[发明专利]海洋混凝土抗腐蚀外加剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土外加剂，具体说是一种海洋混凝土抗腐蚀外加剂。

背景技术

21世纪是海洋世纪。我国是一个海洋大国，正处于经济高速发展时期，许多耗资巨大的 重要建筑物，如跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、海港、近海工程等已经或正在兴建， 这些处于海洋环境条件下混凝土结构的耐久性自然成为土木工程界关注的焦点。为保证跨海 大桥以及海底隧道等海工混凝土结构的耐久性，在国内有些超大型工程甚至采用了100年设 计基准期，混凝土工程采取以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。

海洋是氯离子的主要来源，海水中通常含有3％左右的盐，其中主要是氯离子。以Cl^-计， 海水中的含量约为19000mg/L。根据国内外相关调查，处于浪溅区的海港码头以及海工混凝 土构筑物钢筋腐蚀引起的混凝土结构破坏是相当普遍和严重的。其原因除了施工质量存在一 定问题外，另一主要因素是当时对氯离子侵入引发钢筋锈蚀的严重性认识不足。混凝土中钢 筋锈蚀可由两种因素诱发，一是海水中Cl^-侵蚀，二是大气中的CO₂使混凝土中性化。国内外 大量工程调查和科学研究结果表明，海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素 是Cl^-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀，从而引起混凝土内部局 部膨胀，应力集中后混凝土涨裂，混凝土耐久性恶化。在跨海大桥周边沿海码头调查中亦证 实，海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于Cl^-渗透速度，中等质量的混凝土自然碳化速度平 均为3mm/10年。因此，影响跨海大桥结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl^-渗透速度。

氯离子对钢筋锈蚀机理：

(1)破坏钝化膜

水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生一层致密的钝化膜。钝化膜只有在高碱性环 境中才是稳定的，当pH＜11.5时，就开始不稳定，当pH＜9.88时该钝化膜生成困难或已经 生成的钝化膜逐渐破坏。Cl^-是极强的去钝化剂，Cl^-进入混凝土到达钢筋表面吸附于局部钝化 膜处时，可使该处的pH值迅速降低，可使钢筋表面pH值降低到4以下，从而破坏钢筋表面 的钝化膜。

(2)形成腐蚀电池

如果在大面积的钢筋表面上具有高浓度氯化物，则氯化物所引起的腐蚀可能是均匀腐蚀， 但是在不均质的混凝土中，常见的是局部腐蚀。Cl^-对钢筋表面钝化膜的破坏发生在局部，使 这些部位露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域形成电位差，铁基体作为阳极而受腐蚀，大 面积钝化膜区域作为阴极，构成腐蚀电池。腐蚀电池作用的结果是，在钢筋表面产生蚀坑， 由于大阴极(钝化膜区)对应小阳极(钝化膜破坏点)，蚀坑发展十分迅速。

(3)去极化作用

Cl^-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作用。通常把使阳极过程受阻称 作阳极极化作用，而把加速阳极极化作用称作去极化作用，Cl^-正是发挥了阳极去极化作用。

国内外相关科研成果和长期工程实践调研显示，当前提高海洋钢筋混凝土工程耐久性的 主要技术措施有：

(1)采用高性能海工混凝土

其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料(主要是粉煤灰和磨细矿粉)和高效减水剂复 合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐 久的混凝土材料。高性能海工混凝土以较高的抗氯离子渗透性为特征，其优异的耐久性和性能 价格比已受到国际上研究和工程界的认同。

(2)采用钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂通过影响钢筋和电介质之间的电化学反应，通过提高氯离子促使钢筋腐蚀的 临界浓度来稳定钢筋表面的氧化物保护膜，可以有效地阻止钢筋腐蚀发生，从而延长钢筋混 凝土的使用寿命，因为阻锈剂的作用可以自发地在钢筋表面上形成钝化膜，只要有致钝环境， 即使钝化膜破坏也可以自行再生，自动维持，这不仅优于任何人为涂层，而且经济、简便。 但由于其有效用量较大，作为辅助措施较为适宜。最好的办法是是将电解质的pH值提高到 12左右，使钢筋表面有一层稳定的钝化膜使阳极反应难以进行，从而阻止钢筋的腐蚀，并能 长期保证其稳定状态，从而有效地阻止了钢筋的锈蚀。

(3)采用海水耐蚀剂