鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

陳哲

【摘 要】由于混凝土具有高堿性，所以鋼筋在混凝土中容易形成鈍化膜，在相對(duì)恒定的環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋都能長(zhǎng)期完好保持著其原有的物質(zhì)形狀，不容易被浸蝕。但在現(xiàn)行的生態(tài)環(huán)境中，環(huán)境污染日益加劇和物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化所形成的老化，普遍存在鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的問(wèn)題，這已成了各國(guó)工程領(lǐng)域研究的熱門(mén)課題之一了。本文就該問(wèn)題的提出入手，介紹了鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的過(guò)程，分析了鋼筋腐蝕的原理，最后提出了相應(yīng)的防范措施。

【關(guān)鍵詞】鋼筋腐蝕；鋼筋混凝土；腐蝕原理

一、鋼筋混凝土與鋼筋腐蝕概況

（一）鋼筋混凝土簡(jiǎn)介

借用化學(xué)物質(zhì)分類(lèi)的概念，鋼筋混凝土是一類(lèi)混合物。它是為了改善混凝土的承受壓力等性質(zhì)而在混凝土中加入鋼板、纖維或者鋼筋網(wǎng)等按照一定的配比組合成的混合材料。我們都知道，鋼筋混凝土的耐力抗壓能力都是十分強(qiáng)大的，這與它自身的材料所具有的性質(zhì)是分不開(kāi)的。具體地說(shuō)，鋼筋與混凝土的膨脹系數(shù)比較接近，因此面對(duì)不同的環(huán)境也就產(chǎn)生不了過(guò)大的應(yīng)力，當(dāng)然，這還與他們之間的粘結(jié)力有一定關(guān)系。相對(duì)于普通的混凝土而言，鋼筋混凝土的中的鋼筋能夠承受巨大的壓力，并且混凝土本身也能承受一定的應(yīng)力，最重要的是，大約在一個(gè)月左右，鋼筋混凝土的耐力耐壓強(qiáng)度能夠達(dá)到最大或者是設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。

（二）鋼筋腐蝕概念及其種類(lèi)

金屬腐蝕是指金屬的表面與它所處的環(huán)境或者周邊的介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)或者化學(xué)作用使得金屬本身被破壞的過(guò)程。因此，套用一般理論，鋼筋腐蝕就是指這樣的反應(yīng)過(guò)程或者說(shuō)是破壞過(guò)程是發(fā)生在鋼筋的表面上的。一般來(lái)說(shuō)，金屬的腐蝕包括兩大類(lèi)，化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指鋼筋的表面與周?chē)目諝猓ㄒ话闶浅睗竦目諝猓┗蛘咴陔娊赓|(zhì)溶液中通過(guò)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的一類(lèi)腐蝕作用。這種腐蝕區(qū)別于化學(xué)腐蝕的關(guān)鍵在于它腐蝕的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電子也即是電荷的移動(dòng)。一般情況是，在兩個(gè)電極之間存在一定的電勢(shì)差以及與金屬接觸部分存在某種電解質(zhì)溶液這兩個(gè)基本條件下，才會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。第一個(gè)條件相對(duì)來(lái)說(shuō)不難，第二個(gè)條件要求腐蝕的濕度達(dá)到百分之六十以上?；瘜W(xué)腐蝕與電化學(xué)腐燭不同，它是指與鋼筋表面接觸的物質(zhì)比如氣體或者電解質(zhì)溶液等能夠與鋼筋的主要成份發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕。化學(xué)腐蝕很明顯不會(huì)產(chǎn)生電子的移動(dòng)，這也是它區(qū)別于電化學(xué)腐蝕的一個(gè)最主要因素

二、鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問(wèn)題解析

（一）電化學(xué)腐蝕

1.概念

鋼筋表面與介質(zhì)如濕空氣， 電解質(zhì)溶液等發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕， 叫做電化學(xué)腐蝕。在這種腐蝕的過(guò)程中有電子的流動(dòng)， 絕大部分腐蝕屬于化學(xué)腐蝕。

2.化學(xué)腐蝕

鋼筋表面與氣體或電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生化學(xué)作用而引起的腐蝕，稱(chēng)為化學(xué)腐蝕。這種腐蝕其腐蝕過(guò)程沒(méi)有電子的流動(dòng)，只是腐蝕現(xiàn)象的一小部分。

3.氯鹽的侵蝕及碳化

（二）氯鹽的侵蝕

混凝土中氯鹽的侵入有兩種途徑，一是在混凝土拌合時(shí)為了改善混凝土的某些性質(zhì)如工作性、早強(qiáng)性等作為外加劑加入的。另外一種是在混凝土硬化以后，外界的氯離子通過(guò)滲透的作用從混凝土的毛細(xì)孔中進(jìn)入的。當(dāng)混凝土開(kāi)裂時(shí)，氯鹽順著裂縫進(jìn)入的量會(huì)增加。一般認(rèn)為在混凝土拌合時(shí)加入的氯鹽，其氯離子被C-S-H膠體吸附，對(duì)鋼筋的腐蝕沒(méi)有多大的影響。但是后來(lái)進(jìn)入的氯離子，等它到達(dá)鋼筋表面時(shí)，盡管它一般不改變鋼筋周?chē)膲A性環(huán)境，但是它降低了鋼筋作為陽(yáng)極反應(yīng)的活化能，使鋼筋容易發(fā)生腐蝕。

1.碳化

所謂碳化是指混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣的過(guò)程?；炷林械臍溲趸}使混凝土保持堿性，有利于鋼筋的鈍化。但當(dāng)碳化鋒面到達(dá)鋼筋時(shí)，鋼筋周?chē)膲A性環(huán)境也就消失了，同時(shí)碳化使被C-S-H膠體粘結(jié)的氯離子成為自由活動(dòng)的氯離子，使鋼筋容易發(fā)生腐蝕。

碳化有時(shí)候?qū)炷烈彩怯欣?。在密?shí)的混凝土中，當(dāng)碳化深度較小時(shí)，碳化形成的硅、鋁、氧化鐵骨架被生成的碳酸鈣填充。使碳化后的強(qiáng)度比原始的混凝土的強(qiáng)度更高，而且具有更低的滲透性。應(yīng)該注意的是，對(duì)于疏松多孔的混凝土，碳化的這種加強(qiáng)作用是不明顯的，碳化永遠(yuǎn)不能使這種混凝土成為質(zhì)量較好的混凝土。

三、防范措施

最常規(guī)的做法有：一，從材料自身出發(fā)：首先增加混凝土的密實(shí)度并且降低水灰比，控制鋼筋混凝土中氯離子的含量，不使用含氯離子的外加劑，最后可以通過(guò)在混凝土中使用減水劑、二甲基醇胺等，不采用亞硝酸鹽等危險(xiǎn)緩蝕劑、且提高鋼筋的保護(hù)層厚度等；二，從外部環(huán)境來(lái)采取防護(hù)措施：涂覆有機(jī)混凝土專(zhuān)用防腐涂料、粘貼樹(shù)枝玻璃鋼、采用陰極保護(hù)系統(tǒng)等。

在一般性的防范措施中，陰極保護(hù)法是首選的根本解決辦法。陰極保護(hù)法的原理是給鋼筋增加一個(gè)負(fù)向電流，從而使其電極電位負(fù)移，就是使鋼筋表面的氯離子超過(guò)能夠使鋼筋脫鈍的一個(gè)臨界值，這就有效抑制了電化學(xué)腐蝕的過(guò)程，使鋼筋不容易發(fā)生銹蝕。通常有如下兩種做法：一，陽(yáng)極犧牲法；二，外加電流陰極保護(hù)法。陽(yáng)極犧牲的方法是采用電化學(xué)上比鋼還要活潑的，也就是電位更負(fù)的金屬來(lái)作為陽(yáng)極，例如鋁合金、鎂合金、鋅合金等，使之與被保護(hù)的鋼筋相連，由腐蝕本身來(lái)提供自由電子，從而對(duì)鋼筋實(shí)施陰極保護(hù)。

從目前的技術(shù)條件來(lái)看，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕的檢測(cè)方法主要有破損發(fā)和非破損法（渦流探測(cè)法、電阻棒法、交流阻抗譜法、聲發(fā)射探測(cè)法自然電位法、恒電量法、線性極化法等）；而對(duì)于混凝土中鋼筋的修復(fù)技術(shù)主要有電化學(xué)氯化物萃取技術(shù)、補(bǔ)丁法以及再堿化技術(shù)等。在實(shí)際的工程建設(shè)中，必須要針對(duì)具體的情況來(lái)選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)，可以采用單一的檢測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)，也可以將多種檢測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜合的利用。

結(jié) 語(yǔ)

在建筑工程項(xiàng)目的質(zhì)量管理越來(lái)越嚴(yán)格的今天，鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的高度重視，因此，還需要通過(guò)不斷地改進(jìn)和完善鋼筋的腐蝕防護(hù)技術(shù)以及檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)，深入了解鋼筋發(fā)生腐蝕的機(jī)理，才能夠針對(duì)性地采取相關(guān)的防范措施，這是保證工程建設(shè)質(zhì)量的基本要求和必要前提。