浅析混凝土结构钢筋的锈蚀及防护

浅析混凝土结构钢筋的锈蚀及防护

【摘 要】钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土耐久性破坏的主要形式之一。本文从锈蚀机理、影响因素和影响后果及防治等方面进行了综述性讨论。

【关键词】混凝土结构；钢筋防锈蚀；防护措施

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对结构的破坏分为三个时期：前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等；中期是钢筋整个表面锈蚀，并产生膨胀，与保护层脱离，发生层裂；后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀，混凝土本身发生破坏，出现顺筋胀裂，混凝土脱离，直至钢筋不断锈蚀，有效截面不断减小，结构承载力不断下降，钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。

一、钢筋混凝土中钢筋锈蚀机理 及表现

正常情况下，在正常混凝土中PH值约为12，这是刚才表面能形成碱性氧化膜（钝化膜），对钢筋起保护作用，若混凝土碳化后，由于碱性降低（中性化）会失去对钢筋的保护作用。此外，混凝土中氯离子打到一定浓度也会严重破坏钢筋表面的钝化膜。

钢筋锈蚀后，导致混凝土结构性能的裂化和破坏，主要有如下表现。①钢筋锈蚀，导致截面积减少，从而使钢筋的力学性能下降。大量的试验研究表明，对于截面积损失率达5%～10%的钢筋，其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降，对于截面积损失率大于10%，但小于60%的严重腐蚀，钢筋各项力学性能指标严重下降。如：钢筋截面积损失率达1.2%、2.4%和5%时，钢筋混凝土板的承载能力分别下降8%、17%、和25%，钢筋截面积损失率达60%时，构件承载能力降低到与未配筋构件相近。②钢筋腐蚀导致钢筋与混凝土之间的结合强度下降，从而不能把钢筋所受的拉伸强度有效传递给混凝土。③钢筋锈蚀生成腐蚀产物，其体积是基体体积的2～4倍，腐蚀产物在混凝土和钢筋之间积聚，对混凝土的挤压力逐渐增大，混凝土保护层在这种挤压力的作用下拉应力逐渐加大，直到开裂、起鼓、剥落。混凝土保护层破坏后，使钢筋与混凝土界面结合强度迅速下降，甚至完全丧失，不但影响结构物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破坏，给国家经济造成重大损失。

二、影响钢筋锈蚀的因素

影响钢筋锈蚀的因素很多，包括钢筋位置、钢筋直径、水泥品种、混凝土的密实度、保护层厚度及完好性、外部环境等。

1.混凝土液相ph值及碳化程度。钢筋锈蚀速度与混凝土液相ph值有密切关系，ph值大于10时，钢筋锈蚀速度很小，ph值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增

加。混凝土的碳化降低了混凝土的碱度，造成PH值降低，给钢筋脱钝提供了可能。钢筋的失重率与混凝土的碳化深度差不多呈线性关系，由此混凝土的碳化程度对钢筋锈蚀有重大影响。

2.混凝土中cl-的含量。混凝土中cl-的含量对钢筋锈蚀影响极大，氯盐的掺量应少于水泥重量的1%。氯化物是一种很危险的侵蚀介质，但是在我国北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠和氯化钙，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀破坏。

3.混凝土的密实度和保护层厚度。混凝土能阻止外界腐蚀介质、氧气和水分等的渗入，混凝土密实度越高，保护层越厚，外界有害物质就越难渗入，钢筋锈蚀就不容易发生。这三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关，保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。我国新修订的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中，对钢筋的最小保护层厚度规定中，随着使用环境条件的劣化，混凝土保护层厚度也在增加。混凝土的密实度影响着混凝土的渗透性，渗透性高的混凝土更容易发生锈蚀。

4.环境条件

环境对钢筋锈蚀的影响主要有以下几个方面：温度、湿度、二氧化碳的浓度、氧气的浓度以及侵蚀性介质的浓度。

5.其他因素。除上述因素外，钢筋应力状态对其锈蚀也有很大影响，预应力钢筋更容易腐蚀，而且应力腐蚀比一般腐蚀更危险。

三、钢筋锈蚀的预防措施

钢筋锈蚀对混凝土结构物造成了严重的危害，为了保证混凝土建筑物的正常工作，必须采取措施，防止混凝土中钢筋的锈蚀通过大量的调查研究证明，钢筋锈蚀的原因正是由于混凝土保护层的碳化和氯离子的侵入而造成的，为了防止钢筋锈蚀，必须防止混凝土的碳化或减慢碳化速度和防止氯离子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗渗性能不足引起的，所以为防止碳化，必须提高混凝土的抗渗性。其方法有：

（1）降低水灰比。混凝土是由水泥、粗、细骨料和水拌制而成，根据水泥完全水化的理论，需水量只有水泥重量的25%左右，但在拌制混凝土时，为了获的必要的流动性，满足施工要求，常用较多的水，即较大的水灰比w/c.当混凝土硬化后，多余的水就会蒸发掉，形成毛细孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求的情况下，尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，提高混凝土的抗渗性。

（2）掺外加剂。一是掺引气型的减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止液体的渗透，另一方面也大大减少混凝土的用水量，增加混凝土的密实度，提高抗渗性；二是掺抗渗剂，掺抗渗剂在混凝土内

形成胶体洛合物，填充、堵塞了混凝土内部的毛细孔缝，从而增加混凝土的密实度，提高抗渗性；三是掺膨胀剂，通过掺膨胀剂发生化学反应，使混凝土产生膨胀，在外力约束下，增加混凝土的密实度，也可提高抗渗性。

（3）选择合适的材料。应选用颗粒细、水化热低的水泥。因为越细，凝结越快，泌水越少，抗渗性能越好。水泥标号一般不低于425号；并掺用适量优质掺合料；细骨料要求砂的颗粒均匀、圆滑、质地坚硬、平均粒径为0.4mm左右的河砂，含泥量<3%，并含适量的粉砂；选用粗骨料，除大体积外，一般情况下粒径5～30mm为宜，最大粒径不超过40mm.含泥量<1%，要求组织细密、颗粒整齐、质地坚硬，另外级配要优良，以改善混凝土的和易性，增加密实度，提高抗渗性。

（4）加强养护。如混凝土早期养护不好，水泥得不到正常水化，会降低混凝土的密实度，继而影响抗渗性。所以一定要加强混凝土的早期湿润养护，时间不得少于14d，以保证水泥正常水化，增加密实度，提高抗渗性。

（5）防止裂缝。混凝土建筑物中常见裂缝有：收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝等。混凝土搅拌时间要适当，浇筑时下料不要太快，防止堆积，振捣要密实，但避免过振，一般振捣时间为10～15s/次，混凝土初凝前要抹平，终凝前要压光，压光后要及时用湿草帘苫盖或喷涂养护剂认真养护。夏天气温高，要及时喷水养护，使其保持湿润；在大体积混凝土里加入缓凝、引气型的减水剂，以改善其和易性、流动性、黏聚性、保水性。通过分散减水和缓凝作用，可降低用水量，增加混凝土的密实度和强度，同时还降低水化热，推迟温峰出现的时间，因而减少温度裂缝，亦提高混凝土抗渗性。此外，还可选择水化后产生氢氧化钙较多的水泥，这样也可以放慢碳化速度。防止氯离子进入混凝土的措施有：①配置混凝土时不使用含氯离子的材料或外加剂。②采取各种措施，提高混凝土的密实度，防止氯离子侵入混凝土内部，避免钢筋锈蚀。③掺入阻锈剂，使钢筋表面的氧化膜趋于稳定，弥补表面的缺陷，使整个钢筋被一层氧化膜所包裹，致密性很好，能防止氯离子穿透，从而达到防锈的目的。④适当增加钢筋混凝土保护层的厚度，以延缓二氧化碳、氯离子等到达钢筋表面的时间。

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