淺談混凝土鋼筋銹蝕的影響及防治

方仙梅

孝感學(xué)院資產(chǎn)與后勤管理處（432000）

鋼筋銹蝕是造成鋼筋混凝土耐久性損傷的最主要和最直接因素，也是混凝土耐久性破壞的主要形式之一。鋼筋銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞分為三個(gè)時(shí)期:前期是鋼筋表面局部銹蝕出現(xiàn)銹斑、銹片等；中期是鋼筋整個(gè)表面銹蝕，并產(chǎn)生膨脹，與保護(hù)層脫離，發(fā)生層裂；后期表現(xiàn)為鋼筋鐵銹進(jìn)一步膨脹，混凝土本身發(fā)生破壞，出現(xiàn)順筋脹裂，混凝土脫離，直至鋼筋不斷銹蝕，有效截面不斷減小，結(jié)構(gòu)承載力不斷下降，鋼筋混凝土構(gòu)件喪失基本承載能力。

1 鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理及表現(xiàn)

1.1 銹蝕機(jī)理

正常情況下，在正?；炷林衟H值約為12，這時(shí)鋼材表面能形成堿性氧化膜（鈍化膜），對(duì)鋼筋起保護(hù)作用，若混凝土碳化后，由于堿性降低（中性化）會(huì)失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。此外，混凝土中氯離子達(dá)到一定濃度也會(huì)嚴(yán)重破壞鋼筋表面的鈍化膜。

對(duì)于鋼筋混凝土，在一般環(huán)境條件下，鋼筋的銹蝕通常由兩種作用引起:一種是混凝土碳化作用；一種是氯離子的侵蝕。二氧化碳和氯離子對(duì)混凝土本身都沒有嚴(yán)重的破壞作用,但是這兩種環(huán)境物質(zhì)都是混凝土中鋼筋鈍化膜破壞的最重要又最常遇到的環(huán)境介質(zhì):混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐漸減少，pH值逐漸下降，鈍化膜逐漸變得不再穩(wěn)定以至于完全被破壞，使鋼筋處于脫鈍狀態(tài)；周圍環(huán)境中的氯離子從混凝土表面逐漸滲入到混凝土內(nèi)部，當(dāng)?shù)竭_(dá)鋼筋表面的混凝土孔溶液中的游離氯離子濃度超過一定值（臨界濃度）時(shí),即使混凝土堿度再高，pH值大于11.5時(shí)，Cl-也能破壞鈍化膜，從而使鋼筋發(fā)生銹蝕。氯鹽引起鋼筋銹蝕的發(fā)展速度很快，遠(yuǎn)比碳化銹蝕嚴(yán)重，這種情況常發(fā)生在近海或海洋環(huán)境以及冬季經(jīng)常使用除冰鹽的環(huán)境。

1.2 鋼筋銹蝕的破壞表現(xiàn)

鋼筋銹蝕后，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)性能的裂化和破壞，主要有如下表現(xiàn):①鋼筋銹蝕，導(dǎo)致截面積減少，從而使鋼筋的力學(xué)性能下降。大量的試驗(yàn)研究表明，對(duì)于截面積損失率達(dá)5%～10%的鋼筋，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度及延伸率均開始下降，對(duì)于截面積損失率大于10%，但小于60%的嚴(yán)重腐蝕，鋼筋各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)嚴(yán)重下降,如鋼筋截面積損失率達(dá)1.2%、2.4%和5%時(shí),鋼筋混凝土板的承載能力分別下降8%、17%和25%，鋼筋截面積損失率達(dá)60%時(shí)，構(gòu)件承載能力降低到與未配筋構(gòu)件相近。②鋼筋腐蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強(qiáng)度有效傳遞給混凝土。③鋼筋銹蝕生成腐蝕產(chǎn)物，其體積是基體體積的2～4倍，腐蝕產(chǎn)物在混凝土和鋼筋之間積聚，對(duì)混凝土的擠壓力逐漸增大,混凝土保護(hù)層在這種擠壓力的作用下拉應(yīng)力逐漸加大，直到開裂、起鼓、剝落?；炷帘Ｗo(hù)層破壞后，使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強(qiáng)度迅速下降,甚至完全喪失，不但影響結(jié)構(gòu)物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破壞，給國家經(jīng)濟(jì)造成重大損失。

2 影響鋼筋銹蝕的因素

影響鋼筋銹蝕的因素很多，包括鋼筋位置、鋼筋直徑、水泥品種、混凝土的密實(shí)度、保護(hù)層厚度及完好性、外部環(huán)境等。

1）混凝土液相pH值及碳化程度。鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH值有密切關(guān)系，ph值大于10時(shí)，鋼筋銹蝕速度很小；pH值小于4時(shí)，鋼筋銹蝕速度急劇增加?；炷恋奶蓟档土嘶炷恋膲A度，造成pH值降低，給鋼筋脫鈍提供了可能。鋼筋的失重率與混凝土的碳化深度差不多呈線性關(guān)系，由此混凝土的碳化程度對(duì)鋼筋銹蝕有重大影響。

2）混凝土中Cl-的含量?；炷林蠧l-的含量對(duì)鋼筋銹蝕影響極大，氯鹽的摻量應(yīng)少于水泥重量的1%。氯化物是一種很危險(xiǎn)的侵蝕介質(zhì)，但是在我國北方地區(qū)，為保證冬季交通暢行，向道路、橋梁及城市立交橋等撒除冰鹽，大量使用的氯化鈉和氯化鈣，使得氯離子滲入混凝土，引起鋼筋銹蝕破壞。

3）混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層厚度?；炷聊茏柚雇饨绺g介質(zhì)、氧氣和水分等的滲入，混凝土密實(shí)度越高，保護(hù)層越厚，外界有害物質(zhì)就越難滲入，鋼筋銹蝕就不容易發(fā)生。這三個(gè)方面都與侵蝕性介質(zhì)的侵蝕速度有關(guān),保護(hù)層厚度對(duì)鋼筋銹蝕的影響呈線性關(guān)系,因此世界各國規(guī)范對(duì)保護(hù)層厚度都作了規(guī)定。我國新修訂的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)鋼筋的最小保護(hù)層厚度規(guī)定中，隨著使用環(huán)境條件的劣化，混凝土保護(hù)層厚度也在增加。混凝土的密實(shí)度影響著混凝土的滲透性,滲透性高的混凝土更容易發(fā)生銹蝕。

4）環(huán)境條件。環(huán)境對(duì)鋼筋銹蝕的影響主要有以下幾個(gè)方面:溫度、濕度、二氧化碳的濃度、氧氣的濃度以及侵蝕性介質(zhì)的濃度。

5）其他因素。除上述因素外，鋼筋應(yīng)力狀態(tài)對(duì)其銹蝕也有很大影響，預(yù)應(yīng)力鋼筋更容易腐蝕，而且應(yīng)力腐蝕比一般腐蝕更危險(xiǎn)。

3 鋼筋銹蝕的預(yù)防措施

鋼筋銹蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物造成了嚴(yán)重的危害,為了保證混凝土建筑物的正常工作,必須采取措施防止混凝土中鋼筋的銹蝕。通過大量的調(diào)查研究,鋼筋銹蝕的原因正是由于混凝土保護(hù)層的碳化和氯離子的侵入而造成的,為了防止鋼筋銹蝕,必須防止混凝土的碳化或減慢碳化速度和防止氯離子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗?jié)B性能不足引起的，所以為防止碳化，必須提高混凝土的抗?jié)B性。其方法有:

1）降低水灰比?；炷潦怯伤?、粗骨料、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，為了獲得必要的流動(dòng)性，滿足施工要求，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。

2）摻外加劑。①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；②摻抗?jié)B劑:摻抗?jié)B劑在混凝土內(nèi)形成膠體絡(luò)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；③摻膨脹劑:通過摻膨脹劑發(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。

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）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。

5）防止裂縫?；炷两ㄖ镏谐Ｒ娏芽p有:收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等?；炷翑嚢钑r(shí)間要適當(dāng)，澆筑時(shí)下料不要太快，防止堆積，振搗要密實(shí)，但避免過振，一般振搗時(shí)間為10～15s／次，混凝土初凝前要抹平，終凝前要壓光，壓光后要及時(shí)用濕草簾苫蓋或噴涂養(yǎng)護(hù)劑認(rèn)真養(yǎng)護(hù)。夏天氣溫高，要及時(shí)噴水養(yǎng)護(hù)，使其保持濕潤(rùn)；在大體積混凝土里加入緩凝、引氣型的減水劑，以改善其和易性、流動(dòng)性、黏聚性、保水性。通過分散減水和緩凝作用，可降低用水量，增加混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度，同時(shí)還降低水化熱，推遲溫峰出現(xiàn)的時(shí)間，因而減少溫度裂縫，亦提高混凝土抗?jié)B性。此外，還可選擇水化后產(chǎn)生氫氧化鈣較多的水泥,這樣也可以放慢碳化速度。防止氯離子進(jìn)入混凝土的措施有:①配置混凝土?xí)r不使用含氯離子的材料或外加劑；②采取各種措施，提高混凝土的密實(shí)度，防止氯離子侵入混凝土內(nèi)部,避免鋼筋銹蝕；③摻入阻銹劑，使鋼筋表面的氧化膜趨于穩(wěn)定，彌補(bǔ)表面的缺陷，使整個(gè)鋼筋被一層氧化膜所包裹，致密性很好，能防止氯離子穿透，從而達(dá)到防銹的目的；④適當(dāng)增加鋼筋混凝土保護(hù)層的厚度，以延緩二氧化碳、氯離子等到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間。

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