淺談鋼筋腐蝕對于結構受力的影響及預防措施

宋萌

【摘要】鋼筋腐蝕能影響結構受力情況，同時也是影響混凝土耐久性的主要因素之一。本文分析了鋼筋腐蝕的原因及其對結構受力的影響，并提出了預防鋼筋腐蝕的具體措施。

【關鍵詞】鋼筋腐蝕；結構受力；預防措施

[文章編號]1619-2737（2016）01-10-639

1. 引言近年來，鋼筋混凝土材料已成為受力結構的主要材料，在工程中已經(jīng)被廣泛的應用，而鋼筋腐蝕對于結構受力的影響不容忽視，同時也是影響混凝土耐久性的主要因素之一。我 在2008年暑期社會實踐中，在有關工程師的指導下，通過在施工現(xiàn)場對工程質量進行監(jiān)督檢查，并與其他一些技術負責人員溝通，發(fā)現(xiàn)在日常施工中，一些現(xiàn)場技術員對鋼筋腐蝕的認識并不深刻，沒有對避免鋼筋腐蝕從根本上得到重視，因此本文就鋼筋混凝土構件中鋼筋腐蝕的問題談幾點看法。

2. 鋼筋混凝土構件的工作性能

鋼筋和混凝土是兩種性質不同的材料，但由于混凝土硬化后鋼筋與混凝土之間產生了良好的黏結力，使二者可靠的結合在一起，從而保證在外荷載作用下，鋼筋與相鄰混凝土能夠共同變形；另外，鋼筋與混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)的數(shù)值頗為接近（鋼筋為1.2×10-5、混凝土為10×10-5～1.5×10-5），當溫度變化時，不致產生較大的溫度應力而破壞兩者之間的黏結。因此，在正常境況下，鋼筋受到周圍混凝土的保護，一般不會被腐蝕。但是由于保護層脫落或其他原因，在一定條件下也會發(fā)生鋼筋腐蝕的現(xiàn)象。

3. 鋼筋腐蝕的危害

鋼筋腐蝕通常表現(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。

鋼筋腐蝕不僅能削弱其截面面積，使構件承載力下降，還會降低鋼筋與混凝土的握裹力，影響兩者共同工作的性能。同時由于鋼筋腐蝕后體積膨脹，造成混凝土保護層脫裂，甚至脫落，從而降低了結構的受力性能和耐久性能。

4. 造成鋼筋腐蝕的重要原因

所謂鋼筋腐蝕，顧名思義，就是鋼筋表面或內部晶體結構遭到破壞，不能按照設計要求承受外界荷載，從而影響結構的正常使用功能，這種腐蝕只有在一定條件下才能發(fā)生，具體原因如下：

4.1混凝土不密實或有裂縫存在是造成鋼筋腐蝕的主要原因，這是鋼筋與腐蝕物質接觸的客觀條件。當水泥用量偏小、水灰比不當、振搗不良或在澆筑中產生漏筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的腐蝕。但是一些施工隊伍往往認為這些簡單的缺陷不會對構件造成太大的影響，沒有引起足夠的重視。

4.2混凝土內摻氯鹽是造成鋼筋腐蝕的一個易被忽視的原因。由于施工的需要，為提高混凝土早期強度和防凍，在混凝土內摻加一定量的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀等。但氯鹽摻量過大，將會加速鋼筋的腐蝕，具體表現(xiàn)在：

4.2.1混凝土中存在的氯離子會破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋表面局部酸化，加速鋼筋腐蝕。

4.2.2水泥和氯化鈣結合生成的新物質，會在固相的混凝土構件中微脹而形成細微裂縫，使鋼筋遭受腐蝕。

4.2.3氯鹽本身具有較大的吸溫性，會增加混凝土的干縮量，促進鋼筋腐蝕。

4.3混凝土碳化造成鋼筋腐蝕。正常情況下，空氣中的二氧化碳氣體在混凝土表面逐漸被氫氧化鈣吸收，形成碳酸鈣，這種現(xiàn)象稱為混凝土碳化。碳化的速度除與二氧化碳的濃度有關外，還取決于相對濕度及混凝土的密實度等。一般狀態(tài)下，由于水泥的水化作用，混凝土內的PH值為12～13，在此環(huán)境下，鋼筋周圍形成一種保護膜，即鈍化膜，可保護鋼筋不被腐蝕；當PH值小于9時，該鈍化膜即被破壞。只有在混凝土內堿度降低，也就是說碳化深度達到或超過鋼筋保護層時，鋼筋表面的鈍化膜被破壞，鋼筋才開始腐蝕。

4.4高強鋼筋中的應力腐蝕是隨著預應力混凝土結構的采用而出現(xiàn)的一種特殊腐蝕形式，即沿著垂直于鋼筋長度方向而出現(xiàn)微裂縫并不斷發(fā)展直至破壞。此種腐蝕一般在表面只有輕微損害或根本看不見損害就破壞，這種腐蝕尤為危險。

4.5外界環(huán)境，如空氣中二氧化碳、侵蝕性氣體及相對濕度等是造成鋼筋腐蝕的客觀原因。經(jīng)調查分析顯示，當空氣相對濕度低于60%時，在鋼筋表面難以形成水膜，鋼筋幾乎不生銹，碳化也難以進入，當空氣濕度在800%左右時，有利于碳化作用，混凝土中的鋼筋銹蝕發(fā)展很快。

5. 鋼筋腐蝕對結構受力的影響

受腐蝕的鋼筋在與混凝土的協(xié)同工作中對于結構的受力有著重要的影響，具體表現(xiàn)為：

5.1削弱鋼筋的受力截面積，尤其是預應力混凝土結構中的高強度鋼絲，表面積大，截面小，應力高，一旦發(fā)生腐蝕，危險性更大，嚴重者會導致構件斷裂的危險。

5.2鋼筋腐蝕后體積膨脹，生成鐵銹的體積會比被腐蝕掉的鋼筋體積達3～4倍，從而對包圍在鋼筋周圍的混凝土產生徑向膨脹力，當徑向膨脹力達到一定程度時，會引起混凝土的開裂使混凝土保護層沿鋼筋縱向開裂，甚至脫落，從而降低了結構的受力性能和耐久性能。

5.3鋼筋腐蝕降低了鋼筋與混凝土的粘結力，降低了混凝土對鋼筋的約束作用，影響了二者共同工作的性能，鋼筋變形肋銹蝕使變形鋼筋與混凝土之間失去了記協(xié)咬合作用。

6. 對鋼筋腐蝕的預防措施

由以上分析可知，混凝土中鋼筋腐蝕并不是能夠完全避免，但是作為工程技術人員，必須從根本上認識鋼筋腐蝕對于結構影響的重要性，嚴加管理，最大限度的減小鋼筋腐蝕的可能，防患于未然。

6.1提高混凝土自身的防護能力。主要是靠提高混凝土的密實性，降低有害離子入侵和減緩堿度損失。當水泥用量偏小、水灰比不當和振搗不良，或在混凝土澆筑中產生漏筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的腐蝕。因此，在施工中要嚴格要求施工隊伍按照規(guī)范施工，保證混凝土的密實度，嚴格把握好材質、水灰比、水泥用量、振搗和養(yǎng)護等關鍵工序，把混凝土表面出現(xiàn)蜂窩、麻面的可能性降到最低，為鋼筋能夠更好的發(fā)揮效力提供良好的工作環(huán)境，預防鋼筋的腐蝕。

在天津某站房及高架候車廳拆除工程中，根據(jù)拆除鋼筋的特點我們發(fā)現(xiàn)，在混凝土密實性及粘結較好的構件中，拆除出來的鋼筋表面都比較好；對于個別表面腐蝕相對嚴重的鋼筋，追蹤其存在的混凝土構件，混凝土質量相對于其他混凝土構件存在著一些缺陷。

6.2保證混凝土保護層的厚度。在內外條件均無有害氣體侵蝕下混凝土保護層保護鋼筋防止銹蝕的作用就至關重要。保證混凝土保護層的厚度，就相應的延緩了混凝土碳化深度達到鋼筋表面的時間，使鋼筋早銹蝕，縮短建筑物的使用壽命。新規(guī)范規(guī)定的混凝土保護層厚度值是最小厚度值，是滿足結構的耐久性和對受力鋼筋有效錨固的要求。新規(guī)范與 1992 年版《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》相比，對保護層厚度值作了加厚規(guī)定：如一類環(huán)境，對強度等級≤C20 的混凝土板和墻、梁和柱，都加厚了5mm，由此可見，經(jīng)過實踐檢驗，混凝土保護層厚度對混凝土施工質量非常重要。

6.2.1使用標準的砂漿墊塊。施工過程中要嚴格按照設計要求保證保護層厚度，按照圖紙要求確定各種構件墊塊厚度，制作標準的墊塊制作模，提前制作或購置砂漿墊塊。施工現(xiàn)場中一些工人常認為保護層不重要，而用石子或其他東西代替砂漿墊塊，在某信號樓工程施工時，施工單位開始想利用廢舊預制水磨石塊作為墊塊，由于個別墊塊強度不足，容易產生壓碎現(xiàn)象，我們在檢查過程中發(fā)現(xiàn)該問題，要求施工單位墊塊必須全部使用標準的砂漿墊塊，以確?；炷帘Ｗo層厚度。

6.2.2減小鋼筋位移。

對于混凝土澆筑時易對墻、柱鋼筋造成位移的問題，在墻體預留豎向梯子筋（豎向梯子筋需比豎向筋大一規(guī)格，以代替豎向筋），間距為1200mm，見圖1。嚴禁在綁扎好的鋼筋上行走或運送材料，保證鋼筋不被移位。鋼筋安裝工程屬于隱蔽工程，在施工中要作為混凝土結構工程施工質量控制和監(jiān)督的重點。

為防止現(xiàn)澆板板面鋼筋在混凝土澆筑中被踩彎，可利用廢舊鋼筋制作水平馬凳，間距為1000mm，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋馬凳，以控制板面負筋的保護層，見圖2，圖中h=板厚-保護層×2-三層鋼筋直徑。

6.3減少混凝土漿對鋼筋的污染。在澆筑混凝土時，剪力墻及柱的上部鋼筋在輸送泵的沖擊力和振搗棒的振搗下，混凝土漿會污染鋼筋。對于強度及性能要求較高的剪力墻、柱，可利用工地上的廢舊PVC管（直徑比鋼筋略粗）直接套在墻、柱豎向鋼筋上，長度以800-1000mm為宜。PVC管可直接放在墻、柱水平定位鋼筋上，兩端用膠帶紙纏在鋼筋上，這樣在混凝土澆筑時PVC管就不會移動，混凝土漿也不會污染鋼筋，待混凝土澆筑完畢，抽出PVC管，擦掉上面的混凝土漿后存放，PVC管重復利用。

6.4正確使用氯鹽及亞硝酸緩沖劑。在冬季施工中，澆筑混凝土要按規(guī)范控制好氯鹽的用量，氯鹽是使用比較廣的防凍外加劑，但氯鹽的最大缺點是造成鋼筋銹蝕。因此，對于禁止使用氯鹽的結構，絕不使用，可以使用的結構，使用過程中可以在混凝土中加入適當量的緩沖劑，如亞硝酸鈉等，可消除或延緩鋼筋的腐蝕。

在使用亞硝酸鈉鈉過程中，要注意以下幾點：

6.4.1氯鹽的使用范圍。根據(jù)《混凝土外加劑應用技術規(guī)范（GB50119-2003）》不得用于預應力混凝土工程，以及與鍍鋅鋼材或鋁鐵相接觸部位的混凝土工程；嚴禁用于飲水工程及與食品接觸的工程。

6.4.2氯鹽與亞硝酸鈉的比例要適當。對于氯鹽與亞硝酸鈉的使用，一些施工人員缺乏考慮或疏于了解，容易造成錯加錯用的問題。根據(jù)規(guī)范要求，當氯鹽摻量為水泥重量的0.5%～1.5%時，亞硝酸鈉與氯鹽之比應大于1.0；而當氯鹽摻量為水泥重量的1.5%～3.0%時，亞硝酸鈉與氯鹽之比應大于1.3。

6.5外涂隔離劑。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，起到保護混凝土的作用。施工時，首先應清除混凝土表面附著物，用水沖洗后令其充分干燥，在構件外表涂抹砂漿或絕緣層，如瀝青漆、環(huán)氧樹脂涂料等進行防腐。一般采用下列方法：

6.5.1涂刷樟丹兩道，待干后即可使用。

6.5.2涂刷瀝青漆。其配方為：30號瀝青：10號瀝青：汽油=1：1：2。要涂刷均勻，妥善存放，保證使用時漆膜完好。

6.5.3涂刷水泥防腐涂料，其配方為：水泥：水：亞硝酸鈉：甲基硅醇鈉=100：30：6：2。配制時先用2/3的水溶解亞硝酸鈉，與水泥拌和后在加入甲基硅醇鈉，攪拌3～5分鐘，再將剩余的水視稠度情況酌量加入攪拌，至均勻為止，涂層厚度以1.5mm左右為宜，干燥后即可使用。

6.6對于高強度鋼絲的應力腐蝕和脆性斷裂，要從根本上認識其危害的嚴重性。因此在預應力鋼筋制作時，不要盲目拉伸，一味要求增加強度，節(jié)約鋼筋，從而忽視了由此帶來的負面影響，造成嚴重后果時為時已晚。

6.7對于環(huán)境條件這一客觀因素，如有侵蝕性氣體或處于沿海環(huán)境的建筑物承重結構，要事先分析，在設計過程中增加一些保護措施，如適當增加混凝土保護層的厚度，或加入一些外加劑，阻止有害離子對鋼筋腐蝕或減緩其腐蝕速度，把由這一原因造成的鋼筋腐蝕降到最低的可能。

7. 結束語

近年來，根據(jù)國內外的大量研究發(fā)現(xiàn)，不少在役的鋼筋混凝土結構已受到腐蝕損傷，尤其在潮濕多雨的地方，情況更為嚴重。為了提高混凝土中鋼筋的耐腐蝕性，減小和避免可能導致的危害，提高混凝土中鋼筋的耐腐蝕性，減少和避免可能導致的危害，提高混凝土保護層密實度和鋼筋的表面覆蓋無疑是有效的防腐措施。

因此，鋼筋的腐蝕對于結構的受力有著不可忽視的影響，混凝土工程是一個復雜的體系，鋼筋腐蝕破壞首先與混凝土的質量有關，實踐證明，對腐蝕環(huán)境認識不足或沒有采取適當?shù)姆雷o措施，是導致鋼筋腐蝕過早出現(xiàn)的重要原因。作為工程技術人員，應該正確認識問題的嚴重性，時時警惕，防患于未然，確保工程質量。