钢筋混凝土锈蚀的原因分析及耐久性研究

钢筋混凝土锈蚀的原因分析及耐久性研究

作者：鲁宇青

来源：《科学与财富》2011年第04期

[摘 要] 钢筋混凝土的耐久性受众多因素影响，但是，钢筋腐蚀引起的混凝土结构构件的耐久性降低，结构安全性降低所造成的工程损坏事例不断发生，由此带来的工程损失及处理费用也迅速增加。文章简要阐述了混凝土中钢筋锈蚀的现状，钢筋混凝土中钢筋锈蚀的原因，并且对钢筋混凝土的耐久性进行了研究。 [关键词] 钢筋混凝土 锈蚀 耐久性

近年来，我国钢筋腐蚀破坏问题日益凸显，主要是因为没有组织全面系统的调查，对混凝土中钢筋腐蚀问题的重视程度不够。实际使用中，导致钢筋混凝土结构耐久性损伤的主要原因是钢筋腐蚀，由此造成了巨大的损失。如今，我国的建设事业正在蓬勃发展，应加强针对混凝土的研究，采取措施提高钢筋混凝土的防腐性，如不及早防治，若干年后，钢筋腐蚀问题必将产生严重后果，这是我们目前所面临的严峻问题。 一、混凝土结构中钢筋锈蚀的原因

在构筑物的使用过程中，混凝土中钢筋的锈蚀速度受很多因素的影响，可以把这些因素分为内因与外因，外因有：温度、湿度、周围环境中对结构有不良作用的介质、冰冻等；内因有：混凝土的强度等级和质量、混凝土的种类、裂缝情况、碱度、外加剂的使用、渗透性、保护层厚度等。试验表明，氯离子的侵蚀和碳化会影响混凝土中钢筋的锈蚀，并且温度、湿度的提高也会加快混凝土内钢筋锈蚀的速度。 1、氯离子引起的钢筋锈蚀

混凝土经常会存在宏观及微观缺陷，渗入环境中的氯盐往往就是通过这些缺陷渗入到混凝土中，直接或间接破坏混凝土的包裹作用，然后到达钢筋表面，破坏钢筋钝化的高碱度屏障，使之发生锈蚀，锈蚀产物的体积膨胀，又导致混凝土保护层开裂与脱落。此外，掺入含有氯盐的外加剂、施工所用的水中含氯盐、使用海砂、在含盐环境中搅拌或浇筑混凝土等均可导致氯离子进入混凝土。氯离子进入混凝土后，与混凝土的原料——水泥发生作用。其中，含铝酸三钙高的水泥品种有利于氯离子的侵害，这是因为水泥中的铝酸三钙，在一定条件下，与氯盐作用生成不溶性“复盐”，从而降低混凝土中游离氯离子的存在。复盐只有在碱性环境下才能生成和保持稳定，海洋环境中应优先选用铝酸三钙含量高的普通硅酸盐水泥。

氯离子又是如何引起钢筋锈蚀的呢？经试验研究，主要是由于以下两方面的原因：

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（1）破坏钝化膜

混凝土有利于钢筋表面形成保护钢筋的钝化膜，加之其孔隙溶液的PH值为12～14，因而对钢筋具有较好的保护作用。因为钢筋表面形成的钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的，所以随着周围环境PH值的下降，钝化膜就逐渐变得不稳定。当PH值为11.8时，钝化膜就开始发生变化了，当PH值为9.88时，钝化膜就难以生存或逐渐破坏，这样一来，进入混凝土中的氯离子便吸附于钝化膜处，继续降低钝化膜的PH值，使其逐步酸化，从而造成钝化膜的破坏。 （2）形成腐蚀电流

在钝化膜被破坏后，破坏处就会产生腐蚀电流，同时在钝化膜破坏还与未破坏区间存在电位差，因此便产生了宏电流，宏电流要比微电流小得多。产生腐蚀电流后易产生局部锈蚀钢筋的“边缘效应”，这主要是因为宏观腐蚀电流在钝化膜破坏区边缘最大，使得靠近钝化区边缘的局部钝化膜破坏较快。由于氯离子在很大程度上降低了混凝土的电阻率，并且氯离子与铁离子结合，形成氯化铁，而氯化铁易溶于水，加速了腐蚀产物向外的扩散过程。 2、混凝土碳化引起钢筋锈蚀

混凝土碳化引起钢筋锈蚀的原因是：混凝土硬化后，表面混凝土受到空气中二氧化碳的作用，氢氯化钙经过化学反应慢慢变成了碳酸钙，从而碱性降低，当碳化到钢筋表面时，钝化膜便遭到破坏，钢筋就开始腐蚀。另外，很多水下混凝土结构也是存在于二氧化碳环境中，也会发生混凝土的碳化。普通的硅酸盐水泥，水化产生的氢氧化钙可达到整个水化产物的10%～15%，它对混凝土存在有利的一方面，也存在不利的方面。氢氧化钙对保护钢筋起着十分重要的作用，是混凝土高碱度的提供源和保证者，但是，由于氢氧化钙的化学性质活泼，是混凝土中最不稳定的成分之一，它极易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土发生碳化，当碳化作用延伸至钢筋时，便引发了钢筋的锈蚀。 二、钢筋混凝土的耐久性

以下措施可以提高混凝土的耐久性： 1、消除混凝土自身的结构破坏因素

不仅环境因素能引起混凝土结构破坏，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。所以，要保证混凝土的耐久性，首先要消除混凝土自身的结构破坏因素。

2、浇筑大体积混凝土尽量减少前期裂纹

开裂问题是工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位时，对构筑物的危害极大，它不仅会降低结构的耐久性，削弱构件的承

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载力，还有可能危害到建筑物的安全使用。随着国民经济和建筑技术的不断发展，建筑规模不断扩大，大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。对于大体积混凝土，更要控制其裂缝的产生，浇筑时应尽量减少前期裂纹。 3、掺入高效减水剂

施工中为了保持混凝土拌和物所需的和易性，往往会在拌和混凝土时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。试验表明，当水灰比降低到0.38以下时，便可以实现消除毛细管孔隙的目标。所以，在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，以期降低混凝土的总孔隙以及毛细管孔隙率。在实际工程中，掺入高效减水剂，就可以将水灰比降低到0.38以下。 4、掺入高效活性矿物掺料

在混凝土中掺入高效活性矿物掺料，一方面可以提高混凝土水泥石中水化物的稳定性，另一方面还能改善集料与水泥石的界面结构以及界面性能。改善混凝土这两方面的性能，便可以在很大程度上增强混凝土的耐久性及强度。 5、采用高性能混凝土

高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，在配制高性能混凝土时除水泥、水和骨料外，还必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，目的是减少水泥用量以及混凝土内部孔隙率，从而减少混凝土的体积收缩，提高其耐久性及强度。 6、保证混凝土浇筑与养护的质量

混凝土的浇筑与养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。在混凝土浇筑与养护时应注意以下几点：第一，混凝土要分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密；第二，尽量避免在太阳辐射较高的时间浇注，若工程需要必须在夏季施工，则应避开正午高温时段，尽量在夜间进行浇注；第三，避免纵向施工缝，以提高结构的整体性和抗剪强度。 三、结束语

引起钢筋混凝土锈蚀的原因很多，在施工中应该尽量避免。钢筋混凝土的耐久性问题，具有复杂的层次结构，是一个分阶段的复杂演化过程，具有高度的复杂性、不确定性和未确知性，而这一复杂系统又是开放性的，因此，钢筋混凝土耐久性应明确作为复杂性问题进行研究。

在充分认识钢筋混凝土耐久性的复杂性后，应引进复杂性科学的思维方式，运用还原论与整体论相结合，将科学理论、经验知识和专家判断相结合，充分运用现代不确定性数学，定性

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与定量相结合，建立与现代计算机技术相结合的计算模型，组织多学科交叉的研究，在多学科交叉点上争取突破是研究钢筋混凝土耐久性这一复杂性问题的一个可能途径。 参考文献

【1】张海燕 王正中 《混凝土碳化深度的预测模型》 2006年 【2】范颖芳 周晶 《考虑蚀坑影响的锈蚀钢筋力学性能研究》 2003年 【3】赵尚传 赵国潘 《混凝土结构碳化寿命的概率模型研究》 2002年 ■