钢筋混凝土的钢筋腐蚀现状调查与原因探究

钢筋混凝土的钢筋腐蚀现状调查与原因探究[摘要]现在钢筋混凝土结构的构筑物由于钢筋腐蚀导致结构失效的现象越

来越多，这里分析了这些工程事故的钢筋腐蚀原因和各因素影响，综述了钢筋混凝土中钢筋受蚀的机理。

【关键词】混凝土；钢筋腐蚀；结构；化学反应

钢筋混凝土是通过在混凝土中加入钢筋、钢筋网、钢板或纤维而构成的一种组合材料，两者共同工作从而改善混凝土抗拉强度不足的力学性质，为混凝土加固的一种最常见形式，具有材料来源容易、价格低廉、坚固耐用等特点，广泛应用于公路、桥梁等结构中。混凝土结构中钢筋腐蚀导致结构物破坏或失效，已成为当今世界关注的重大课题之一，它在影响结构物耐久性因素中，占主导地位。在混凝土工程中，因为钢筋的腐蚀造成众多的工程事故，钢筋混凝土中钢筋受腐蚀的现象正逐步受到我国各方的重视。虽然我国在混凝土结构钢筋腐蚀方向并没有完整、系统、深入的调查，但是对钢筋腐蚀现状调查，分析腐蚀产生的原因，制定相关措施，对我国混凝土工程质量有着非同寻常的意义。

正常使用条件下，自然环境中的钢筋混凝土的腐蚀并不严重，所以并未受到人们的重视。混凝土结构由于环境污染和的建筑物老化的加重，环境介质中腐蚀性物质含量增加，遭受破坏的现象日益严重。根据统计，因为国民经济中的1.25%是钢筋腐蚀而造成的经济损失，钢筋腐蚀而造成的工程事故也时常发生，因此，钢筋混凝土的腐蚀破坏问题已引起国内的关注，成为研究和关注的一个重要方向。由于钢筋混凝土结构耐久性问题的加重，造成的经济损失和人员伤亡已远远超出人们的预计。

截止1986年，美国已花费240亿美元用于修复被腐蚀桥梁，而且以每年5亿美元的速度增长。美国1984年报道，57.5万座钢筋混凝土桥出现钢筋腐蚀破坏，其中40%的桥梁需要耗费54亿美元来修理承载力不足与加固处理。建于1967年的美国明尼苏达州境内一座跨越密西西比河标号为1-35W钢梁混凝土公路拱桥，在使用仅二十多年桥体就出现重大腐蚀现象，用局部修补的方法进行了修复，不久又出现裂缝和腐蚀现象，但未及时采取有效措施，最终于2007年发生重大坍塌事故，造成了人员的重大伤亡。加拿大早期由于大量使用“防冰盐”，使得钢筋混凝土桥梁等破坏严重。1986年同本运输省检查的103座混凝土海港码头状况，发现仅服役20年的结构都需要修补。在英国、澳大利亚、欧洲、海湾国家中，由于氯盐为主的钢筋腐蚀破坏问题大量出现。根据1994年铁路秋检统计，我国铁路中有损坏的钢筋混凝土桥为2675座，其中由于钢筋锈蚀而发生损伤的为722座，占27%。20世纪90年代前修建的海港工程竟然使用10～20年就会发生严重的钢筋锈蚀。1979年建成通车的北京西直门立交桥，因为冬季撒盐化冰造成的“盐害”，在使用不足20年后便被迫拆除重修，重修费用高达3000万元。由此可见，恶劣环境中（如酸雨、海洋环境、除冰盐、高低温等环境条件）服役的钢筋混凝土结构耐久性问题十分突出。2001年，位于我国四川的宜宾大桥突然垮塌，然后仅使用了11年；使用仅不到20年就需重建或修理比比皆是，如澎

湖大桥、北京西直门立交桥等。作者从国家安监局官网获知，全国在5年内至少有17座大桥发生垮塌，造成伤亡近300人。因此，如何揭示钢筋混凝七材料力学性能劣化规律，进行钢筋混凝土构筑物耐久性评估，并合理预测剩余寿命，最终提出维修加固决策已成为当今土木工程界亟待解决的问题。?

1.钢筋腐蚀对钢筋砼结构的影响

1.1由于钢筋受到腐蚀部分失效，失去抗拉性能，有效钢筋受力截面积减小，致使构件截面单位承载力下降，发生局部应力过大破坏或变形过大。?

1.2钢筋在混凝土内部有效接触面积减少，严重的损失率可达45%以上，此时钢筋已与混凝土脱离连接，但是混凝土构件表面可能无明显剥落裂痕迹象。?

1.3混凝土保护层局部剥落，钢筋外露，发生可见化学锈蚀。?

1.4混凝土保护层发生沿钢筋长度方向的开裂，裂缝宽度达1至2毫米以上。?

2.钢筋受腐蚀的原因

正常环境中，稳定的铁的氧化物—铁矿石经过高温熔炼脱氧得到钢，但是钢却处于不稳定的高能量状态。铁的活性很高，极易产生锈蚀现象，钢的受腐蚀性（铁锈）是指，铁很容易在自然环境中的介质如H2O、O2、CO2等作用下，发生化学反应生成稳定的铁的氧化物状态，这个过程可以用电化学方程式表示如下：

2Fe+O2+H2O→2Fe2++4（OH）-→Fe（OH）2；

4Fe（OH）2+O2+H2O→Fe（OH）3

在混凝土较为密实的情况下，水泥水化后将生成大量碱性的Ca（OH）2。但在使用过程中随着混凝土的碳化，钢筋腐蚀会逐步产生。钢的铁离子（Fe2+）和Ca（OH）2中的（OH）-生成的Fe（OH）2在碱性溶液中是不溶解的，钢筋腐蚀产物的体积不断地增大，钢筋会阻止钢筋腐蚀在混凝土的强碱性环境下会生成一层致密的钝化膜。

但是，钢筋的化学腐蚀还包括：盐腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀等。但是当钢筋混凝土构件在其他腐蚀环境下，钢筋极易会发生钝化作用，钢筋表面的钝化膜就会遭到破坏。这两种情况是：

（1）水泥水化后生成的大量碱性的Ca（OH）2会与空气中的渗入混凝土内部CO2反应，不断向渗入混凝土内部形成碳酸溶于水并与水泥中碱性水化物Ca （OH）2发生反应的化学反应，进行中和反应生成CaCO3与H2O（混凝土的碳化作用），它会使钢筋表面不溶物Fe（OH）2钝化失效?然后，阴极、阳极反应生成的铁离子和氢氧根离子会发生反应生成氢氧化铁，氢氧化铁会与O2以及溶

于水的CO2可进一步氧化成铁锈。

（2）氯离子的侵入逐渐成为造成混凝土中钢筋锈蚀的重要因素，由于钢筋周围氯化物浓度达到某个临界值，当混凝土内Cl-氯离子容易结晶渗透至钝化膜，与Fe2+结合生成铁与氯化物的化合物氯化铁，即绿锈；混凝土中氯离子与其他离子相比更容被吸附，即使氯化物是中性盐，但在，使氯离子能长期反复作用而使钢筋腐蚀更加严重。所以，钢筋钝化膜附近氯离子浓度较高，氯盐使水泥的水化作用不完全，同时还会增加混凝土的导电性，而这种绿锈又能渗出钝化膜，遇到氯浓度较高的介质时又会分解为铁锈Fe（OH）3。

因此，钢筋受到氯化物侵蚀和空气中的CO2大量渗入进混凝土内部与碱性物质反应和是使在混凝土内的钢筋腐蚀的重要因素，防治钢筋混凝土腐蚀应该着重这方面入手。