大气二氧化碳腐蚀环境下混凝土对钢筋的保护亟待加强

大气二氧化碳腐蚀环境下混凝土对钢筋的保护亟待加强

一．影响混凝土对钢筋保护作用的关键因素

1．钢筋混凝土保护层的厚度
清华大学教授中国工程院陈肇元院士在《钢筋的混凝土保护层设计要求急待改善》一文中指出，混凝土结构的安全使用年限近似与保护层厚度的平方成反比关系。因此，钢筋的混凝土保护层厚度是影响混凝土对钢筋保护作用的主要因素之一。

2．保护层混凝土的碱度
建立并维持保护层混凝土较高碱度的碱性环境对保障钢筋表面钝化膜的稳定与完整具有十分重要的意义。
要建立保护层混凝土较高的碱度的碱性环境，需要单方混凝土硅酸盐水泥孰料用量达到一定的水平之上。中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组在《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中，建议单方混凝土水泥孰料用量不低于240kg。
要维持保护层混凝土较高碱度的碱性环境，需要保证保护层混凝土密实度高，抗渗透能力强，抗裂性好。

3．保护层混凝土的密实度与抗水、气渗透能力
要隔绝外部环境因素对钢筋的影响，钢筋的保护层混凝土必须具备一定的密实度。既使拥有再厚的保护层，如果保护层混凝土本身不密实，也是无法为钢筋提供有效保护的。

4． 保护层混凝土的抗裂性能
贯穿保护层混凝土的裂缝可成为腐蚀性介质源源不断抵达钢筋表面的通道。因此，只有拥有良好抗裂性能的混凝土才能为钢筋提供有效的保护。

二．钢筋的混凝土保护层厚度不足以为钢筋提供有效的保护
《混凝土结构设计规范GB50010—2010》与《混凝土结构工程质量验收规范GB50204—2002》关于钢筋保护层的规定不协调。《混凝土结构设计规范GB50010—2010》在没有充分考虑必要的施工偏差对保护层有效厚度的影响的情况下，规定的钢筋的混凝土保护层厚度设计值明显低于国际知名规范的规定。《混凝土结构工程质量验收规范GB50204—2002》附录E又规定了较大的施工检验允许负偏差。在设计和施工均符合规范规定的理想条件下，能保证的钢筋的混凝土保护层有效厚度仅仅7～9mm。实际施工过程中这样的理想状态是得不到保障的。

三．阴阳配合比导致单方混凝土硅酸盐水泥孰料实际用量不足，难以在保护层混凝土中建立与维持能确保钢筋钝化膜稳定与完整的碱性环境。

当前由于阴阳配合比盛行，单方混凝土实际硅酸盐水泥用量普遍远低于有关标准规范的规定和施工图设计文件的要求。以常用的C30泵送混凝土为例，根据本人在全国范围内的调研，单方混凝土普通硅酸盐水泥用量一般在170～220kg。
什么是“阴阳”配合比呢？
“阳”配合比是指混凝土搅拌站出具给施工单位的对外明示的混凝土配合比，一般水泥品质好，用量大。
“阴”配合比是指混凝土搅拌站实际生产使用的秘不示人的混凝土配合比，一般水泥品质差，用量少。
由于国内普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥孰料用量一般达不到标准规定的含量（不少于75%），单方混凝土硅酸盐水泥孰料用量一般在120～160kg。远低于《混凝土结构耐久性设计与施工指南》单方混凝土水泥孰料用量不低于240kg的建议值。

四．养护制度与配合比不匹配，养护不良导致保护层混凝土密实度变差，难以为钢筋提供保护。
要缩短养护时间，就不能使用低成本大掺合料混凝土；要使用低成本大掺合料混凝土，就必须延长养护时间。
面对激烈的竞争压力，当前比较普遍的情况是既使用低成本大掺量矿物掺合料混凝土，但又难以保证必要的养护。片面追求施工进度，早拆模成为常态。由于过早拆模、养护不良等原因，混凝土表层过快失水，形成利于腐蚀介质快速渗透的连通的毛细孔结构。劣化的保护层混凝土难以抵御空气中二氧化碳和水蒸气联合作用形成的碳化腐蚀，一个月龄期混凝土碳化深度一般在４～６ｍｍ，严重者达10ｍｍ以上。而正常情况下，２年龄期混凝土碳化深度应不超过１ｍｍ。


五．水泥生产片面追求高细度、大早强，混凝土抗裂性能因此变差，难以为钢筋提供有效保护。

有关研究表明，要保证混凝土具备良好的抗裂性能，水泥的比表面积最好不高于320m2/kg。《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范JTG/T B07-01-2006》建议水泥比表面积不宜超过350 m2/kg。
一方面，水泥生产企业为了追求高早强，不断提高水泥细度。
另一方面，为了超标加入更多矿物混合材以降低成本，也要尽可能增加细度以保证强度。
因此，水泥生产与销售中也一样存在着严重的阴阳配合比问题。市售量产普通硅酸盐水泥组分中的硅酸盐水泥孰料含量远低于质量证明文件明示的含量。连国家标准《通用硅酸盐水泥》规定的普通硅酸盐水泥中孰料和石膏含量不得低于80%的规定都难以达到。
现在国内水泥比表面积大多在380 m2/kg左右，少数企业的产品比表面积甚至更高，超过400 m2/kg。