1、土木工程化学基础浅析大学化学在土木工程方面的应用 氧浓差、电化学腐蚀在桥梁修建过程中的防护 作 者：王喜才 专业班级：茅以升桥梁班 0801 指导教师：马育 推荐理由：论文将化学知识与所学专业中常见的腐蚀、防腐和桥梁耐久性问题有机结合， 凸显了化学基础理论知识对于解决工程质量问题的重要意义，为将来的技术创新拓展了空间，值得推荐。 大学化学作为我们土木工程专业的一门必修基础课，其作用不言而喻。现在本人根据化学反应基本原理就电化学腐蚀、氧浓差腐蚀在桥梁工程领域的危害与防护进行初步的讨论， 加深对化学知识的理解，提高分析解决问题的能力。 桥梁作为交通的枢纽，正在发挥着越来越重要的作用。但是我国的气候
2、条件极为恶劣， 所修建的桥梁普遍存在差异（腐蚀相当严重） ，那么保证桥梁的持久耐用性，就必须对桥梁腐蚀进行防护。 一、氧浓差、电化学腐蚀的原理及条件 1. 电化学腐蚀：当金属与电解质溶液接触时，由电化学作用而引起的腐蚀。电化学腐蚀较之化学腐蚀危害更大，覆盖面更大，金属在大气中的腐蚀、在土壤及海水中的腐蚀和在电解质的腐蚀都是电化学腐蚀。当钢筋暴露于潮湿的空气中时，因为表面的吸附作用，使钢筋表面覆盖一层水膜，而它却能溶解空气中的 SO2 和 CO2 气体，这些气体溶于水后电离出 H+， SO32-,CO32-等离子。而钢筋中的石墨、渗碳体等电杂质的电极电势较大，钢筋的电极电势较小。这样，就产生了下
3、列电极反应： 阳极：Fe-2e=Fe2- Fe2+2OH-=Fe(OH)2 阴极 2H+2e=H2 总反应为：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2 生成的 Fe(OH)2 在空气中被氧化成棕色铁锈 Fe2O3.xH2O。由于在过程有氢气放出，故又称之为金属的析氢腐蚀。 若钢筋置于弱酸性或中性介质中，且氧气供应充分，则 O2/ OH-电对的电极电势大于 H+/ H2 电对的电极电势。阴极上是 O2 得到电子： 阳极：2Fe=2 Fe2+4e 阴极：O2+2 H2O+4e= 4OH- 总反应：2Fe+ O2+ 2H2O = 2Fe(OH)2 然后，Fe(OH)2 进一步氧化为 Fe2O3.xH2O
4、。这种过程因需要消耗氧，故称为吸氧腐蚀。 2. 而当桥桩插入水或泥沙中时，由于金属与含氧不同的液体相接触，各部分的电极电势就不一样，氧电极的电势与氧的分压有关，溶液中氧浓度小的地方，电极电势低，成为阳极，发生氧化反应而溶解腐蚀；相反的，溶液中氧浓度较大的地方，电极电势较高而成为阴极不会受到腐蚀。 3. 混凝土中钢筋的腐蚀条件（电化学腐蚀必须满足的 3 个基本条件）： （1） 钢筋表面存在 2 个具有不同电位值的电极； （2） 钢筋表面存在有点解质液薄膜； （3） 钢筋表面存在氧化物质. 二、 桥梁耐久性检测的主要内容及研发的相应传感器 1. 德国亚琛工业大学土木工程研究所上世纪 80 年代末，
5、首先发明的梯形阳极混凝土结构预埋式耐久性无损失监测传感系统，这是由浇入混凝土的一组钢筋梯形传感器,一个阴极和互连的引出结构的导线组成，能够测量的是钢筋没腐蚀各阶段电学参数。 2. Cl-含量:处于海洋环境下的桥梁结构腐蚀多由于 cl-侵蚀造成，通过混凝土表面的空隙逐渐扩散至钢筋表面，达到极限浓度时便可引起钢筋的锈蚀。cl-含量可由 Ag/Agcl 电极测定。 3. pH 值：pH 值是影响钢筋耐蚀性的重要参数。在通常情况下，混凝土是一种高碱性环境（pH13） ，钢筋在这种环境下表面形成钝化膜，可有效阻止钢筋发生锈蚀。当 pH 值下降时，钢筋表面钝化膜容易遭到破坏。因此，对钢筋表面 pH 值的监
6、测是非常必要的。 4. 温度：混凝土的冻-融破坏主要是由于在环境温度低于混凝土中水分，空隙液的冰点时，混凝土内部结冰，混凝土发生膨胀，温度升高至冰点以上时，结冰融化，改过程反复进行时，可使混凝土发生膨胀。因此，混凝土在冰冻下的使用寿命取决于混凝土的空隙率及孔中水的饱和程度。 三、 桥梁的腐蚀防护措施 1. 针对桥梁所处的腐蚀环境和腐蚀特性的防护： （1）控制和治理环境污染； （2）隔离污染环境的侵蚀； （3）选用耐蚀材料； （4）选用先进制造技术； （5）使用保护涂层。 2. 钢筋的腐蚀防护防止混凝土内钢筋被氧化物腐蚀有两种基本的方式： 一种是控制好混凝土原材料中氧化物的含量，在钢筋混凝土中不得掺用氯化钙，氯化钠等氯盐； 一种是对钢筋进行防护，防护有两种方法： （1） 使用钢筋涂层；（2）使用阻锈剂。 四、 结语 虽然只有短短的十周时间，但是大学化学带给我们的却是无量的。目前，我们暂时还没有接触专业课。但是，对于大学化学的认识和学习的方方面面，对于我们今后的学习，工作将受益终身。通过本次论文实践，我也了解自身知识的缺陷，幸得现在信息发达，我想以后一定会更加专心认真学习基础课，为以后的工作打下坚实的基础。 2009 年 7 月
