鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

竇超

摘要：目前鋼筋混凝土是各類建設(shè)工程中最常見的建筑主體結(jié)構(gòu)，其在使用中結(jié)合了兩種材料的使用優(yōu)點(diǎn)，使工程整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。目前在此種結(jié)構(gòu)中最常見的問題就是鋼筋的腐蝕，而造成其腐蝕的因素較多且原理各不相同，以下則以此角度來探索其腐蝕的原理，并結(jié)合鋼筋混凝土的使用環(huán)境、情況、用途等方面提出具體可采用的防范措施，從而延長整個(gè)鋼混結(jié)構(gòu)的使用壽命及使用的安全性、穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土 鋼筋腐蝕 原理

根據(jù)鋼筋砼的配比及實(shí)際結(jié)構(gòu)來看，其主要是通過將鋼筋以網(wǎng)、板、纖維的形式融入砼中來提高砼的整體強(qiáng)度，從而改善結(jié)構(gòu)原有的力學(xué)性質(zhì)，由于兩種材料在實(shí)際中膨脹系數(shù)之間相差不大，因此可以制成兩種材料聯(lián)合使用的混合物。同時(shí)鋼筋與砼之間的粘合力決定了整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，但是在鋼筋發(fā)生腐蝕情況時(shí)其內(nèi)部粘合力會下降，致使其出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的情況。

一、基本概況

混凝土作為一種膠凝材料在使用中通常呈堿性，其與鋼筋混用的時(shí)候會在鋼筋外部形成一層保護(hù)膜，在相對溫度、濕度、氣體結(jié)構(gòu)都處于恒定時(shí)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)的使用較為穩(wěn)定。但是現(xiàn)今氣候環(huán)境較為復(fù)雜，再加上混凝土其結(jié)構(gòu)特質(zhì)就屬于多孔類材料，因此在使用中外部的各類物質(zhì)可能會穿過這些孔隙與鋼筋發(fā)生反應(yīng)，從而影響鋼筋砼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力性質(zhì)，在腐蝕部位出現(xiàn)局部變形，并且鋼筋腐蝕反應(yīng)的范圍會在時(shí)間作用下不斷擴(kuò)大推移，致使建筑物主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、開裂的情況。目前在鋼筋發(fā)生腐蝕情況的主要影響因素有H2O、CL-、SO42-等，以下通過電化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)等方式探討鋼筋砼中鋼筋的腐蝕原理。

二、鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問題解析

（一）對于氯鹽在混凝土中的作用

為了保證鋼筋混凝土的使用效果，在進(jìn)行混凝土的配制時(shí)會在其中添加一定量的氯化鈣進(jìn)行防凍及早強(qiáng)，從而使砼快速的提高強(qiáng)度。而在制作鋼筋砼的結(jié)構(gòu)體時(shí)，氯化鈣與鋼筋會產(chǎn)生一定的接觸，氯的離子式為CL-，屬于陰離子，其會與鋼筋產(chǎn)生電解從而使鋼筋中的鐵出現(xiàn)氧化還原反應(yīng)，此時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)為原電池反應(yīng)，同時(shí)需要注意的是此時(shí)鋼筋表面陽性電子必須屬于活性電子且氯化鈣分解成氯離子及鈣離子才會產(chǎn)生反應(yīng)。由于氯鹽屬于早強(qiáng)劑，因此其在使用中會加快砼的干縮速度，從而產(chǎn)生裂縫，擴(kuò)大鋼筋與空氣及水分接觸的面積。

（二）不密實(shí)或存在裂縫給混凝土帶來的影響

在砼的配制過程中最重要的一項(xiàng)就是其水灰比的確定，水灰比直接影響砼后續(xù)使用效果，若是在密度的確定及搗實(shí)的過程中操作不到位將會使砼體出現(xiàn)裂縫漏筋的情況，而空氣中的水分或是具有腐蝕性的物質(zhì)會與鋼筋直接進(jìn)行接觸，造成氧化鐵保護(hù)層受到破壞，露出筋體，致使鋼筋腐蝕。

（三）“碳化”過程給混凝土帶來的損傷

在“碳化”的過程中其主要是由H2O2與砼中的堿產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而使混凝土結(jié)構(gòu)的PH值不斷的下降，在PH值下降到11以下后堿的活性會提高，因此會加速與H2O2的反應(yīng)，形成酸性物質(zhì)，并且在混凝土的空隙中其碳酸物質(zhì)的形成會加速鋼筋腐蝕情況，長時(shí)間作用下形成惡性的“碳化”循環(huán)，其可以稱為碳酸化反應(yīng)。

三、鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕原理

（一）電化學(xué)腐蝕

在鋼筋的表面上排列著極多的原電池，而電化學(xué)腐蝕的發(fā)生主要是帶有陰極的分子或是離子與鋼筋表面的陽極原電池接觸，產(chǎn)生電子流動情況，其在表面的反應(yīng)帶走了鋼筋中的Fe，出現(xiàn)銹蝕情況。同時(shí)在發(fā)生反應(yīng)的過程中，鋼筋表面的電子必定處于一種較為活躍的狀態(tài)從而可以與陰極產(chǎn)生電化學(xué)作用。

根據(jù)鋼筋砼使用特點(diǎn)來看，若是其發(fā)生反應(yīng)需要有兩種條件，氧氣及水，具體為在共軛陰極的作用下出現(xiàn)氧化還原反應(yīng)而造成鋼筋出現(xiàn)腐蝕溶解。因此可以得出在濕度及氣溫較高的條件下更易發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。

（二）化學(xué)腐蝕

根據(jù)鋼筋的分子結(jié)構(gòu)可以看出在實(shí)際使用中其與受酸、堿、鹽發(fā)生反應(yīng)，但是由于鋼筋會在混凝土堿性特質(zhì)的作用下形成特殊的保護(hù)膜，起到保護(hù)的作用，因此堿在砼中與鋼筋發(fā)生反應(yīng)的程度較小，可以忽略不計(jì)，最主要的化學(xué)腐蝕因素為酸與鹽所造成的。

（三）應(yīng)力腐蝕

鋼筋的電化學(xué)腐蝕以及應(yīng)力復(fù)合作用的結(jié)構(gòu)就稱為應(yīng)力腐蝕。影響鋼筋的應(yīng)力腐蝕的主要因素包括：鋼筋的應(yīng)力水平、腐蝕介質(zhì)、鋼筋的材料情況。由于鋼筋受到化學(xué)腐蝕等原因，造成了鋼筋表面形成大小不一，分布分散的腐蝕坑，這些腐蝕坑會在鋼筋受到拉力時(shí)引起應(yīng)力分布不均勻，導(dǎo)致應(yīng)力集中而引起鋼筋的早期斷裂。

四、防范措施

（一）常規(guī)的做法

首先，需要精準(zhǔn)的制定砼的水灰比，并做好搗實(shí)工作，盡量減少混凝土結(jié)構(gòu)中存在的孔隙，減少外界介質(zhì)與鋼筋接觸的渠道；其次，為避免氯離子破壞鋼筋的氧化鐵保護(hù)層盡量減少含有氯離子早強(qiáng)劑的使用；最后，為了增強(qiáng)鋼筋砼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性可在其外部涂一層具有防腐性質(zhì)的保護(hù)層，從而使鋼筋砼結(jié)構(gòu)表面可以形成密封性的涂層，從而避免H2O2與堿之間的反應(yīng)及水分、空氣等侵蝕性物質(zhì)的進(jìn)入。

（二）一般性的防范措施

在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的過程中陰極電子會帶走鋼筋表面的陽極電子，因此可以采用陰極保護(hù)法進(jìn)行解決。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)腐蝕的過程，使鋼筋不容易發(fā)生銹蝕。通常有如下兩種做法：第一，陽極犧牲法；第二，外加電流陰極保護(hù)法。陽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)的金屬來作為陽極，由腐蝕本身來提供自由電子，從而對鋼筋實(shí)施陰極保護(hù)。

五、結(jié)語

由于鋼筋腐蝕的原理較為復(fù)雜，因此在防范中應(yīng)結(jié)合其產(chǎn)生的腐蝕反應(yīng)進(jìn)行措施的選擇。而在鋼筋砼結(jié)構(gòu)的使用中，鋼筋的腐蝕反應(yīng)需要有氧氣及水分的參與才會產(chǎn)生，若是只在恒定的干燥環(huán)境中其出現(xiàn)腐蝕的幾率極低。因此在對腐蝕問題進(jìn)行防治時(shí)要結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)降低混凝土中水分的含量及氧氣的活躍度，從而使鋼筋的腐蝕速度可以有效降低。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬俊濤，劉曉江.鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕原理的研究[J].卷宗，2016，（06）.

[2]張良，戶江濤.混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕機(jī)理及其防護(hù)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016，（19）.

[3]殷憲秋.淺談混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理及影響因素[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014，（31）.

（作者單位：長春新星宇房地產(chǎn)開發(fā)有限責(zé)任公司）