1）地下水对混凝土的腐蚀原理及评价

硅酸盐水泥遇水硬化，形成Ca（OH）2、水化硅酸钙CaO·SiO2·12H2O、水化铝酸钙CaO·Al2O3·6H2O等，这些物质往往会受到地下水的腐蚀。根据地下水对建筑结构材料腐蚀性评价标准，腐蚀类型有结晶类腐蚀、分解类腐蚀、结晶分解类腐蚀3种：

（1）结晶类腐蚀

如果地下水中离子的含量超过规定值，那么离子将与混凝土中的Ca（OH）2起反应，生成二水石膏结晶体CaSO4·2H2O：

这种石膏再与水化铝酸钙发生化学反应，生成水化硫铝酸钙，这是一种铝和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。由于水泥杆菌结合了许多的结晶水，因而其体积比化合前增大很多，约为原体积的221.86%，于是在混凝土中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭受破坏。

水泥中水化硫铝酸钙含量少，抗结晶腐蚀强，因此，要想提高水泥的抗结晶腐蚀，主要是控制水泥的矿物成分。

（2）分解类腐蚀

如果地下水中的pH值、侵入性CO2和超过规定值，那么CO2与混凝土中的Ca（OH）2作用发生化学反应（属分解类腐蚀），生成碳酸钙沉淀。

由于CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周围形成一层保护膜，能防止Ca（OH）2的分解。但是，当地下水中CO2的含量超过一定数值，而HCO-3离子的含量过低，则超量的CO2再与CaCO3反应，生成重碳酸钙Ca（HCO3）2并溶于水。

上述反应是可逆的。当地下水中CO2的含量超过平衡时所需的数量时，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蚀，这就是分解类腐蚀。我们将超过平衡浓度的CO2叫侵蚀性CO2，地下水中侵蚀性CO2愈多，对混凝土的腐蚀愈强。地下水流量、流速都很大时，CO2易补充，平衡难建立因而腐蚀加快。另一方面，离子含量愈高，对混凝土腐蚀性愈弱。地下水的酸度过大，即pH值小于某一数值时，混凝土中的Ca（OH）2也要分解，特别是当反应生成物为易溶于水的氯化物时，对混凝土的分解腐蚀愈强烈。

（3）结晶分解复合类腐蚀

如果地下水中离子的含量超过一定数量时，将与混凝土中的Ca（OH）2作用发生结晶分解复合类腐蚀，例如：

Ca（OH）2与镁盐作用的生成物中，除Mg（OH）2不易溶解外，CaCl2则易溶于水，并随之流失。

硬石膏CaSO4一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌：

另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏：

二水石膏在结晶时，体积膨胀，破坏混凝土的结构。

综上所述，地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。

《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）对场地环境类型进行了分类，如表6.7所示。

表6.7　场地环境类型分类

注：①高寒区是指海拔高度等于或大于3000m的地区；干旱区是指海拔高度小于3000m，干燥度指数K值等于或大于1.5的地区；湿润区是指干燥度指数K值小于1.5的地区；
②强透水层是指碎石土和砂土；弱透水层是指粉土和黏性土层；
③含水量w<3%的土层，可视为干燥土层，不具有腐蚀环境条件；
④当有地区经验时，环境类型可根据地区经验划分；当同一场地出现两种环境类型时，应根据具体情况选定。

《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中按环境类型划分地下水对混凝土结构的腐蚀性评价标准见表6.8。

表6.8　按环境类型划分地下水对混凝土结构的腐蚀性评价标准

基础工程混凝土的防腐设计要结合其地下水化验的化学指标来进行。(www.daowen.com)

2）地下水对钢筋混凝土中钢筋的腐蚀原理及评价

混凝土在水化作用时，水泥中氯化钙生成氢氧化钙，使混凝土中含有大量的OH-，pH值一般可达到12～14，钢筋在这样的高碱环境中，表面容易生成一层致密的钝化膜。这种钝化膜能阻止钢筋的锈蚀，只有这层膜遭到破坏后，钢筋才开始锈蚀。钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。当pH值小于一定的数值时，就会难以生成钝化膜，而已经生成的钝化膜也会逐渐受损。地下水对钢筋混凝土中钢筋的腐蚀原理如下：

为提高混凝土早期强度，在混凝土中掺入一定量的氯盐（如氯化钙）是很有效的。但当氯盐过量，混凝土结构中存在的Cl-到达钢筋表面，钢筋的局部钝化膜开始破坏，发生钢筋腐蚀。同时由于混凝土结构中氯离子的存在，降低了阴极、阳极间的电阻，强化了离子通路，提高了腐蚀电流的效率，从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程。Cl-对钢筋表面钝化膜的破坏，使某些部位露出铁基本体，与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差。大面积的钝化膜区作为阴极发生还原反应，铁基体作为阳极而受到腐蚀。腐蚀由局部开始逐渐在钢筋表面扩展。

阳极：Fe-2e=Fe2+，Cl-与Fe2+相遇生成FeCl2，使Fe2+消失，从而加速阳极反应。

但是FeCl2是可溶的，在向混凝土内扩散遇到氢氧根离子发生反应，最后可氧化成铁的氧化物。在这个过程中，Cl-只起“搬运”作用，而不被“消耗”。因此，混凝土中的Cl-会周而复始地起破坏作用。

在一定的条件下，氯盐可与水泥中的铝酸三钙生成不溶性“复盐”，可以降低Cl-含量，同时降低硫酸盐与铝酸三钙作用而发生“膨胀”破坏。但当混凝土的碱度降低时，“复盐”会分解重新释放出Cl-，对钢筋产生腐蚀。

水和土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001），应符合表6.9中的规定。

表6.9　对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价

注：A是指地下水位以上的碎石土、砂土，稍湿的粉土，坚硬、硬塑的黏性土；B是湿、很湿的粉土，可塑、软塑、流塑的黏性土。

3）地下水对钢结构的腐蚀性原理及评价

地下水对钢结构的腐蚀原理与上述钢筋腐蚀原理相同，水的腐蚀性表现在地下水的pH值，pH值越低，水的酸性越强，则腐蚀性越强。酸性环境可以使钢结构中Fe成为Fe2+，因此不断被腐蚀。

水和土对钢结构的腐蚀性评价，应分别符合表6.10和表6.11中的规定。

4）钢筋混凝土防腐措施

通过上面腐蚀机理的分析，要提高钢筋混凝土的耐久性就要做到：保持混凝土的高碱度；提高混凝土的密实度，增强抗渗能力；控制的含量。

表6.10　水对钢结构腐蚀性评价

注：①表中系指氧能自由溶入的水和地下水；
②本表亦适用于钢管道；
③如水的沉淀物中有褐色絮状物沉淀（铁），悬浮物中有褐色生物膜、绿色丛块，或有硫化氢臭味，应作铁细菌、硫酸盐还原细菌的检查，以查明有无细菌腐蚀。

表6.11　土对钢结构腐蚀性评价

注：土对钢结构的腐蚀性评价，取各指标中腐蚀等级最高者。

（1）水泥和骨料材料的选择

水泥是配置抗腐蚀混凝土的关键原料。为提高混凝土抗腐蚀性和抗裂性能，应选用含C3A、碱量低的普通硅酸盐水泥和坚固耐久的洁净骨料，并控制水泥和骨料中Cl-的含量。同时要重视单方混凝土中胶凝材料的用量和混凝土骨料的级配以及粗骨料的粒形要求，并尽可能减少混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。

（2）掺入高效活性矿物掺料

活性矿物质掺料中含有大量活性SiO2及活性Al2O3。由于现在水泥产品的细度减小、活性增加，使得水化反应加速，放热加剧，干燥收缩增加，导致混凝土温度收缩和干缩产生的裂纹增加。将二级粉煤灰，S95级矿粉复合掺入混凝土中，可以减少热开裂，提高抗渗性，降低混凝土中钙矾石的生成量。

（3）掺入高效减水剂

一般情况下，材料的组合中对混凝土抗渗性最具影响力的因素是水灰比。因此在保证混凝土拌合物所需流动性的同时，应尽可能降低用水量。加入减水剂可以使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，在水泥表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥在加水搅拌中絮凝体内的游离水释放出来，达到减水的目的。

（4）掺加防腐剂

针对地下水同时含和Cl-，采用防腐剂可以将水泥抗硫酸盐极限浓度提高。如采用采用SRA-1型防腐剂，可以将水泥抗硫酸盐极限浓度提高到1500mg/L。防腐剂中的SiO2与水泥的水化产物氢氧化钙生成水化硅酸钙凝胶，降低硫酸盐腐蚀速度；次水化反应可减少氢氧化钙的含量，降低液相碱度，从而减少硫酸根离子生成石膏的钙矾石数量，减缓膨胀破坏。同时，和Cl-并存时，还相对降低水泥中铝酸盐的含量，更有利于抵抗盐类腐蚀。

除上述措施外，建筑混凝土内配钢筋应采用未锈蚀的新钢筋，钢筋出露部分应作防锈处理，建筑用型钢和钢管需要作防腐处理。