混凝土的粘結力下降.隨著鋼筋銹蝕反應的發生,鋼筋與混凝土之間的粘結力將發生很大變化.在鋼筋銹蝕初期(混凝土表面沒有產生順筋裂縫),鋼筋與混凝土間的粘結力會隨著銹蝕量的增加而有所提高,但當鋼筋銹蝕到一定程度時(混凝土表面產生順筋裂縫),粘結力將隨銹蝕產物的增加而明顯下降,甚至喪失,導致鋼筋與混凝土不能協同工作.在荷載作用下,構件滑移增大,變形顯著,嚴重時會使結構(構件)發生局部或整體失效.
(3)鋼筋有效面積減小.鋼筋在銹蝕過程中,其表面形成的銹蝕產物呈膨松狀,承載力幾乎喪失,使鋼筋能夠承受荷載的有效面積減小,實際承載力下降.
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