钢筋阻锈剂的分类及性能

1、应用背景 

即使混凝土材料、设计和施工的质量都很好，随着服役时间的延长，桥梁结构还是会出现各种各样的病害。如果混凝土材料或施工质量不好，或设计有缺陷等都会加速病害的发生和发展速度。在各种影响混凝土耐久性的因素中，氯离子的作用最为明显，它的渗入会导致严重的钢筋锈蚀，从而引起混凝土的分层与破碎。高质量的材料、施工和设计可以提高新桥梁的耐久性，但仍然有许多理由需要对这些新桥进行保护以便使其能达到或超过设计服役寿命。对已经服役一定时间的桥梁，更要进行经常性的保护和维修，以便使其经常处于良好的条件下，延长服役寿命。 

美国标准局1975年调查表明：美国全年腐蚀损失为700亿美元，其中混凝土中钢筋锈蚀的损失占40％，1989年美国运输部门给国会的关于美国公路与桥梁状况的报告中指出：“现在积压着有待修补的混凝土桥梁的维修费是1550亿美元”。到1995年，美国的总腐蚀损失为3000亿美元，其中基础设施钢筋腐蚀占到50%，腐蚀损失高于水、风、火灾的总和。美国公路研究战略计划披露，到20世纪末，为更换或修复冬天撒除冰盐引起的破损公路混凝土桥面板，估计要耗资4000亿美元，其中大部分是由钢筋锈蚀引起的。 

近年来，由于环境恶化等一系列原因，国内铁路混凝土梁病害的数量急剧增长，已成为桥梁维护工作者的一大难题。国内公路及市政部门，也有类似的情况。像北京、天津的钢筋混凝土立交桥，很多虽然使用时间还不长，却已广泛显示钢筋锈蚀和混凝土顺筋胀裂的破坏迹象，从而过早地失去了使用功能。

防止钢筋腐蚀的技术措施可分为两大类。一类是重视混凝土质量，提高混凝土自身的防护能力，如采用高密实、抗裂混凝土等；第二类为采用混凝土外涂层、特种钢筋（如环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋等）、阴极保护及钢筋阻锈剂等附加措施的技术方法。作为耐久性措施，美国混凝土学会（ACI）认为除混凝土外涂层之外的三种方法都可以起到长期有效的抗腐蚀作用。而这三种措施各有特点与利弊，而钢筋阻锈剂则被证明是最简单经济和效果明显的技术措施。美国钢筋阻锈剂协会（CCIA）报告中指出“商业钢筋阻锈剂已经使用了20多年，大量应用于海工混凝土、桥梁、停车场等结构。…证明钢筋阻锈剂是最有效的防护方法”。 

2、钢筋阻锈剂的分类 

钢筋阻锈剂是指加入混凝土中或涂刷在混凝土表面，能阻止或减缓钢筋腐蚀的化学物质。一些能改善混凝土对钢筋防护性能的添加剂或外涂保护剂（如硅灰、硅烷浸渍剂等）不属于钢筋阻锈剂范畴，钢筋阻锈剂必须能直接阻止或延缓钢筋锈蚀。目前市场上的阻锈剂主要有以下几种分类： 

（1）按使用方式和应用对象分

掺入型（DCI）：掺加到混凝土中，主要用于新建工程也可用于修复工程。 

渗透型（MCI）：喷涂于混凝土外表面，主要用于已建工程的修复。

（2）按形态分

水剂型：国外产品主要是水剂型。

粉剂型：国内产品主要是粉剂型。 

（3）按化学成份分 

无机型：成份主要由无机化学物质组成 

有机型：成份主要由有机化学物质组成 混合型：由有机和无机化学物质组成 

（4）按作用原理分 

阳极型：混凝土中钢筋腐蚀通常是一个电化学过程。凡能够阻止或减缓阳极过程的物质被称作阳极型阻锈剂。典型的化学物质有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐等。它们能在钢筋表面形成“钝化膜”。早期常用亚硝酸盐来做钢筋阻锈剂的主要成份。此类阻锈剂的缺点是在氯离子浓度大到一定程度时会产生局部腐蚀和加速腐蚀，被称作“危险性”阻锈剂。另外该类阻锈剂还有致癌、引起碱骨料反应、影响坍落度等劣点，因此现已很少作为阻锈剂使用。 

阴极型：通过吸附成膜，能够阻止或减缓阴极过程的物质。如锌酸盐、某些磷酸盐以及一些有机化合物等。这类物质虽然没有危险性，但单独作用时，其效能不如阳极型明显。 

混合型：将阴极型、阳极型、提高电阻型、降低氧化等多种物质合理搭配而成的综合型阻锈剂。 

（5）按产品分类 

含有亚硝酸盐类的阻锈剂（Calcium Nitrite; Sodium Nitrite， etc.），如DCI系列、Postrite系列等 。

含有氨基醇类的阻锈剂 （Aminoalcohols; Dimethylamino-ethanol, etc. ），如SiKaFerrogard系列，MCI2000型等 。

含有氨基羧酸类阻锈剂 （Aminocarboxylates），如MCI2020型、 MCI2006NS型等 。

含有氨基酯类阻锈剂 （Aminoester），如Rheocrete系列 。

含有有机硅氧烷及特殊抑制剂组合（Silanes and Corrosion Inhibitors），如Protectosil CIT 。

3．钢筋阻锈剂的主要性能指标 

（1）腐蚀电流的降低 

钢筋阻锈剂的主要功能在于能够阻止或减缓混凝土内部钢筋的锈蚀速度，而腐蚀电流的大小正式描述锈蚀速度的最重要参数。处于理想的不腐蚀状态的钢筋，其表面有一层很薄的氧化层，这一氧化层在碱性环境下可以使钢筋免受侵蚀。在这种情况下受到保护的钢材，其电位与产生锈蚀部分的钢材电位是不相同的。用电量测方法可以得出结构不同部位钢筋锈蚀危险性如何变化的信息。 

（2）滤除氯离子的性能 

混凝土中Cl-含量对钢筋锈蚀的影响极大，当混凝土中含有Cl-时，即使混凝土的碱度还较高，钢筋周围的混凝土尚未碳化，钢筋也会出现锈蚀的现象。这是因为Cl-的半径小，活性大，具有很强的穿透钝化膜的能力，致使钢筋表面的钝化膜局部破坏，从而使钢筋产生所谓的坑蚀现象。氯离子不断地结合Fe2+生成氯化铁后，与OH-发生反应后重新释放，继续去结合新的Fe2+。这种反应过程是恶性的，混凝土中及钢筋表面的氯离子并不会消亡。只要氯离子存在，这种反应就会一直持续下去，直至钢筋完全被锈蚀。有资料表明，混凝土中氯化物含量达0.6~1.2kg/m3，钢筋的腐蚀过程就可以发生。由于氯离子对钢筋混凝土的危害，对混凝土中氯化物的含量应严格加以控制。 

因此，一种阻锈剂是否能有效地降低混凝土中及钢筋表面的氯离子含量，就成为评定其阻锈性能的最重要因素。国家标准《混凝土结构加固设计规范》中明确规定，喷涂型阻锈剂对氯离子含量的降低率必须大于90％。

（3）高温、高湿环境下的工作性能 

高温、高湿条件是钢筋混凝土结构加速劣化的重要外部环境。室温环境下有效的阻锈剂未必可以在高温高湿条件下继续保持其有效性。 

严重的锈蚀现象往往又都是在高温、高湿等恶劣环境下产生的。因此，阻锈剂在高温、高湿环境下的工作性能就变得相当重要。 

（4）环保性能 

喷涂型阻锈剂的主要成份是有机化学物质，在其储藏、运输和使用时应避免对环境的污染。应选取无毒、无害的环保型阻锈剂。