淺析鋼筋砼結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕原因及防護(hù)措施

陳文建,季秋媛,李薇

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧 629000）

淺析鋼筋砼結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕原因及防護(hù)措施

陳文建,季秋媛,李薇

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧 629000）

本文通過對鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的原因進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的防護(hù)措施，能有效地提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，延長使用壽命.

混凝土；鋼筋；腐蝕；防護(hù)

1 混凝土中鋼筋腐蝕的原因

1.1 混凝土碳化

一般情況下，混凝土中孔溶液的高堿性（PH值大于12.5）在鋼筋表面形成鈍化層，使得腐蝕侵蝕降低到可以忽略的程度.然而混凝土的碳化，導(dǎo)致混凝土早期開裂與剝落，常常伴隨著鋼筋銹蝕，使截面積相對減小，影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性.

1.1.1 腐蝕條件

腐蝕的發(fā)生與持續(xù)必須滿足四個條件：①陽極反應(yīng)時，需實現(xiàn)的條件是：鋼筋保護(hù)層的破壞，鋼筋去鈍化發(fā)生，這是混凝土碳化與氯離子擴散混凝土達(dá)到一定臨界值時造成.②陰極反應(yīng)時，需實現(xiàn)的條件是：作為腐蝕過程的驅(qū)動力的氧氣在鋼筋界面處達(dá)到適當(dāng)?shù)牧?③陽極反應(yīng)部位與陰極反應(yīng)部位之間形成離子流時，需實現(xiàn)的條件是：陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)部位之間的環(huán)境或電解質(zhì)傳導(dǎo)良好.④形成電子流時，需實現(xiàn)的條件是：陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)部位之間有金屬連接.對于整個鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這個條件通常很容易實現(xiàn).

1.1.2 腐蝕的引發(fā)和發(fā)展

早期混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋是完全受到保護(hù)的：孔溶液的pH值比較高，且如果在混凝土生產(chǎn)過程中沒有受使用氯離子污染組分（如含氯離子的水、集料或外加劑）的影響，混凝土中僅含少量的氯離子.

對給定的混凝土品種，腐蝕發(fā)生后的腐蝕速率主要取決于下列因素：①水分含量與混凝土的電阻；②溫度；③氧氣可獲性；④孔溶液的pH值；⑤氯離子的含量.

1.2 混凝土中水分含量的影響

空氣中的氧氣含量或多或少是恒定的，但氧氣在混凝土中局部隨時間會有幾個數(shù)量變化.混凝土中的氧氣含量與擴散系數(shù)主要取決于混凝土的品質(zhì)、滲透性與混凝土的水分含量.除了這些，混凝土表面與空氣的通路、鹽含量與溫度也有一些影響.對高水分含量的混凝土，氧氣的擴散系數(shù)非常小，這主要因為氧氣只能通過孔中水?dāng)U散，而這個過程比在空的、充氣的空隙中要慢得多.

水中的擴散系數(shù)相對于空氣中的要小得多.由于缺乏水分含量對擴散系數(shù)的系統(tǒng)研究，人們進(jìn)行了混凝土中氧氣擴散系數(shù)作為水分含量的函數(shù)的計算嘗試.

1.2.1 氧氣衰減

當(dāng)混凝土完全水飽和時（例如長期與液態(tài)水接觸的混凝土，除了大的氣孔與封閉孔隙，所有孔隙中都充滿水），這使氧氣與鋼筋表面的通道下降到非常低的值.隨著氧氣的衰減，混凝土中鋼筋腐蝕電位也從高降到很小的負(fù)值.

1.2.2 混凝土作為電解質(zhì)

多孔材料，如混凝土，會從空氣中吸附水或水又脫附到空氣中.混凝土?xí)谟晏煳账?，?dāng)溫度干燥時，混凝土隨后又失去水分.對吸附與脫附過程，其決定性的因素是孔結(jié)構(gòu)、孔溶液組成與空氣相對溫度.

混凝土中孔結(jié)構(gòu)與孔溶液組分受許多參數(shù)影響.其中最主要四個因素是：①水泥類型與用量，化學(xué)外加劑與礦物摻合料；②水灰比；③養(yǎng)護(hù)條件；④齡期.

1.2.3 相對濕度的影響

毛細(xì)管吸力與擴散過程中對氯離子的吸收量與碳化反應(yīng)非常重要，對腐蝕過程也是如此.毛細(xì)管吸力對于干燥混凝土比對濕或潮濕混凝土更有效.離子擴散系數(shù)隨著混凝土水分含量的增長而增長，而對于氣體來說，則下降.

1.3 氯離子誘導(dǎo)腐蝕

氯離子對鋼筋混凝土有四種負(fù)面作用：①破壞鋼筋鈍化膜，引起鋼筋腐蝕侵蝕的可能；②因降低了Ca（OH）2的溶解度，從而降低了孔溶液的PH值；③因混凝土中鹽的吸濕性能而引起水分含量的增大；④增大了混凝土電導(dǎo)率.

氯離子在混凝土中擴散的最快方式是通過含氯離子的水的毛細(xì)血管吸收作用（如海水、含溶解的去洗鹽的水、含氯離子的地板如鎂地板），其或多或少會造成更深的氯離子分布.混凝土的干濕循環(huán)也會加速氯離子的侵入.

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測

2.1 監(jiān)測目的

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕進(jìn)行監(jiān)測有各種不同的目的，它取決于結(jié)構(gòu)的狀況和為保護(hù)結(jié)構(gòu)所要采取的具體措施：

①新建結(jié)構(gòu)：鋼筋開始腐蝕的時間和引起腐蝕的原因（氯離子濃度，pH值，混凝土的濕度）.

②已修復(fù)過的結(jié)構(gòu)：修復(fù)工作的有效性和持久性；特殊的修復(fù)方法或使用產(chǎn)品的經(jīng)驗；產(chǎn)生腐蝕的原因（氯離子濃度，pH值，混凝土的濕度）.

③即有結(jié)構(gòu)：腐蝕速率；產(chǎn)生腐蝕的原因（氯離子濃度，pH值，混凝土的濕度）.

另外，通過監(jiān)測可以獲得用于評估腐蝕風(fēng)險的間接信息.如抑制劑或阻誘劑等腐蝕保護(hù)措施是否有效，可以效率和耐久性作為評判標(biāo)準(zhǔn)，其可用于研究表面保護(hù)的有效性.適當(dāng)進(jìn)行憎水處理減少混凝土對水的吸附，從而降低混凝土的濕度，但如果沒有監(jiān)測信息，也不能確定這種浸漬處理能否充分降低腐蝕速率.

對于混凝土來說，要得到量化的結(jié)果是不容易的.然而，在很多情況下，掌握一些重要參數(shù)相對變化的信息就足以幫助人們對腐蝕發(fā)展趨勢作出合理的評價.

確定監(jiān)測系統(tǒng)的類型和所要研究的參數(shù)，應(yīng)考慮以下因素：①結(jié)構(gòu)的重要性（靜力學(xué)，美學(xué)，使用性能等）；②產(chǎn)生腐蝕的原因（氯離子，碳化等）；③結(jié)構(gòu)所有者是否愿意安裝監(jiān)測系統(tǒng)，以及所需成本.需要說明的是，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測的有效信息十分有限，尤其是考查修補辦法的耐久性時，情況更是如此.

2.2 監(jiān)測技術(shù)的類型

在線監(jiān)測就是把傳感器裝置植入混凝土結(jié)構(gòu)中，對需要的參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測.在較短的時間間隔（幾分鐘內(nèi)），且有規(guī)律的重復(fù)的情況下，可將短期內(nèi)和長期內(nèi)各參數(shù)的變化全部監(jiān)測到.

2.3 未來的信息資源和建議

腐蝕監(jiān)測是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面研究的重要課題之一，所以關(guān)于腐蝕監(jiān)測的文獻(xiàn)數(shù)量很多.在腐蝕檢測中，要做到認(rèn)真、仔細(xì)檢查.做好準(zhǔn)備工作，在任何一項工作中，都不得馬虎，要認(rèn)真對待.腐蝕監(jiān)測是一項復(fù)雜的工作，未來的發(fā)展不可預(yù)測，要做好也是要一定的技術(shù)含量.

3 混凝土組成對鋼筋腐蝕的影響

3.1 抗碳化性能

混凝土的孔結(jié)構(gòu)依賴于混凝土的組成和養(yǎng)護(hù)條件.混凝土與環(huán)境條件（主要是周圍濕度和溫度）相互作用時，孔結(jié)構(gòu)決定了去鈍化介質(zhì)（氯離子與二氧化碳）在混凝土中的性能.抵抗介質(zhì)侵入的能力取決于混凝土的滲透性及其侵入孔隙內(nèi)介質(zhì)的結(jié)合能力.在許多實際情況下，后續(xù)的腐蝕過程則由混凝土電解質(zhì)電阻率控制，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷劣化預(yù)測時，這些性質(zhì)一般整合成可測的輸入?yún)?shù).

對于碳化過程，使用粉煤灰和中等摻量的硅灰能提高混凝土的抗碳化性能，而摻用大摻量高爐礦渣的混凝土的抗碳化性能明顯減小.對于抗氯離子滲透性能，使用粉煤灰、硅灰和高爐礦渣能改善混凝土的抗氯離子滲透性能，主要是由于細(xì)化了孔隙結(jié)構(gòu).但是使用摻石灰石的水泥會減小其抗碳化性能和抗氯離子滲透性能.回顧鋼筋抗腐蝕的全過程，使用復(fù)合水泥總體來說可改善混凝土內(nèi)的鋼筋抗腐蝕性能.然而，必須注意，摻粉煤灰和高爐礦渣的水泥需要足夠的養(yǎng)護(hù).此外，也必須考慮其他的破壞機理如凍融或除冰鹽的侵蝕作用，因此此時這些水泥的抗侵蝕能力一般都比較低.

3.2 水膠比的影響

一般而言，水膠比（w/b）增大會引起混凝土孔隙率增大和孔結(jié)構(gòu)粗化.混凝土的碳化阻抗隨著w/b值的增大呈指數(shù)關(guān)系減小，這種影響對由膠凝材料種類造成碳化性能差的混凝土更為顯著.

4 腐蝕的防護(hù)

4.1 混凝土鋼筋防腐蝕的主要原理和方法

混凝土的腐蝕可由以下方面的原因造成：①混凝土保護(hù)層的物理損失；②因碳化引起的堿度損失；③促進(jìn)腐蝕的物質(zhì)對混凝土的污染；④鄰近電路安裝引入到鋼筋的雜散電流.

混凝土碳化以及伴生的間隙溶液的PH值下降導(dǎo)致鋼筋表面鈍化層的破壞.

4.2 基層處理

修補措施的持久效果與基層的細(xì)心處理密切相關(guān).每種基層處理方法的目的都是為了獲得基層（混凝土、砂漿、鋼筋）與所采用的修補材料之間最大的粘結(jié)力.

根據(jù)具體給定的情況，基層處理追求不同的目標(biāo)：①涂層與膜層的除去（如油漆、養(yǎng)護(hù)膜、污液）；②薄、脆膜層的除去；③混凝土與砂漿的除去；④鋼筋的除銹；⑤清洗.

基層所有的疏松的部分都必須除去.另外，氯離子含量太高或者鋼筋必須暴露時，也必須除去固體物質(zhì)如舊混凝土.為提高表面粗糙度，基層也應(yīng)處理從而獲得更大的表面區(qū)域，這樣可增強隨后修補層的粘結(jié)力.

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

綜上所述，鋼筋混凝土作為重要的建筑材料已在當(dāng)今建筑行業(yè)中占有舉足輕重的作用.以上就是對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕原理及防護(hù)措施的淺析，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究還有很多方面，在對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補與維護(hù)之前，必須進(jìn)行狀態(tài)評估.

5.2 存在的問題及建議

建筑物的主要承重構(gòu)件就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋承受著拉力，混凝土承受著壓力，具有堅固、耐久、防火性能好的優(yōu)點，但是由于環(huán)境與它本身因素的影響，造成很大的損失.鋼筋的腐蝕通常會改變正常配筋混凝土的破壞類型.

在建筑修建過程中，鋼筋混凝土占著重要的承載荷載的作用，在中國甚至是在全世界的建筑建設(shè)中都占著舉足輕重的作用.所以對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕要更加的重視，目前并沒有找到一種合理的解決措施，所以對于腐蝕現(xiàn)象，只能長時間的養(yǎng)護(hù)和保養(yǎng)，多觀測環(huán)境與溫度的變化.

不銹鋼是用來防止早期破壞，不銹鋼比普通黑色、鍍鋅或環(huán)氧涂層鋼筋具有更好的抗腐蝕性.盡管材料成本較高，但它們可以作為保護(hù)高腐蝕風(fēng)險的混凝土構(gòu)件的適當(dāng)?shù)母郊哟胧?對于碳化過程中，建議使用粉煤灰和中等摻量的硅灰能提高混凝土的抗碳化性能.

提高混凝土質(zhì)量，增大混凝土保護(hù)層的厚度是到目前為止最經(jīng)濟的保護(hù)措施，但這些措施并不總是夠用.而有關(guān)環(huán)氧樹脂涂層鋼筋的實際應(yīng)用經(jīng)驗得到了矛盾的結(jié)果.對阻誘劑的應(yīng)用也一樣.

[1]高瓊英.建筑材料[M].第二版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2009.

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[3]張譽.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[J].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

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責(zé)任編輯：張隆輝

TU755

A

1672-2094(2013)05-0150-03

2013-08-12

陳文建（1970-），男，四川蓬溪人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系副教授，碩士.研究方向：建筑工程.季秋媛（1986-），女，上海市人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系助教.研究方向：建筑工程.