世界腐蝕日
2020年的4月24日是第12個“世界腐蝕日Corrosion Awareness Day”。“世界腐蝕日”是由經聯合國認定的世界腐蝕組織發起設立，其使命是推動和促進腐蝕控制的教育和實踐，為取得社會效益與經濟效益、節約資源、保護環境做貢獻，其任務是提升公眾對腐蝕和腐蝕控制的瞭解、重視以及如何用科學辦法解決腐蝕問題，甄別世界範圍內的腐蝕管理實踐，為政府、工業界和有關團體推薦腐蝕控制的專家、推進腐蝕領域的世界通用標準。
與自然災害相比，腐蝕絲毫算不上“驚天動地”，卻在無聲無息中侵入人們生活的方方面面，帶來極大的破壞。腐蝕是指材料與所處環境介質發生化學或者電化學作用，導致材料發生變質和破壞。生活中隨處可見腐蝕的身影，腐蝕使有用的材料變成廢料，使重要裝備提前報廢，給國民經濟造成了重大的損失。中國工程院重大諮詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”調查結果表明，2014 年，我國全行業腐蝕總成本約佔國內生產總值（GDP）的 3.34%，達到 21278.2 億元人民幣，相當於每位公民承擔 1555 多元的腐蝕成本。
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得益於過去幾十年來水泥化學和混凝土技術的發展，今天的我們可以有效地控制混凝土的腐蝕。通過適當選材和仔細而充分地控制混凝土的製備過程，我們可以獲得在各種使用條件下耐久的混凝土結構。
與傳統混凝土相比，鋼筋混凝土的情況不盡相同。直到20 世紀70 年代，這種結構通常被認為是幾近永久的。然而事實相反，鋼筋混凝土的使用壽命恰恰由於鋼筋的腐蝕而受到嚴重限制。事實上發現即使經過精心製備和養護的混凝土在高侵蝕性的環境中（通常與氯化物的存在有關）也可能會失去其對鋼筋的保護性能，有時甚至在短期內會導致非常嚴重的後果。
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因此，鋼筋混凝土結構腐蝕問題非常緊迫，必須予以重視。雖然，自20 世紀80 年代初以來，研究人員就一直非常關注這一問題，從那時起，涉及混凝土中鋼筋腐蝕的“生理行為”理論已經逐步建立起來。同時，“病理學”方面的研究解釋了腐蝕的現象和機理，確立了產生腐蝕的條件和控制其發展的規律，並開發了其診斷和控制的技術。
有幾點尚需澄清：前期已經繪製了關於鋼筋腐蝕的“病理解剖”圖譜，但此圖譜只能粗略地畫出與混凝土有關的部分，通過檢測雖然可以對材料中常見的腐蝕狀態進行評估，但對高強度鋼結構中因應力導致的氫脆以及由雜散電流引起的腐蝕卻無能為力；雖然防腐藥理學手冊包含一系列防護方法（從阻鏽劑到塗層、耐蝕鋼鐵再到電化學技術），但是長期使用對結構的影響或副作用都不明確，最大的問題很可能與腐蝕的基本性質有關。
一 什麼是鋼筋腐蝕？
水泥水化過程得到的高鹼性孔隙溶液（pH 13～13.8）主要包含氫氧化鈉和氫氧化鉀。在這種環境下，熱力學穩定的化合物是鐵的氧化物和氫氧化物。這些化合物會在嵌入混凝土中的鋼筋表面自發形成一層幾納米厚的氧化物鈍化膜，該鈍化膜由Fe2+/Fe3+比率可變的水合鐵氧化物組成。鈍化膜可對鋼筋表面起到保護作用，使其免於遭受機械損傷。然而，混凝土碳化或氯離子的存在會使鋼筋脫鈍而遭到破壞。
二 腐蝕的起始及擴展
鋼筋混凝土結構的服役壽命可被分為兩個明顯不同的階段（圖1）。第一階段是起始階段，此階段中鋼筋處於鈍化狀態，但若混凝土表面發生碳化及氯離子滲透等現象，鋼筋脫鈍；當鋼筋開始腐蝕，此階段結束。第二個階段是擴展階段，這個階段開始於鋼筋活化即腐蝕發生時，結束於結構達到可以接受的鋼筋鏽蝕引起破壞的極限狀態時。
圖1 混凝土結構中鋼筋鏽蝕的起始和擴展階段（Tuutti 的模型）
三 腐蝕導致的後果
鋼筋腐蝕分別從幾個方面影響結構物，如外觀、適用性、安全性和結構性能，經常（但絕不總是）在結構性問題出現之前以混凝土保護層開裂的形式表現出來。開裂引起的混凝土保護層的剝落和/或剝離可能會進一步影響建築物的適用性和安全性。
腐蝕作用的主要後果如 圖2 所示。腐蝕通常表現為在混凝土的外表面上出現點斑或腐蝕產物的膨脹引起混凝土保護層剝落。
圖2 鋼筋混凝土結構腐蝕引起的結構性問題
根據組成和水化程度的不同，腐蝕產物的體積可達到鋼筋中鐵體積的2～6 倍。例如，腐蝕產物中的氧化物組分如Fe3O4、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Fe(OH)3·3H2O 的體積分別是鋼筋中鐵體積的2倍、3倍、4倍、6倍。當腐蝕產物由以上物質混合組成時，體積為鋼筋中鐵體積的3～4倍。因此，腐蝕產物可使混凝土產生拉應力，導致混凝土保護層出現裂紋［圖3（a）］、局部剝落或完全分層［圖3（b）］，也會使鋼筋和混凝土間的黏接強度減小。
圖3 混凝土中鋼筋腐蝕實例：（a）柱和橫樑的破裂；（b）混凝土保護層的剝離與脫落；（c）點蝕引起的鋼筋橫截面減少；（d）氫脆引起的預應力鋼筋束脆性破壞
由氯離子引發的局部腐蝕現象在表現出來之前，其鋼筋橫截面、承載能力及疲勞強度已顯著下降［圖3（c）］。這種類型的腐蝕是潮溼的、含有氯離子混凝土中的典型腐蝕形式，早期腐蝕產物為可溶性物質（氯-氫氧複合物）或以“黑鏽”（磁鐵礦）的形式存在，佔據體積較小。
高強鋼筋的氫脆現象僅在特殊的條件下發生，會導致某些預應力鋼筋的脆性破壞［圖3（d）］。
《混凝土中鋼筋的鏽蝕——預防、診斷及修復》英文第一版是由國際知名專家L. 貝爾託利尼（Luca Bertolini）等編寫的針對混凝土中鋼筋鏽蝕的預防、診斷、修復等方面的綜合性著作，受到了國際土木工程和腐蝕領域眾多知名專家的好評。此書在國外一版再版，深刻指導著國外從事鋼筋混凝土腐蝕研究的科研人員及工程人員，影響力廣泛。李偉華教授長期從事海洋腐蝕與防護方面的研究，致力於海洋惡劣環境下海工材料腐蝕誘發機理、功能化防護材料及防禦調控新技術的前沿性和創新性研究。她洞悉國際海工腐蝕領域研究前沿熱點和技術發展趨勢，同時深刻了解我國海洋發展戰略對海工結構安全服役的重大技術需求，獨具慧眼地將國際優秀專業著作翻譯引進到國內，恰逢其時，必能推動我國混凝土腐蝕研究和防護技術的發展。
《混凝土中鋼筋的鏽蝕：預防、診斷及修復》（原著第二版，擴充修訂版）在保留第一版主體框架的同時，所有章節都經過細緻的修訂，同時吸納了最新研究成果。本書不僅可以作為研究材料腐蝕機制的科研人士的參考書，也可以從評估、監測、預防和保護等諸多方面給混凝土結構設計、施工和管理相關人員提供幫助。
《混凝土中鋼筋的鏽蝕：預防、診斷及修復》（原著第二版，擴充修訂版）
[意]Luca Bertolini，[瑞士]Bernhard Elsener，[意]Pietro Pedeferri，[意]Elena Redaelli，[意]Rob B. Polder 著
李偉華，鄭海兵 等 譯
責任編輯：顧英利，李明楠，高微
北京：科學出版社，2020.3
ISBN：978-7-03-062760-5
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內容簡介
本書共 20 章，分為三大部分。第一部分內容介紹了水泥混凝土結構材料基本特性和腐蝕機理，混凝土結構鋼筋腐蝕環境與腐蝕機理。第二部分內容介紹了混凝土結構鋼筋腐蝕電化學知識和防護材料與方法，對混凝土中鋼筋鏽蝕的預防、診斷與修復做了較為詳細的闡述，圍繞著混凝土中鋼筋的鏽蝕問題，著重介紹了鋼筋腐蝕的影響因素、腐蝕機理。第三部分內容介紹海工混凝土結構安全服役監測技術、防護技術和修復技術。
本書比較系統地介紹了海工混凝土結構腐蝕方面的基礎知識，並吸納了近年該領域的研究新進展和新技術，對土木工程結構和海洋工程相關專業研究生和本科生是一本非常好的教學參考書。對從事海洋工程建設、土木和建築工程領域工作專業人士和從事研究混凝土結構鋼筋腐蝕防護、混凝土結構修復和結構安全服役壽命延長的科技工作者也有參考價值。
本期編輯丨小文
