浅析混凝土中钢筋锈蚀对混凝土结构的影响
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莫桂梅 ，徐 俊 ，宣佳 良
５ ３ ０ ０ ０ ４ ） （ 广西大学土木建筑工程学院，广西 南宁
摘 要 ：简 要 阐 述 混 凝 土 结 构 耐 久 性 研 究 的 意 义 ，介
应 的电子电解 成氢氧根离子 ， 化学表达式如 下 ：
阴极 反 应 ：
ห้องสมุดไป่ตู้
绍混凝土 中钢 筋锈蚀 的机 理 ，并 分别 介绍 钢筋锈 蚀 对其基
１ 混 凝土 中钢 筋锈 蚀 的机 理
混 凝土在刚结硬时有少量 的 Ｃ ａ （ Ｏ Ｈ） 未 完全反应 形成
Ｃ ａ Ｃ Ｏ ，而是与水分子 以饱 和 的 ｃ ａ （ Ｏ Ｈ） ： 晶体 分 布在混 凝 土 中 ，混凝 土在早期 时 ｐ Ｈ值 为 ｌ ３左右 ，呈 强碱 性 ，钢 筋
在这种 强碱 的环境下表层会形成一 层厚度约为 ２ ０ ０～ ６ ０ ０ ｎ ｍ 的钝 化 膜 ，这 层 膜 的 主 要 成 分 是 含 有 结 合 水 的 氧 化 铁 （ ｎ Ｆ ｅ ０ ，・ ｍ Ｈ ０ ） ， 而 在碱性环境 下这 种物 质 能阻止 外部 环
报告 中指 出 ，钢筋锈蚀 是 引起钢 筋混 凝土 结构 受到 损坏 的
２ 钢筋锈 蚀对 混凝 土 结构 的影 响
２ ． １ 混 凝 土 中钢 筋锈 蚀 对钢 筋 力 学性 能 的 影 响
目前 ，关于锈蚀钢 筋力 学性 能的研究 上 主要通 过 以下 两种方法进行 ：
首要原 因。 目 前 ，由钢筋锈 蚀 引起 的结构 耐久性 失效 问题
锈蚀钢筋在单调 拉伸荷 载作 用下 的受力 性能来 进行 。单 调 荷载作用下锈蚀钢筋力学性能指标 主要包括钢 筋的伸长率 、
屈服强度和极 限强 度三个 方 面。在 自然 环境条 件下 ，钢 筋 锈蚀持续 时 间长 ，长 期处 于 干湿 交替 和 温度 变化 的 状态 ， 使混凝土 中钢筋 表面处 于 活化状态 。在 自然条件 下形成 的 锈蚀钢筋 的特 点 是锈 蚀不 均 匀 ，锈蚀 的 性状 以坑 蚀 为 主，
言
自混凝 土结 构诞 生后 ，由于其 自身取 材方便 、造 价低 、
受力性能好 等原 因 ，目前 在各 种 工业 、民用建筑 中得 到 广 泛使用 。而 由于混 凝 土碳化 、氯 离子 侵蚀 、钢筋 锈蚀 等原
因 ，混凝土结构 在使 用一 定 的时 间之后 ，其混凝 土 耐久性 问题就会 日益 突 出。混 凝 土结构 处在 不 同的外 界环境 条件 下 ，其耐久性 问题有 一定 的区别 。在 潮湿 环境 中混凝 土碳
种体积膨胀使钢筋 周 围的混凝 土处 于受拉 的应 力状态 ，随 着锈蚀产物的增多 ，钢筋周 围混凝 土受 到 的拉 应力 逐渐增
大至混凝土抗拉强 度后 ，混 凝土保 护层 就会 出现沿 着纵 向 钢筋方 向的纵 向裂缝 ，当锈蚀 产物增 加 到一定 程度 ，随着
裂缝开裂程度的增 大会 导致混 凝土保 护层 会剥 落 、内部钢 筋直接暴露在大气环境 中，使 内部钢筋更加容易发生锈蚀 。
本力 学性 能的影 响 、钢 筋锈 蚀对 混凝 土和 钢筋之 间粘结性
能 的 影 响 和 钢 筋锈 蚀 对 混 凝 土 构 件 承 载 力 的 影 响 三 个 方 面
的 研 究现 状 。
０ ２＋２ ０＋４ ｅ 一－ － ＊ ４ ０ Ｈ一
阳极反应 ：
２ Ｆ ｅ一４ ｅ 一一２
（ １ ）
是 国内外专 家学者极其重视 的工 程结构灾害 问题 。
Ｉ ）直接对完好 的钢筋通 电加 速锈蚀 ，通过对加速锈蚀 后 的钢筋进行试验测试来研究钢筋锈蚀后力学性能 的改变 ；
２ ）直接提取混凝土构件 中由 自然锈蚀形成锈蚀钢筋 ， 对 其进行力学试验来研究 自然锈蚀钢筋锈后力学性 能的改变。 对于锈蚀钢筋 力学性 能 的试验研 究 ，一般 是通 过测试
境 中的气体 和物质进一 步对 钢筋 进行 腐蚀 。 因此 ， 为 了保 证 混凝土 养护完成 后 的密 实度 ， 就必 须提 高 混凝 土 的浇 筑 质
量。 混凝土保护层在 不开 裂 的情况 下 ， 即使 构件 处在 露 天环
２ ０ １ ４ 年 第 ３期
第 ４ Ｏ卷 总第 １ ７ ９期
・
３１ ・
２ ０ １ ４ 年 ６月
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２— ４ ０ １ １ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． ０ １ ４
浅 析 混 凝 土 中钢 筋锈 蚀 对 混 凝 土 结构 的影 响
●
之 ０ 前 材
文章编 号 ： １ ６ ７ ２— ４ ０ １ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３— ０ ０ ３ １ —０ ３
上述反应 中的产 物氢氧 化铁进 一步 和 附近 的水 分子结 合容易生成红锈 （ ｎ Ｆ ｅ ： ０ ，・ ｍＨ ： ０ ） ， 与氧分 子结合使 一部分
红锈生成黑锈 （ 四氧化三铁 ） 并附着在钢筋表层 ， 上述反应 中 生成红锈体 积 比反应前体 积增大 ４倍 ， 而黑锈增 大 ２倍 ， 这
化程度要 比在干燥 环境 中严 重 ，而氯 离子 侵蚀则 在 海洋 混 凝土结构 中表现最 为突 出 ，钢筋 锈蚀 问题 则在 大多 数具 有 较长使用年 限的构 件 中都会存 在 。混 凝土 结构 耐久 性 问题 的存在轻则影 响构 件 的正常 使用 功能 ，重 则使 构件 承载 力 降低 ，甚 至是导致构 件破 坏 。１ ９ ９ １ 年 Ｍｅ ｈ ｔ ａ教授 … 曾经 在
（ ２ ）
凇
力
．
关键词 ：钢 筋锈 蚀 ；粘上 的 结性 能 ；力 学性 能 ；承 载
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｕ ３ ７ ５ 文献 标 志 码 ：Ｂ
全过程化学反应式和反应产物如下 ：
２ Ｆ ｅ＋０ ２＋２ １ － １ ２ ０ —２ Ｆ ｅ （ Ｏ Ｈ） ２ ４ Ｆ ｅ （ Ｏ Ｈ） ２＋０ ２＋２ Ｈ ２ Ｄ 一４ （ Ｏ Ｈ） ３ （ ３ ） （ ４ ）
５ ３ ０ ０ ０ ４ ） （ 广西大学土木建筑工程学院，广西 南宁
摘 要 ：简 要 阐 述 混 凝 土 结 构 耐 久 性 研 究 的 意 义 ，介
应 的电子电解 成氢氧根离子 ， 化学表达式如 下 ：
阴极 反 应 ：
ห้องสมุดไป่ตู้
绍混凝土 中钢 筋锈蚀 的机 理 ，并 分别 介绍 钢筋锈 蚀 对其基
１ 混 凝土 中钢 筋锈 蚀 的机 理
混 凝土在刚结硬时有少量 的 Ｃ ａ （ Ｏ Ｈ） 未 完全反应 形成
Ｃ ａ Ｃ Ｏ ，而是与水分子 以饱 和 的 ｃ ａ （ Ｏ Ｈ） ： 晶体 分 布在混 凝 土 中 ，混凝 土在早期 时 ｐ Ｈ值 为 ｌ ３左右 ，呈 强碱 性 ，钢 筋
在这种 强碱 的环境下表层会形成一 层厚度约为 ２ ０ ０～ ６ ０ ０ ｎ ｍ 的钝 化 膜 ，这 层 膜 的 主 要 成 分 是 含 有 结 合 水 的 氧 化 铁 （ ｎ Ｆ ｅ ０ ，・ ｍ Ｈ ０ ） ， 而 在碱性环境 下这 种物 质 能阻止 外部 环
报告 中指 出 ，钢筋锈蚀 是 引起钢 筋混 凝土 结构 受到 损坏 的
２ 钢筋锈 蚀对 混凝 土 结构 的影 响
２ ． １ 混 凝 土 中钢 筋锈 蚀 对钢 筋 力 学性 能 的 影 响
目前 ，关于锈蚀钢 筋力 学性 能的研究 上 主要通 过 以下 两种方法进行 ：
首要原 因。 目 前 ，由钢筋锈 蚀 引起 的结构 耐久性 失效 问题
锈蚀钢筋在单调 拉伸荷 载作 用下 的受力 性能来 进行 。单 调 荷载作用下锈蚀钢筋力学性能指标 主要包括钢 筋的伸长率 、
屈服强度和极 限强 度三个 方 面。在 自然 环境条 件下 ，钢 筋 锈蚀持续 时 间长 ，长 期处 于 干湿 交替 和 温度 变化 的 状态 ， 使混凝土 中钢筋 表面处 于 活化状态 。在 自然条件 下形成 的 锈蚀钢筋 的特 点 是锈 蚀不 均 匀 ，锈蚀 的 性状 以坑 蚀 为 主，
言
自混凝 土结 构诞 生后 ，由于其 自身取 材方便 、造 价低 、
受力性能好 等原 因 ，目前 在各 种 工业 、民用建筑 中得 到 广 泛使用 。而 由于混 凝 土碳化 、氯 离子 侵蚀 、钢筋 锈蚀 等原
因 ，混凝土结构 在使 用一 定 的时 间之后 ，其混凝 土 耐久性 问题就会 日益 突 出。混 凝 土结构 处在 不 同的外 界环境 条件 下 ，其耐久性 问题有 一定 的区别 。在 潮湿 环境 中混凝 土碳
种体积膨胀使钢筋 周 围的混凝 土处 于受拉 的应 力状态 ，随 着锈蚀产物的增多 ，钢筋周 围混凝 土受 到 的拉 应力 逐渐增
大至混凝土抗拉强 度后 ，混 凝土保 护层 就会 出现沿 着纵 向 钢筋方 向的纵 向裂缝 ，当锈蚀 产物增 加 到一定 程度 ，随着
裂缝开裂程度的增 大会 导致混 凝土保 护层 会剥 落 、内部钢 筋直接暴露在大气环境 中，使 内部钢筋更加容易发生锈蚀 。
本力 学性 能的影 响 、钢 筋锈 蚀对 混凝 土和 钢筋之 间粘结性
能 的 影 响 和 钢 筋锈 蚀 对 混 凝 土 构 件 承 载 力 的 影 响 三 个 方 面
的 研 究现 状 。
０ ２＋２ ０＋４ ｅ 一－ － ＊ ４ ０ Ｈ一
阳极反应 ：
２ Ｆ ｅ一４ ｅ 一一２
（ １ ）
是 国内外专 家学者极其重视 的工 程结构灾害 问题 。
Ｉ ）直接对完好 的钢筋通 电加 速锈蚀 ，通过对加速锈蚀 后 的钢筋进行试验测试来研究钢筋锈蚀后力学性能 的改变 ；
２ ）直接提取混凝土构件 中由 自然锈蚀形成锈蚀钢筋 ， 对 其进行力学试验来研究 自然锈蚀钢筋锈后力学性 能的改变。 对于锈蚀钢筋 力学性 能 的试验研 究 ，一般 是通 过测试
境 中的气体 和物质进一 步对 钢筋 进行 腐蚀 。 因此 ， 为 了保 证 混凝土 养护完成 后 的密 实度 ， 就必 须提 高 混凝 土 的浇 筑 质
量。 混凝土保护层在 不开 裂 的情况 下 ， 即使 构件 处在 露 天环
２ ０ １ ４ 年 第 ３期
第 ４ Ｏ卷 总第 １ ７ ９期
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３１ ・
２ ０ １ ４ 年 ６月
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２— ４ ０ １ １ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． ０ １ ４
浅 析 混 凝 土 中钢 筋锈 蚀 对 混 凝 土 结构 的影 响
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之 ０ 前 材
文章编 号 ： １ ６ ７ ２— ４ ０ １ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３— ０ ０ ３ １ —０ ３
上述反应 中的产 物氢氧 化铁进 一步 和 附近 的水 分子结 合容易生成红锈 （ ｎ Ｆ ｅ ： ０ ，・ ｍＨ ： ０ ） ， 与氧分 子结合使 一部分
红锈生成黑锈 （ 四氧化三铁 ） 并附着在钢筋表层 ， 上述反应 中 生成红锈体 积 比反应前体 积增大 ４倍 ， 而黑锈增 大 ２倍 ， 这
化程度要 比在干燥 环境 中严 重 ，而氯 离子 侵蚀则 在 海洋 混 凝土结构 中表现最 为突 出 ，钢筋 锈蚀 问题 则在 大多 数具 有 较长使用年 限的构 件 中都会存 在 。混 凝土 结构 耐久 性 问题 的存在轻则影 响构 件 的正常 使用 功能 ，重 则使 构件 承载 力 降低 ，甚 至是导致构 件破 坏 。１ ９ ９ １ 年 Ｍｅ ｈ ｔ ａ教授 … 曾经 在
（ ２ ）
凇
力
．
关键词 ：钢 筋锈 蚀 ；粘上 的 结性 能 ；力 学性 能 ；承 载
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｕ ３ ７ ５ 文献 标 志 码 ：Ｂ
全过程化学反应式和反应产物如下 ：
２ Ｆ ｅ＋０ ２＋２ １ － １ ２ ０ —２ Ｆ ｅ （ Ｏ Ｈ） ２ ４ Ｆ ｅ （ Ｏ Ｈ） ２＋０ ２＋２ Ｈ ２ Ｄ 一４ （ Ｏ Ｈ） ３ （ ３ ） （ ４ ）