混凝土中钢筋锈蚀的原因及危害和预防措施

混凝土中钢筋锈蚀原因及危害和预防方法
摘要：钢筋锈蚀是混凝土工程耐久性关键病害之一，所以预防钢筋锈蚀对提升混凝土耐久性尤为关键。

现叙述了混凝土中钢筋锈蚀原因及造成严重危害，并提出了在实际工程施工中，采取提升混凝土抗渗性、预防氯离子侵入等措施来预防钢筋锈蚀，为降低危害、提升混凝土耐久性提供了关键依据。

关键词：钢筋锈蚀；碳化；氯离子侵入；抗渗；密实度
1 概述
在建筑工程中，钢筋混凝土因含有成本低廉、坚固耐用且材料起源广泛等优点而被土木工程各个领域普遍采取。

钢筋混凝土既保持了混凝土抗压强度高特征、又保持了钢筋很好抗拉强度，同时钢筋和混凝土之间有着很好黏结力和相近热膨胀系数，混凝土又能对钢筋起到很好保护作用，从而使混凝土结构物愈加好工作，提升了混凝土耐久性。

所以钢筋混凝土已成为现代建筑中材料关键组成部分。

伴随钢筋混凝土广泛应用，它优越性得到了深入表现。

但在使用过程中，混凝土中钢筋锈蚀问题却不停出现。

钢筋锈蚀后，造成混凝土结构性能裂化和破坏，关键有以下表现。

①钢筋锈蚀，造成截面积降低，从而使钢筋力学性能下降。

大量试验研究表明，对于截面积损失率达5％～10％钢筋，其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降，对于截面积损失率大于10％，但小于60％严重腐蚀，钢筋各项力学性能指标严重下降。

如：钢筋截面积损失率达1.2％、2.4％和5％时，钢筋混凝土板承载能力分别下降8％、17％、和25％，钢筋截面积损失率达60％时，构件承载能力降低到和未配筋构件相近。

②钢筋腐蚀造成钢筋和混凝土之间结合强度下降，从而不能把钢筋所受拉伸强度有效传输给混凝土。

③钢筋锈蚀生成腐蚀产物，其体积是基体体积2～4倍，腐蚀产物在混凝土和钢筋之间积聚，对混凝土挤压力逐步增大，混凝土保护层在这种挤压力作用下拉应力逐步加大，直到开裂、起鼓、剥落。

混凝土保护层破坏后，使钢筋和混凝土界面结合强度快速下降，甚至完全丧失，不仅影响结构物正常使用，甚至使建筑物遭到完全破坏，给国家经济造成重大损失。

正如Mchta教授在以《二十一世纪建筑结构耐久性》为题，发表以下关键见解，“钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构破坏关键机理”。

钢筋锈蚀已成为造成钢筋混凝土建筑物耐久性不足，过早破坏关
键原因，是世界普遍关注一大灾难。

所以对混凝土中钢筋锈蚀问题必需引发重视，并采取对应方法预防或减轻钢筋锈蚀发生。

本文对钢筋锈蚀原因，锈蚀产生严重危害及防治方法进行叙述，以期对混凝土中钢筋锈蚀预防有所帮助。

2 钢筋锈蚀原因
钢筋锈蚀原因有两个方面：一是钢筋保护层碳化，其碳化原因是混凝土不密实，抗渗性能不足。

硬化混凝土，因为水泥水化，生成氢氧化钙，故显碱性，pH值＞12，此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化保护膜，使钢筋不生锈。

当不密实混凝土置于空气中或含二氧化碳环境中时，因为二氧化碳侵入，混凝土中氢氧化钙和二氧化碳反应，生成碳酸钙等物质，其碱性逐步降低，甚至消失，称其为混凝土碳化。

当混凝土pH值＜12时，钢筋钝化膜就不稳定，当pH值＜n.5时，钢筋钝化保护膜就遭破坏，钢筋锈蚀便开始进行；二是氯离子含量。

据相关试验证实，即便是pH值较高溶液(如pH值＞13)，只要有4～6mg/L 氯离子含量，就足能够破坏钢筋钝化膜，使钢筋失去钝化，在水和氧气作用下造成钢筋锈蚀。

3 钢筋锈蚀对混凝土产生破坏情况
钢筋锈蚀使混凝土结构遭到严重破坏，造成了巨大直接和间接经济损失。

据出版相关文件记载，大量调查结果表明，自然环境中钢筋混凝土结构因为钢筋腐蚀造成破坏情况遍布海港工程、水利工程、公路和桥梁、公共和民用建筑等多种设施。

在海港工程中，历年来，中国对沿海港工破坏情况调查表明，海港工程结构破坏现象十分普遍和严重，通常使用十余年处于浪溅区上层结构就因钢筋锈蚀而开裂；钢筋锈蚀原因关键是氯盐侵蚀而引发。

如20世纪60年代南京水利科学研究院调查华南、华东地域27座海港钢筋混凝土结构中，74％因钢筋腐蚀而造成结构破坏；1985年对连云港第一和第二码头混凝土上部结构调查也发觉，含有不一样程度钢筋锈蚀破坏纵梁分别占58％和84％，主筋截面最大损失率达24％，20世纪70—80年代里建造天津港码头，运行15a左右破坏严重部位(码头前沿)构件损失率达30％～50％，运行20a左右，损失率就达成50％～90％。

在水利工程中，据不完全统计，中国病险水利工程约占工程总量50％，钢筋锈蚀是水利工程关键病害之一，沿海水利工程钢筋锈蚀关键是氯盐污染引发，内陆地域水利工程钢筋锈蚀关键是空气中二氧化碳渗透使混凝土碳化而引发。

如1964年—1987年据江苏省水科所许冠绍等对61座挡潮闸进行耐久性调查，发觉钢筋腐蚀造成上部结构破坏占87％，其中严重破坏占54％，主筋截面损失率达40％；1988年对40座内陆地域淡水闸调查表明，因混凝土碳化引发钢筋锈蚀而造成62％上部结构破坏；童保权等1984年调查浙江沿海22座使用仅7年到10多年钢筋混凝土闸(967个构件)中钢筋腐蚀使混凝土顺筋裂缝、剥落、甚至锈断构件占56％。

在公路和桥梁工程中，伴随中国高速公路和城市立交桥大量建设，钢筋腐蚀引发桥梁破坏问题已开始显露出来，受氯盐污染沿海地域、盐渍土地域和广大撤消冰盐地域高速公路桥和市政桥梁破坏已十分严重，并已成为一个很突出灾难性问题。

如哈尔滨一大庆公路在建成5a后，混凝土就出现严重顺筋开裂、剥落和层裂；北京西直门立交桥使用才19a，关键因为除冰盐造成钢筋锈蚀和混凝土剥蚀很严重，不得不于1999年重建；山东沿海部分钢筋混凝土公路桥梁，一样因为盐害、冻害、和碳化等多个劣化因子作用，投入使用10a左右，混凝土保护层就出现严重开裂、剥落，钢筋严重锈蚀，虽经维修加固，2～3a后仍出现腐蚀破坏，甚至有些桥梁需要重建。

在公共、民用建筑工程中，因为在建造时，掺加了氯盐防冻剂或使用海砂，建成很快就出现钢筋腐蚀破坏问题。

在1979年11月—1980年10月期间，钢筋混凝土设计规范专题组对中国11个有代表性城市进行了调查，发觉不少钢筋结构在设计基准内，有甚至不到10a就因为钢筋锈蚀而影响其正常使用。

如1985年建造西安某教学楼，因为加氯盐作为防冻剂，梁、柱等混凝土构件中钢筋腐蚀严重，不得不在第二年进行加固修复；深圳和舟山一些建筑，因为滥用海砂，还未使用就已发生钢筋锈蚀破坏。

钢筋锈蚀对混凝土结构物造成了严重危害，为了确保混凝土建筑物正常工作，必需采取方法，预防混凝土中钢筋锈蚀。

4 钢筋锈蚀预防方法
经过大量调查研究证实，钢筋锈蚀原因正是因为混凝土保护层碳化和氯离子侵入而造成，为了预防钢筋锈蚀，必需预防混凝土碳化或减慢碳化速度和预防氯离子侵入。

而混凝土碳化又是因为混凝土抗渗性能不足引发，所以为预防碳化，必需提升混凝土抗渗性。

其方法有：①降低水灰比。

混凝土是由水泥、粗、细骨料和水拌制而成，依据水泥完全水化理论，需水量只有水泥重量25％左右，但在拌制混凝土时，为了获必需流动性，满足施工要求，常见较多水，即较大水灰比w/c。

当混凝土硬化后，多出水就会蒸发掉，形成毛细孔。

用水量越大，水泥水化后留下毛细孔越多，渗透系数也越大。

所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求情况下，尽可能降低水灰比，降低用水量，增加密实度，提升混凝土抗渗性。

②掺外加剂。

一是掺引气型减水剂，首先使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通微小气泡，阻止液体渗透，其次也大大降低混凝土用水量，增加混凝土密实度，提升抗渗性；二是掺抗渗剂，掺抗渗剂在混凝土内形成胶体洛合物，填充、堵塞了混凝土内部毛细孔缝，从而增加混凝土密实度，提升抗渗性；三是掺膨胀剂，经过掺膨胀剂发生化学反应，使混凝土产生膨胀，在外力约束下，增加混凝土密实度，也可提升抗渗性。

③选择适宜材料。

应选择颗粒细、水化热低水泥。

因为越细，凝结越快，泌水越少，抗渗性能越好。

水泥标号通常不低于425号；并掺用适量优质掺合料；细骨料要求砂颗粒均匀、圆滑、质地坚硬、平均粒径为0.4mm左右河砂，含泥量＜3％，并含适量粉砂；选择粗骨料，除大致积外，通常情况下粒径5～30mm 为宜，最大粒径不超出40mm。

含泥量＜1％，要求组织细密、颗粒整齐、质地坚硬，另外级配要优良，以改善混凝土和易性，增加密实度，提升抗渗性。

④加强养护。

如混凝土早期养护不好，水泥得不到正常水化，会降低混凝土密实度，继而影响抗渗性。

所以一定要加强混凝土早期湿润养护，时间不得少于14d，以确保水泥正常水化，增加密实度，提升抗渗性。

⑤预防裂缝。

混凝土建筑物中常见裂缝有：收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝等。

预防收缩裂缝、沉降裂缝采取方法有：除以上提到1～4项外，混凝土搅拌时间要合适，浇筑时下料不要太快，预防堆积，振捣要密实，但避免过振，通常振捣时间为10～15s／次，混凝土初凝前要抹平，终凝前要压光，压光后要立即用湿草帘苫盖或喷涂养护剂认真养护。

夏天气温高，要立即喷水养护，使其保持湿润；预防温度裂缝方法有：施工时，首先要考虑矿渣水泥、粉煤灰水泥，对于大致积混凝土要用中热或低热水泥，同时在确保强度指标情况下加入一定量活性掺合料(如粉煤灰、矿渣微粉等)。

在一定范围内，活性掺合料对水泥代用量越多，降低混凝土温升效果越好。

另外可充足利用混凝土后期强度，依据工程结构实际承载情况，用56d、90d抗压强度替换28d抗压强度做为设计强度。

如充足利用混凝土后期强度，可使每方混凝土少用水泥约50kg，则混凝土温度可降低约5℃，可降低混凝土温度裂缝。

再就是在大致积混凝土里加入缓凝、引气型减水剂，以改善其和易性、流动性、黏聚性、保水性。

经过分散减水和缓凝作用，可降低用水量，增加混凝土密实度和强度，同时还降低水化热，推迟温峰出现时间，所以降低温度裂缝，亦提升混凝土抗渗性。

另外，还可选择水化后产生氢氧化钙较多水泥，如早强硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥等，这么也能够放慢碳化速度。

预防氯离子进入混凝土方法有：①配置混凝土时不使用含氯离子材料或外加剂。

②采取多种方法，提升混凝土密实度，预防氯离子侵入混凝土内部，避免钢筋锈蚀。

③掺入阻锈剂，使钢筋表面氧化膜趋于稳定，填补表面缺点，使整个钢筋被一层氧化膜所包裹，致密性很好，能预防氯离子穿透，从而达成防锈目标。

④合适增加钢筋混凝土保护层厚度，以延缓二氧化碳、氯离子等抵达钢筋表面时间。

5 结论
即使钢筋锈蚀会给混凝土建筑物带来严重危害，但在实际施工中，只要加强领导，严格管理，精心施工，并依据环境特点和材料性质，采取对应方法，是完全能够预防和推迟混凝土中钢筋锈蚀，从而提升混凝土使用性和耐久性。