鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

張博

定西市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 甘肅定西 743000

近年來(lái)，城市化進(jìn)程不斷深入推進(jìn)，使相關(guān)的各個(gè)方面對(duì)非常關(guān)注建筑材料。鋼筋混凝土作為工程建設(shè)的主要材料，能夠?qū)ㄖ褂玫陌踩砸约敖ㄖ恼w穩(wěn)定性產(chǎn)生很大程度上的影響?；炷僚c鋼筋是該材料的主要構(gòu)成材料，其具有很高的韌性以及強(qiáng)度，同時(shí)能夠很好的展示出組成材料的粘接力，能夠?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性提供保障。但是近年來(lái)存在越來(lái)越嚴(yán)重的鋼筋腐蝕情況，不但對(duì)材料的粘接力產(chǎn)生不良影響，還會(huì)不斷降低構(gòu)件的穩(wěn)定性，使構(gòu)件的破壞加速，不斷的縮減鋼筋混凝土的使用年限。

1 造成鋼筋腐蝕的主要因素

通過(guò)對(duì)造成鋼筋腐蝕的因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，主要兩個(gè)方面的因素導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)腐蝕，第一個(gè)方面是因?yàn)樵陔姌O反映下因電流交換而造成的腐蝕。第二個(gè)方面是因?yàn)閿U(kuò)散作用。前者包含非常廣泛的范圍，金屬化學(xué)腐蝕是導(dǎo)致大多數(shù)鋼筋腐蝕的主要因素，這種腐蝕也分兩種狀況，第一種是在腐蝕反應(yīng)的過(guò)程中有水分、氧氣參與，加快了腐蝕的速度。第二種是因?yàn)殇摻畋韺友趸て茡p，不能有效的保護(hù)鋼筋。以下是鋼筋腐蝕的主要因素表現(xiàn)：①氯鹽使鋼筋腐蝕加速。在鋼筋混凝土施工中，氯鹽這種材料比較關(guān)鍵，早期防凍是其主要作用。正常情況下氯化鈣是氯鹽的主要成分，鈣離子與氯離子是該物質(zhì)的主要成分，氯離子會(huì)與鋼筋保護(hù)層中的氧化鐵發(fā)生反應(yīng)，會(huì)破壞鋼筋的保護(hù)層。另外，如果過(guò)量的使用氯鹽，會(huì)導(dǎo)致在短時(shí)間內(nèi)混凝土出現(xiàn)干縮，增多裂縫的數(shù)量。加上氯鹽能夠吸濕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)吸收外界的水分、空氣，進(jìn)而使腐蝕更容易發(fā)生。②受裂縫的影響。混凝土出現(xiàn)裂縫是導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)腐蝕的客觀因素，導(dǎo)致部分鋼筋失去混凝土的保護(hù)，直接與外部環(huán)境接觸。使各類介質(zhì)更容易進(jìn)入構(gòu)件內(nèi)部，直接造成鋼筋腐蝕[1]。③混凝土受到碳化作用的影響，在混凝土鋼筋構(gòu)件中碳化是無(wú)法避免的，因?yàn)闅溲趸}是構(gòu)成混凝土的成分之一，它極易與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，使混凝土出現(xiàn)碳化。另外，碳化會(huì)不斷的向構(gòu)件內(nèi)部發(fā)展，導(dǎo)致鋼筋的腐蝕程度不斷加重。④應(yīng)力的影響。應(yīng)力會(huì)破壞鋼筋表面的保護(hù)膜，活化裂縫。加上鋼筋本身的拉應(yīng)力較強(qiáng)，并且有的鋼筋的可塑性較低，在應(yīng)力以及腐蝕的復(fù)合作用下，會(huì)不斷增加鋼筋表面的裂縫，最終可能導(dǎo)致鋼筋斷裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞整個(gè)混凝土構(gòu)件[2]。

2 鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕原理

2.1 電化學(xué)腐蝕

鋼筋腐蝕的主要因素就是電化學(xué)腐蝕，也是導(dǎo)致現(xiàn)在鋼筋出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的主要原因。電化學(xué)腐蝕必須滿足兩個(gè)條件。第一，需要電位差在鋼筋表層形成。既不同區(qū)域的鋼筋的電位區(qū)域相反，也就是有陰極以及陽(yáng)極存在。第二，陰極部位必須能夠自主完成一定數(shù)量電子的釋放，進(jìn)而形成整個(gè)電極反應(yīng)。想要滿足這一條件，必須有一定的氧氣以及水分在陰極存在。所以，鋼筋的電化學(xué)腐蝕在潮濕環(huán)境下更加容易發(fā)生。具體來(lái)講，有三種電化學(xué)腐蝕：①析氫腐蝕。就是有氫氣在反應(yīng)中產(chǎn)生，這種腐蝕主要在酸性環(huán)境中出現(xiàn)。導(dǎo)致電子不斷溶解陽(yáng)極的鐵，使氫離子中電離子喪失，變成氫氣[3]。②各種介質(zhì)的氧化還原反應(yīng)。就是氧化劑在高電位發(fā)生反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)變成共軛陰極反應(yīng)，能夠溶解金屬。發(fā)生該反應(yīng)會(huì)明顯加快鋼筋的腐蝕速度。

2.2 化學(xué)腐蝕

在應(yīng)用鋼筋的分子結(jié)構(gòu)時(shí)，因?yàn)殇摻顣?huì)與混凝土混合使用，而混凝土一般同堿性特質(zhì)，從而使一層特殊的保護(hù)膜在鋼筋表面形成，能夠?qū)︿摻钇鸬奖Ｗo(hù)的作用。因此這類化學(xué)反應(yīng)只會(huì)對(duì)砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較小的影響。

2.3 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是由于應(yīng)力以及電化學(xué)腐蝕的共同作用。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，鋼筋的材料、腐蝕介質(zhì)以及應(yīng)力水平等會(huì)影響鋼筋應(yīng)力腐蝕的強(qiáng)度。另外，化學(xué)腐蝕極易對(duì)鋼筋產(chǎn)生作用，使腐蝕、不規(guī)則的坑洞在鋼筋表面出現(xiàn)，同時(shí)，這些坑洞會(huì)因?yàn)槭芰Σ痪鶆?，破壞鋼筋的?yīng)力結(jié)構(gòu)，不但會(huì)導(dǎo)致鋼筋的使用壽命縮短，還會(huì)嚴(yán)重影響鋼筋混凝土的質(zhì)量，甚至?xí)?duì)使用者的生命安全產(chǎn)生威脅。

3 預(yù)防鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的措施

首先，需要施工人員對(duì)砼結(jié)構(gòu)中水灰比比例進(jìn)行精準(zhǔn)把握，還應(yīng)該規(guī)范的開展搗實(shí)工作，同時(shí)，應(yīng)該使混凝土孔隙得到最大程度的降低，并且需要盡量杜絕外界介質(zhì)與鋼筋的接觸；其次，為了防止氯離子不斷產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致鋼筋的氧化鐵保護(hù)層遭到破壞，施工人員可以在早強(qiáng)劑的使用過(guò)程中，盡量降低其使用劑量以及使用次數(shù)；最后，施工人員需要確保鋼筋砼結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)固性，不但可以將能夠發(fā)揮防腐作用的保護(hù)層添加在鋼筋表面，還可以在密封性較好的涂層中放置鋼筋砼結(jié)構(gòu)表面，使空氣、水分等介質(zhì)的侵襲得到有效防止。

另外，比較常用的鋼筋防腐方法還有陰極保護(hù)法。使用這種方法能夠使鋼筋的負(fù)向電流增加，導(dǎo)致鋼筋電極電位出現(xiàn)負(fù)移，使鋼筋表層的氯離子與脫鈍的臨界值相比，得到很大程度上的提升，能夠發(fā)揮明顯的防范電化學(xué)腐蝕的作用，使鋼筋腐蝕得到有效避免。明確來(lái)說(shuō)，外加電流法以及陽(yáng)極犧牲法是該種保護(hù)方法的兩種形式。外加電流法，主要是通過(guò)接通陽(yáng)極與電流，接通負(fù)極與鋼筋，使大量的電子在鋼筋表面均勻分布，使鋼筋腐蝕的情況得到避免。而陽(yáng)極犧牲法將比鋼筋材料化學(xué)性質(zhì)更加活潑的金屬作為陽(yáng)極，而陰極就是鋼筋整體，從而起到較好的保護(hù)作用。外加電流法雖然具有比較理想的效果，但是需要投入較高的成本，所以應(yīng)用范圍并不廣泛。為了更好的保護(hù)鋼筋，有效的預(yù)防腐蝕，現(xiàn)階段也存在很多檢測(cè)腐蝕鋼筋的技術(shù)，為腐蝕鋼筋的使用安全提供保障，如恒電量法、渦流探測(cè)法以及電阻棒法等。同時(shí)還存在較多的修復(fù)腐蝕鋼筋的技術(shù)，如再堿化技術(shù)、電化學(xué)萃取以及補(bǔ)丁法等。在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，施工人員需要結(jié)合鋼筋受力特點(diǎn)、施工環(huán)境等因素，對(duì)各個(gè)修復(fù)技術(shù)以及檢測(cè)方法的使用價(jià)值進(jìn)行權(quán)衡，選擇最佳的方法。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑工程問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅使用者的生命安全，所以施工單位應(yīng)該對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。近年來(lái)，因?yàn)楹芏嘁蛩氐挠绊?，?dǎo)致鋼筋混凝土中的鋼筋出現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，對(duì)建筑的使用性能產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，不但會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)對(duì)使用者的生命安全造成威脅。