淺談鋼筋銹蝕的危害與防治

陳瑞明

【摘要】鋼筋混凝土在現(xiàn)代建筑工程中大量使用，在滿足結(jié)構(gòu)承載力要求時(shí)混凝土耐久性同樣不容忽視。鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最主要的因素，造成混凝土性能劣化、鋼筋銹蝕、鋼筋與混凝土之間粘結(jié)退化，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低而提前發(fā)生破壞。本文通過對鋼筋銹蝕的介紹，來探討鋼筋銹蝕的主要機(jī)理、危害及防治對策。

【關(guān)鍵詞】鋼筋銹蝕；銹蝕機(jī)理；危害；預(yù)防措施

引言

隨著鋼筋混凝土被廣泛的應(yīng)用于工程的各個(gè)領(lǐng)域，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性隨之成為人們的高度重視和普遍關(guān)心的問題，而混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一，所以鋼筋銹蝕問題在工程界引起了高度重視。對于一些重大工程如大型鋼筋混凝土橋梁、大壩、高層建筑等設(shè)計(jì)使用年限超過百年的工程，其必須滿足耐久性要求，對鋼筋的抗銹蝕能力也提出更高的要求。

1、鋼筋銹蝕的機(jī)理

混凝土內(nèi)水泥水化后會(huì)在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，故在正常情況下鋼筋不會(huì)銹燭，但當(dāng)外界環(huán)境中的有害介質(zhì)侵入至鋼筋表面致使鈍化膜遭到破壞，并且存在足夠水和氧氣的條件下，鋼筋會(huì)電化學(xué)腐燭。自然狀態(tài)下的鐵基體具有還原為氧化鐵（與鐵基體相比，氧化鐵處于低能量狀態(tài)）的銹蝕趨向。但是優(yōu)質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋是不易發(fā)生銹蝕的，這是因?yàn)榛炷量兹芤褐械母邏A性（PH值為 12～13），會(huì)使鋼筋表面形成一層致密的 膜。該層膜可阻止鋼筋進(jìn)行陽極反應(yīng)，通常被稱為鋼筋鈍化膜，原因是緊密吸附在鋼筋表面

膜具有極強(qiáng)的抗銹蝕能力能使鋼筋由電化學(xué)上的活化態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化態(tài)。

在無雜散電流的環(huán)境中，造成鋼筋鈍化膜破壞有兩方面的可能因素：（1）混凝土碳化使鋼筋處的pH值降低；（2）足夠濃度的氯離子侵入到鋼筋表面。氯離子侵燭的機(jī)理：氯離子是很強(qiáng)的去鈍劑，當(dāng) 到達(dá)鋼筋表面并聚集到一定的程度時(shí)，可以使鋼筋表面的pH值迅速降低，從而破壞鈍化膜。脫鈍后，混凝土內(nèi)鋼筋處于活化狀態(tài)，在水和氧氣充足的條件下，鋼筋發(fā)生電化學(xué)繡燭。一方面，氯離子破壞純化膜使鋼筋發(fā)生繡燭；另一方面，在高減性狀態(tài)下，鋼筋表面重新生產(chǎn)鈍化膜以保護(hù)鋼筋，因此決定鋼筋是否繡燭的關(guān)鍵因素是 比值。通常認(rèn)為氯離子對鋼筋銹燭的加速作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）破壞鋼筋表面的鈍化膜；（2）由于鋼筋表面氣離子濃度的不均勾性造成鋼筋各點(diǎn)的電位差，加速鋼筋銹燭；（3）在鋼筋的銹燭過程中，起到構(gòu)成電流回路的作用。綜合上述說法，其作用機(jī)理可以簡單描述為：

從這個(gè)反應(yīng)式可以看出：氣離子量隨著反應(yīng)的進(jìn)行沒有任何減少，但是混凝土中的鋼筋轉(zhuǎn)化為鐵離子，雖然反應(yīng)過程中有 產(chǎn)生，但其濃度仍不足以產(chǎn)生新的鈍化膜。這表明在氧氣和水分子充足的情況下，一旦混凝土內(nèi)侵入氯離子使得鋼筋發(fā)生誘燭，若不采取措施加以抑制，鋼筋將持續(xù)銹燭至混凝土保護(hù)層開裂，結(jié)構(gòu)失效。

2、鋼筋銹蝕的危害

鋼筋銹蝕通常表現(xiàn)在混凝土表面沿受力鋼筋方向出現(xiàn)裂縫，并帶有銹斑。這種裂縫表明，膨脹的鐵銹足以使混凝土開裂。鋼筋銹蝕不僅能削減截面面積，使構(gòu)件承載能力下降，還會(huì)降低鋼筋與混凝土的握裹力，影響兩者共同工作的性能。同時(shí)，由于鋼筋銹蝕后體積膨脹，造成混凝土保護(hù)層破裂，甚至脫落，從而降低了結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性能，嚴(yán)重的甚至影響結(jié)構(gòu)的安全性能。

鋼筋繡燭是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的一個(gè)主要原因，對結(jié)構(gòu)可靠性、使用壽命等均有較大的影響。鋼筋繡燭導(dǎo)致鋼筋截面積減少，同時(shí)由于銹燭的不均勻性使得鋼筋的了抗拉強(qiáng)度大打折扣，而且鋼筋銹燭后，降低了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，使得結(jié)構(gòu)承載力下降。所以，鋼筋銹燭是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件

耐久性研究中的重要課題，其危害性遠(yuǎn)超過人們的預(yù)計(jì)現(xiàn)有研究表明，鋼筋繡燭后其銹燭產(chǎn)物的體積將增大2～6倍。鋼筋體積膨脹使混凝土環(huán)向產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土開裂。如任其發(fā)展，混凝土開裂后周圍環(huán)境介質(zhì)中的有害化學(xué)物將更容易侵入到混凝土內(nèi)部與鋼筋反應(yīng)，加劇混凝土的開裂程度，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，結(jié)構(gòu)破壞。國內(nèi)外研究表明，由于鋼筋銹燭而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞的案例屢見不鮮，涉及到多個(gè)工程領(lǐng)域，給國家的經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大的損失。由于我國海岸線長為1.8萬公里，島嶼海岸線長達(dá)1.4 萬公里。在1994 年統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，病害鐵路橋梁共6137座，其中鋼筋混凝土橋梁 2675 座；2003年底，危險(xiǎn)等級(jí)橋梁10443座，計(jì)378439延米；在北方，受除冰鹽影響，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，1997年，北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北京城市立交橋梁普遍受到鋼筋銹蝕影響，其中北京西直門立交橋投入使用僅19 年就由于鋼筋銹蝕嚴(yán)重，于兩年之后重建。2009 年，根據(jù)廣州橋梁耐久性論壇的資料報(bào)道，我國一般民用建筑的平均壽命約為35年左右，工業(yè)廠房建筑的平均壽命為25年左右。

3、鋼筋銹蝕的預(yù)防措施

針對鋼筋銹蝕產(chǎn)生的原因，保證混凝土的高堿度和防止有害離子的人侵便是預(yù)防鋼筋銹蝕的基本出發(fā)點(diǎn)，提高混凝土自身的防護(hù)能力便是最基本的措施，但在特別惡劣的腐蝕環(huán)境下，還應(yīng)采取特別措施：

（1）、提高混凝土自身的防護(hù)能力提高混凝土自身的防護(hù)能力主要靠提高混凝土的密實(shí)性，降低有害離子人侵和減緩堿度損失。施工時(shí)應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)材料，嚴(yán)格把好材質(zhì)、水灰比、水泥用量、夕肋口劑的種類及摻量、混凝振搗和養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵工序，確?；炷恋拿軐?shí)度，必要時(shí)可適當(dāng)士勤口保護(hù)層厚度。需要強(qiáng)調(diào)的是，混凝土中氯鹽類外加劑的應(yīng)用應(yīng)慎重，禁止使用氯鹽的結(jié)構(gòu)，絕對不能使用。

（2）、外涂隔離層這種方法能夠提高混凝土防水性及耐久性，隔離腐蝕環(huán)境可延緩碳化速度，起到保護(hù)混凝土的作用。施工時(shí)，首先應(yīng)清除混凝土表面附著物，用水沖洗后令其充分干燥，在構(gòu)件外表涂抹砂漿或絕緣層，如瀝青漆、環(huán)氧樹脂涂料等進(jìn)行防腐。

（3）、特種鋼筋在混凝土中使用耐腐蝕鋼筋、鍍鋅鋼筋和環(huán)氧涂層鋼筋，能有效地隔離滲人混凝土內(nèi)的有害離子與鋼筋接觸，從而保護(hù)鋼筋不受銹蝕。

（4）、鋼筋阻銹劑在混凝土中加人鋼筋阻銹劑，阻止有害離子對鋼筋造成銹蝕或減緩其銹蝕速度。

4、結(jié)語

本文詳細(xì)的介紹了在服役中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于自然環(huán)境和自身裂縫等原因?qū)е落摻钿P蝕，闡述了鋼筋銹蝕的產(chǎn)生機(jī)理、對建筑物的危害以及其預(yù)防生銹的措施。國內(nèi)外的學(xué)者對鋼筋銹蝕的研究已進(jìn)行了很長時(shí)間，同是也取得了許多有價(jià)值的可以運(yùn)用于工程實(shí)踐的科研成果，做出了卓越的貢獻(xiàn)。但是，隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人類面臨鋼筋銹蝕這一問題越來越嚴(yán)重，給世界各國帶來了極其嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，然而現(xiàn)有的研究理論還不能完全徹底的解決這一問題，需要各國的專家和學(xué)者繼續(xù)進(jìn)行深入的研究和探索。

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