摘要：介绍了目前地下混凝土结构防腐抗渗及钢筋耐锈蚀的方法和今后发展的方向，并就这几种方法的优缺点进行了分析，同时提出建筑用钢材的延伸加工——增加镀层的设想和重点工程在设计时通过增大保护层厚度方法来实现防腐抗渗等。
关键词：阴极电位保护;结构自防法;逆作法涂层
由于压力水的作用、流入地下的工业废水的侵蚀及侵蚀性介质的浸泡等，使得地下混凝土结构中的混凝土长期受到渗漏溶蚀和配置在混凝土中的钢筋受到锈蚀的危害。这种危害直接影响到地下结构的耐久性和结构的安全度。
现行《地下工程防水技术规范》规定的一级防水等级是“不允许渗水、围护结构无湿渍”[1]。按此要求，混凝土的设计壁厚与地下水的最大水头确定出一组比值。按照混凝土保护层410cm厚,设计抗渗等级S6，根据混凝土的抗渗标号与相对抗渗系数的关系，渗透系数为0.1419×10-8cm2/s，时间为30a，按此推算钢筋在水里经受锈蚀最少也得20a。对于混凝土本身,在压力水作用下还会产生渗漏溶蚀作用，使得水泥水化产物Ca (OH )2 随着渗漏而不断流失，引起结晶体的不断分解，并逐渐失去胶凝作用，密实度下降，强度降低。
针对地下混凝土结构渗漏、腐蚀病因的发生机理和发展程度，近年来，人们纷纷设立专题,进行专项研究，在水泥品种、外加剂、混凝土配比、钢筋耐锈蚀、结构构件涂层防护等方面，取得了一定的研究成果。
地下混凝土结构的防腐抗渗措施需要对使用环境、功能、寿命等作出综合考虑。目前，人们根据具体情况分别采取结构自防法、涂层法等以及研究阴极电位保护法以增强地下混凝土结构的防腐抗渗性。
1 阴极电位保护法
钢筋锈蚀的机理一般分为电化学腐蚀、化学腐蚀和应力腐蚀3 种形式。混凝土结构中钢筋锈蚀主要是电化学锈蚀。北京科技大学何积铨等专家根据电化学反应的机理进行了“阴极保护对钢筋保护度和钢筋混凝土握裹力的作用”实验研究[2]。
该实验表明，3.15%NaCl水溶液中(模拟海水环境)，在保护电位为-900 mV～-1200mV(SCE)下，经过80d和15个月,混凝土中钢筋的锈蚀都得到了较大幅度的控制。按质量计算，均在90%以上，当保护电位控制在-1100mV(SEC)时，保护度可达98.17%。
实验结果还表明，对标号很低，碳化严重、pH值接近中性、并有Cl-污染的混凝土，将保护电位限制在-900mV以下(vs.SCE)时，其内的钢筋腐蚀即可被控制。但在钢筋阴极部位难免伴有析氢反应，这对钢筋的氢脆是一个潜在的诱因。
在实际工程应用中，阴极保护法存在的这样一些问题还有待解决：其一，阴极保护法的电流通常由混凝土构件中纵筋传送，而构件中最易受到侵蚀的是箍筋，箍筋与纵筋由细铁丝绑扎而成，在混凝土浇筑振捣过程中，钢筋间往往渗进了水泥浆夹层，使得本来就存在的接触电阻变得更； 其二，纵向大直径(≥5 25) 钢筋接头正由电焊连接变为用套筒冷挤压、锥螺纹连接,这又增大了电路中的压降；其三，钢筋阴极电位由于混凝土保护层厚度的实际施工误差，其介质电阻随混凝土保护层厚薄不均也会发生变化。这些给电位控制带来一定难度。另外专业设备日常需要专门人员操作，这在一定程度上增加了管理费用。因此，混凝土结构采用阴极电位保护法，在理论上是说得通的, 在实验室条件下也是可行的，但距投入实际生产还有许多工作要做。
2 结构自防法
2.1 调整混凝土配合比法
结构自防法通常是调整混凝土配合比，掺入外加剂或采用特种水泥来提高混凝土的密实性、憎水性和抗渗性，减少和破坏混凝土内部的毛细管网络， 从而生产出高标号高性能的防水混凝土。
在配制低标号C15～ C30 的防水混凝土时，一般做法是使用低水化热的粉煤灰水泥或掺一定比例的粉煤灰，加入缓凝型减水剂，选择合适的骨料级配、降低水灰比及采用特种水泥。
在大体积混凝土体内必要时可安装冷却水管，将其内部的过多水化热带出体外。在浇筑好的混凝土表面覆盖保温层并浇水养护，防止混凝土表面降温过快，引起混凝土体内外过大温差，导致表面或深度裂缝的发生，从而做到不裂不渗。
典型工程实例为宝钢某整体筏式基础，混凝土标号C18 号，尺寸31.13 m ×90.18 m ×2.15m [3]。该工程基础底板未设水平缝和垂直缝，一次浇筑完成。主要技术措施为：(1) 采用低热矿渣硅酸盐水泥；(2) 掺入占水泥重量0125% 的木质素磺酸钙减水剂；(3) 掺加无裂缝、冲洗干净、规格为150～ 250 mm 的坚固大石块，减少混凝土用量，降低水化热； (4) 制订养护技术方案。混凝土收缩裂缝基本都是在浇筑后15 d 内出现，该工程养护具体做法是：1) 混凝土侧面和上表面铺双层草袋并浇水养护；2) 严格控制各测温点与混凝土体表温差，大气温度发生陡降时，则加红外线灯、覆盖油布等增保温措施； 3) 延缓拆模时间, 防止混凝土表面产生过大的冷缩值。
2.2 混凝土中掺入膨胀剂法
在配置C35～C45 中标号及C50～ C60 的高标号防水混凝土时因防水掺入引气剂会降低混凝土的密实度而影响其强度，而因标号指标要求，这类混凝土的水泥用量必须在400kg/m3以上。结果是前者降低了抗渗性，后者增加了水化热，对防腐抗渗非常不利。因而材料界、工程界一直寻求通过掺入外加剂来达到结构自防的目的。
20 年来, 特别是近10 年材料界对混凝土膨胀剂的研制和生产取得了长足的进步。新型膨胀剂对改善混凝土长期收缩、防腐抗渗、提高工程耐久性起到了有效的作用。在工程应用中，对结构自防水、大体积混凝土裂缝控制、无缝设计施工和刚性防水屋面四大技术难题提供了新的便捷方法。在混凝土外加剂的研制中, 除延迟膨胀和限制膨胀外，一般还将减水、防冻、缓凝、早强、利泵、高性能等多种效能一并开发出来，并保证对钢筋无腐蚀作用。目前开发生产的混凝土膨胀源由过去的明矾石改为钙矾石，其特点是膨胀效能高，掺量降低，混凝土含碱量都小于1 kg/m3。
以U EA 膨胀混凝土为代表，10 a 抗压强度比28 d 抗压强度增长一倍。给结构的使用功能调整增加了空间，增大了结构抵御地震荷载等自然灾害袭击的安全储备。表1 给出了混凝土膨胀剂主要品种和典型工程实例：
表1混凝土膨胀剂主要品种和典型工程实例[ 4 ]
在一些工程中，为了混凝土能同时具备高强高性能，还需将多种外加剂混合使用。因此，膨胀剂需要向低掺量、多效能、高抗渗、低经济投入方向发展，同时，应在低碱、无碱及抑制碱—集料反应方面有所突破。在抗渗性方面，现有膨胀剂混凝土在一定的压强下透水深度一般在30～ 130 mm ，同时钢筋的引水性作用，一旦某处开裂渗漏，就不能保证钢筋免受潮湿的侵害。
2.3掺入钢筋阻锈剂
掺入钢筋阻锈剂是目前工程中常用的耐锈蚀方法。钢筋阻锈剂是一种能阻止或抑制混凝土中钢筋发生腐蚀的外加剂，在混凝土拌和过程中掺入，从而保护钢筋。
一般常用的阻锈剂分为无机盐类阻锈剂、有机盐类阻锈剂和复合型阻锈剂[5]。无机盐类阻锈剂多数为强氧化剂，掺到混凝土中形成钝化膜，此类阻锈剂主要为亚硝酸钠、磷酸盐、重铬酸钾、硝酸盐等。这些阻锈剂对钢筋有显著的保护作用，但它的强氧化性，容易造成局部腐蚀，同时降低混凝土强度和对钢筋的握裹力，增进碱骨料反应。有机盐类阻锈剂、复合型阻锈剂有甲酸钙、苯甲酸和间苯二酚等。主要有冶金部建筑研究总院研究开发的R I21 型系列阻锈剂等，缓蚀效果较明显。
3涂层法
地下混凝土结构由于受潮湿、压力水作用，不仅存在钢筋锈蚀的问，而且存在酸碱腐蚀问题，水工结构还存在溶蚀等一系列危害。涂层法结合掺外加剂的结构自防体系，可形成对地下混凝土结构防腐抗渗的多重保护。
涂层法分外涂层法和钢筋表面涂层法(内涂层法)。外涂层法是用有机高分子材料对地下结构主体表面涂刷阻止压力水等侵蚀的保护层。目前混凝土涂层防腐抗渗材料试验并予现场实施的有环氧、纯丙、改性丙烯酸、EVA、氯丁胶、硅橡胶乳液等。高分子材料涂层涂刷于地下结构迎水面，进行表面封闭，对压力水下混凝土结构的防腐抗渗有显著的效果。
这里简略介绍逆作法涂层施工技术，以供参考。这种方法要求所用材料有一定的强度。在基础底板及砖胎模侧面，将混凝土垫层表面及砖胎模侧面浮灰清扫干净，潮湿处烘干，从而保证涂层与基层粘接牢固，不出现夹缝层，防止后续施工外力作用而起壳。第2 道涂刷固化后，需进行第3 道与后浇混凝土结合层施工的准备，这是因为垫层或砖胎模在主体结构使用中难免受沉降、地下水侵蚀而发生局部与主体结构脱离。而主体基层的混凝土强度远远大于垫层或砖胎模强度，只要涂层与主体基层粘接牢固，垫层或砖胎模与涂层剥离时，破坏面发生在垫层或砖胎模表面，从而保全涂层。第3 道涂层一边涂刷，一边立即均匀喷洒干石英，待涂层固化后，扫去浮砂。后续主体混凝土浇筑时，水泥浆渗入涂层，形成整体防水层。
各种涂层的防护效果差异很大，须针对混凝土具体使用环境合理选择，表2 介绍各涂层的防护性能：
表2各种涂层的防护性能
地下室墙壁涂刷涂层须在拆模后，待混凝土表面干燥时方可进行。
钢筋涂层有高分子涂层和金属镀层两类。钢筋表面涂层对高分子材料有强度要求，否则会影响混凝土的握裹力作用。根据清华大学王娴明《建筑结构试验》介绍，环氧树脂合适的配比，其抗拉强度3415～ 8217M Pa，抗压强度10314～ 20618M Pa[ 6 ]。同时建议使用聚酰胺树脂、聚硫橡胶、304# 聚酯树脂活性增韧剂。
除环氧树脂外，还有辽宁建筑科研院研制生产的可用于水界面的AC 建筑结构胶(剪切强度20M Pa)，冶金部建筑研究总院、北京冶建新技术公司研制生产的YJ 建筑结构胶，广东汽巴高分子化工有限公司研制生产的爱牢达XH111A öB 环氧树脂胶粘剂等有机高分子胶粘剂均可用作钢筋涂层材料。
钢筋涂层在混凝土结构施工中一旦有所损坏，就会发生严重腐蚀，因此，施工中应特别注意，如有损坏点，应及时做标记并补涂好。
钢筋金属镀层主要有镀锌、镀铬等，在国外使用较多，我国江阴华新钢缆有限公司等厂家已生产出防腐镀锌钢绞线。
4设想和建议
在目前地下结构防腐抗渗的技术措施还未完全成熟之时，增加混凝土保护层的厚度也是一种有效方法。钢筋在基础中，其应力往往很小，这为增加保护层厚度提供了方便。在所确定的构件截面不变的条件下，将所配钢筋向混凝土中部移动。另一方面, 基础构件截面一般都很大，增加几厘米的保护层，对构件内力影响很小。建议二级耐久年限建筑的钢筋保护层厚度增加到80～100mm，一级耐久年限建筑的基础钢筋保护层增加到150mm。
大型地下混凝土结构防腐抗渗要解决的问题之一，是混凝土本体材料在压力水作用下的渗漏溶蚀。混凝土体中的胶凝材料是水泥，如能改变水泥特点，使其溶蚀危害大大降低，就能从根本上防止此类损失的发生。现阶段对重要工程可将局部构件或构件的局部用环氧类高分子胶粘剂替换水泥，成本虽有一定增加，但能彻底解决问题。也可在压力水面粘贴碳纤维布或玻璃纤维布来增强防腐抗渗，碳纤维布强度在3600～5000MPa之间， 厚度较薄， 仅在0.111～0.17mm之间，成本较高, 玻璃纤维布强度在500～ 600M Pa，厚度在1mm 以上，成本相对较低。这两种织物有双向受力性能的双向编织布出售，在无紫外线、无高温环境，胶粘剂性能不受影响的地下结构，其使用寿命在100a以上是没有问题的。
对于地下混凝土结构中的钢筋阴极电位保护法，可在预先充分估计钢筋导电电路的各部分阻抗引起的压降，设计出总体控制各采集点电路，在渗水浸湿处采用计算机多点采集电位数值并反馈给控制中心，经过分析处理, 然后在各控制点重新施加电位。这一系统可纳入房屋的物业管理体系，进行整体动态跟踪控制。这样就能实现钢筋阴极电位保护功能。
随着材料工业的发展，地下混凝土结构中用高强耐腐蚀的碳纤维筋、板来取代钢材，是一种理想的方案，问题是连接方法须用专用连接件进行可靠连接。待那时，一些地下混凝土结构工程的防腐抗渗问题将得到彻底解决。
参考文献:
[1 ] GBJ 108287地下工程防水技术规范[S ].
[2 ]王媛俐，姚燕， 重点工程砼耐久性的研究与工程应用[M ]。北京：中国建材工业出版社，2001.1
[3 ]王铁梦， 建筑物的裂缝控制[M]。上海：上海科学技术出版社，1993.1
[4 ]陈永山，建筑结构裂渗控制新技术[M]。北京：中国建材工业出版社，1998.1
[5 ]周新刚，混凝土结构的耐久性与损伤防治[M]。北京：中国建材工业出版社，1999.1
[6 ]王娴明， 建筑结构试验[M]。北京：清华大学出版社，1990.1
