影響混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的因素及措施探討

李松瀅

（南康市建筑勘察設(shè)計(jì)院，江西 贛州 341000）

鋼筋銹蝕是引起混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化的主要原因之一。如今鋼筋銹蝕已被公認(rèn)為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化最主要的原因，不少?lài)?guó)家為此遭受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失?；炷林袖P蝕鋼筋的粘結(jié)性能隨銹蝕率的變化而變化，并與多種其它因素有關(guān)。

1 鋼筋腐蝕的主要影響因素

混凝土中鋼筋銹蝕的影響因素有：混凝土的密實(shí)度、混凝土保護(hù)層厚度、混凝土碳化、環(huán)境濕度、氯離子侵入等。在這些因素中，混凝土保護(hù)層的碳化和氯離子侵入是造成鋼筋銹蝕的主要原因。

1.1 混凝土中C1-含量對(duì)鋼筋銹蝕的影響

一方面，C1-可能是隨混凝土組成材料（水泥、砂、石、外加劑）進(jìn)入的如在冬季施工，為提高混凝土抗凍性而摻入氯鹽、海砂拌制混凝土等；另一方面，C1-是在混凝土硬化后經(jīng)其孔隙由外界滲入的，如遭受海水侵蝕的海岸混凝土構(gòu)筑物，冬季在混凝土路面上噴灑鹽水防止路面冰凍，游泳池用氯氣消毒等。

當(dāng)混凝土構(gòu)件長(zhǎng)期處于上述環(huán)境時(shí)，氯離子就會(huì)通過(guò)混凝土中的氣孔，隨水進(jìn)入混凝土的內(nèi)部，最終會(huì)接觸鋼筋并開(kāi)始積累。當(dāng)氯離子達(dá)到臨界濃度后，在足夠的氧氣和水分條件下引起腐蝕的發(fā)生（氯離子臨界濃度與力筋周?chē)炷恋膲A度有關(guān)，堿度愈高，氯離子臨界濃度值愈大，通常用氯離子和氫氧根離子的濃度比值來(lái)表示氯離子臨界濃度）。反應(yīng)最終產(chǎn)物氫氧化鐵Fe（OH）3即是鐵銹。

1.2 混凝土不密實(shí)或有裂縫存在

混凝土密實(shí)不良和構(gòu)件上產(chǎn)生的裂縫，往往是造成鋼筋腐蝕的重要原因，尤其當(dāng)水泥用量偏小，水灰比不當(dāng)和振搗不良，或在混凝土澆筑中產(chǎn)生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會(huì)加速鋼筋的銹蝕。

調(diào)查資料表明：混凝土的碳化深度和混凝土密實(shí)度有很大關(guān)系。密實(shí)度好的混凝土碳化深度僅局限在表面；而密實(shí)度差的混凝土，則碳化深度就大。

1.3 與環(huán)境濕度密切相關(guān)

混凝土的碳化和鋼筋腐蝕與環(huán)境濕度有直接關(guān)系。在十分潮濕的環(huán)境中，其空氣相對(duì)濕度接近于100%時(shí)，混凝土孔隙中充滿(mǎn)水分，阻礙了空氣中的氧向鋼筋表面擴(kuò)散，二氧化碳也難以透入，所以，使鋼筋難以腐蝕。

當(dāng)相對(duì)濕度低于60%時(shí)，在鋼筋表面難以形成水膜，鋼筋幾乎不生銹，碳化也難以深入。而空氣相對(duì)濕度在80%左右時(shí)，有利于碳化作用，混凝土中的鋼筋銹蝕發(fā)展很快。由于環(huán)境中濕度往往隨氣候和生產(chǎn)情況而變化，因而混凝土在氣侯或生產(chǎn)環(huán)境變化中會(huì)遭到碳化，鋼筋會(huì)腐蝕。

1.4 混凝土碳化、侵蝕氣體和介質(zhì)的侵入

碳化是介質(zhì)與混凝土相互作用的一種很廣泛的形式，最典型的例子是空氣中的CO2滲入，與孔隙中的Ca（OH）2反應(yīng)，生成CaCO3，使pH值下降。當(dāng)pH值＜11.5時(shí)，鈍化膜就開(kāi)始不穩(wěn)定；當(dāng)pH值降低到9左右時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，鋼筋開(kāi)始腐蝕。

理論分析和實(shí)驗(yàn)分析表明，在大氣環(huán)境下，混凝土的碳化深度與時(shí)間的關(guān)系為：

式中，χ-碳化深度；

Dk-CO2的擴(kuò)散系數(shù)；

C-混凝土表面的濃度；

B-單位體積混凝土碳化所需的CO2量；

K-混凝土碳化系數(shù)，與結(jié)構(gòu)所處的自然環(huán)境和使用環(huán)境、水泥品種、結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量及混凝土早期養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)；

T-混凝土暴露時(shí)間（年）。

2 鋼筋銹蝕對(duì)混凝土粘結(jié)性能的影響

鋼筋與混凝土之間形成的鐵銹層，削弱了變形鋼筋與混凝土的膠結(jié)作用；鐵銹的膨脹將導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，降低了混凝土對(duì)鋼筋的約束作用；鋼筋變形肋銹蝕使變形鋼筋與混凝土之間失去了機(jī)械咬合作用。

2.1 混凝土中鋼筋銹蝕的產(chǎn)物是一種結(jié)構(gòu)疏松的氧化物，它在鋼筋與混凝土之間形成一層疏松隔離層，明顯地改變了鋼筋與混凝土的接觸面積，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用。

2.2 鋼筋的銹蝕產(chǎn)物比銹蝕前鋼材占據(jù)的體積更大，從而對(duì)包圍在鋼筋周?chē)幕炷廉a(chǎn)生徑向膨脹力，當(dāng)徑向膨脹力達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)引起混凝土的開(kāi)裂。混凝土開(kāi)裂導(dǎo)致混凝土對(duì)鋼筋的約束作用減弱。

2.3 變形鋼筋銹蝕后，鋼筋變形肋將逐漸退化。在鋼筋銹蝕較嚴(yán)重的情況下，變形肋在混凝土之間的機(jī)械咬合作用基本消失，其結(jié)果是導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能退化。

3 鋼筋腐蝕對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼筋受到周?chē)炷恋谋Ｗo(hù)，一般不腐蝕。但當(dāng)保護(hù)層破壞或保護(hù)層厚度不足時(shí)，鋼筋在一定條件下將產(chǎn)生腐蝕。

由于鋼筋與混凝土交界面上鋼筋銹脹力的存在，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生順筋裂縫，甚至使混凝土保護(hù)層剝落，使構(gòu)件截面有效面積減小，更重要的是使鋼筋與混凝土間粘接性能退化；同時(shí)，由于鋼筋銹損，其截面面積減少，嚴(yán)刑降低，力學(xué)性能退化，使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受到不同程度的損傷?；炷林袖摻钿P蝕會(huì)使構(gòu)件的承載力下降，使結(jié)構(gòu)的性能劣化。

4 防止混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕的措施

混凝土中鋼筋的腐蝕是一種自然規(guī)律，無(wú)論采取何種手段都無(wú)法完全避免。采取下列防腐措施既可保證鋼筋混凝土必要的耐久性，又經(jīng)濟(jì)可行。

4.1 降低水灰比?；炷潦怯伤?、粗、細(xì)骨料和水拌制而成，根據(jù)水泥完全水化的理論，需水量只有水泥重量的25%左右，但在拌制混凝土?xí)r，為了獲的必要的流動(dòng)性，滿(mǎn)足施工要求，常用較多的水，即較大的水灰比w/c。當(dāng)混凝土硬化后，多余的水就會(huì)蒸發(fā)掉，形成毛細(xì)孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛細(xì)孔越多，滲透系數(shù)也越大。所以在拌制混凝土?xí)r，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實(shí)度，提高混凝土的抗?jié)B性。

4.2 摻外加劑。一是摻引氣型的減水劑，一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、互不連通的微小氣泡，阻止液體的滲透，另一方面也大大減少混凝土的用水量，增加混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B性；二是摻抗?jié)B劑，摻抗?jié)B劑在混凝土內(nèi)形成膠體洛合物，填充、堵塞了混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔縫，從而增加混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B性；三是摻膨脹劑，通過(guò)摻膨脹劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生膨脹，在外力約束下，增加混凝土的密實(shí)度，也可提高抗?jié)B性。

4.3 選擇合適的材料。應(yīng)選用顆粒細(xì)、水化熱低的水泥。因?yàn)樵郊?xì)，凝結(jié)越快，泌水越少，抗?jié)B性能越好。水泥標(biāo)號(hào)一般不低于425號(hào)；并摻用適量?jī)?yōu)質(zhì)摻合料；細(xì)骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質(zhì)地堅(jiān)硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量＜3%，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑5～30mm為宜，最大粒徑不超過(guò)40mm。含泥量＜1%，要求組織細(xì)密、顆粒整齊、質(zhì)地堅(jiān)硬，另外級(jí)配要優(yōu)良，以改善混凝土的和易性，增加密實(shí)度，提高抗?jié)B性。

4.4 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。如混凝土早期養(yǎng)護(hù)不好，水泥得不到正常水化，會(huì)降低混凝土的密實(shí)度，繼而影響抗?jié)B性。所以一定要加強(qiáng)混凝土的早期濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實(shí)度，提高抗?jié)B性。

4.5 防止裂縫。在開(kāi)裂出現(xiàn)前，主要是由于腐蝕性的物質(zhì)由混凝土擴(kuò)散到鋼筋導(dǎo)致其腐蝕，因此，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的施工質(zhì)量，以保證其密實(shí)度。裂縫出現(xiàn)后由于腐蝕氣體可以直接腐蝕混凝土中的鋼筋，而由于普通混凝土結(jié)構(gòu)允許帶裂縫工作，因此，必須對(duì)結(jié)構(gòu)采取有效的防腐措施。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然鋼筋銹蝕會(huì)給混凝土建筑物帶來(lái)嚴(yán)重的危害，但在實(shí)際施工中，只要加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，嚴(yán)格管理，精心施工，并根據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)和材料的性質(zhì)，采取相應(yīng)的措施，是完全能夠防止和推遲混凝土中鋼筋的銹蝕，從而提高混凝土的使用性和耐久性。

[1]李田，劉西拉.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

[2]牛荻濤.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與壽命預(yù)測(cè)[M].北京：科技出版社，2003年2月.