混凝土的钢筋锈蚀..

开裂造成钢筋预应力损失
开裂，使水和其它离子进入
混凝土液相pH值： pH＞10，钢筋锈蚀速率很小；pH≤4时，钢筋锈蚀速率急剧增 加； 水泥品种、矿物掺合料不同，混凝土的碱度不同，碳化不同， 对钢筋的保护不同。
粉煤灰减小混凝土的氯离子扩散的作用
源自文库
混凝土Ｃl-含量：
预应力混凝土：Cl-总量不超过0.06%(水泥质量)；普通混 凝土：Cl-总量不超过0.10%(水泥质量)。
Fe(OH)2+O2→γ-FeOOH+H2O
（致密保护层）
钢筋钝化层
两个临界值：pH=9.88，开始形成钝化膜，pH=11.5，钝化 膜才能完全覆盖钢筋表面。
混凝土中性化导致锈蚀（pH≤10.5）
Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O
(氢氧化钙)
3CaO•SiO2 •3H2O+CO2 → 3CaCO3+2SiO2+3H2O
Fe(OH)2+O2+2H2O→Fe(OH)3→Fe2O3· nH2O（铁锈）


混凝土的保护作用
物理保护作用：阻止水分、氧气、氯离子等外界有害介
化学保护作用：高碱性环境（由于孔溶液中存在有
质的侵入； NaOH、KOH，CH等，pH值大于12.5）下，阳极产生的 Fe(OH)2被氧化成γ型氢氧化铁（纯化膜层）：
0.8 0.45
-10000
环境条件：
氯盐、潮湿、冷热交替、干湿变化。
当构件使用环境很干燥（湿度<40%），或完全处于水中， 钢筋的锈蚀极慢，几乎不发生锈蚀。
(4)钢筋锈蚀的预防措施 1)

混凝土表面处理 阻锈剂 钢筋涂层 电化学保护法 混凝土表面处理
普通水泥砂浆层: 5~20mm厚，减缓碳化，用于轻弱侵 蚀性 环境；
水：200～350mg/L；海砂：低于0.06%；外加剂：防冻剂、 早强剂。 混凝土种类 中等强度混 凝土 高强混凝土 掺粉煤灰高 强混凝土 粉煤灰和高 效减水剂双掺 型高强混凝土 内掺型混凝土氯盐 外掺型混凝土氯盐 总掺量临界值（%） 浓度临界值（X10-6） 1.15 0.85 5000 10500
(1)钢筋锈蚀破坏机理 原电池反应原理
电流
铜（阴极） 锌（阳极） 阳极反应
阴极反应:2H++2e-=H2↑
腐蚀电池必备条件：1) 2) 3)
阴极、阳极和电位差； 离子通路(电解质)； 电子通路。
电极电位的形成原理图

钢筋微电池腐蚀 阴极
阳极
阳极反应：Fe-2e=Fe++ （氧化反应） 阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH- （还原反应） 综合反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2(伴有电流)
CO2, 2 O2, 2 H2O 2
混凝土表面
Fe FeO Fe3O4 Fe2O3 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Fe(OH)3·3H2O
0 1 2 3 4 5 6 7
应力
应力
破坏裂缝
钢筋
钢锈
(2)钢筋锈蚀破坏特征
混凝土顺钢筋开裂、剥落、脱层
开裂
剥落
分层
钢筋－混凝土间“握裹力”下降与丧失
钢筋横 肋锈损
腐蚀产物 体积膨胀
钢筋与混凝土 粘结性能退化 承载力下降 安全性降低
保护层 开裂、剥落
(3)钢筋锈蚀影响因素

混凝土密实度和保护层厚度 ：
密实度：水灰比、矿物掺合料、骨料； 保护层厚度：设计富余系数，30%↑。
混凝土保护层的完好性 ： 成型质量：混凝土工作性、成型振动方式； 表面开裂：材料性能、养护制度。
聚合物改性水泥砂浆层 将聚合物以乳液形式掺入水泥砂浆，提高砂浆层密实性和粘 接力； 主要种类有：丙烯酸类乳液、己烯基树脂、环氧树脂乳液； 主要用于盐类强腐蚀环境 : 海洋、盐碱地、撒化冰盐工程。
海洋浪溅区混凝土的氯离子侵蚀
浪溅区下部接触氯化物机会多、潮湿，易成为阳极区，而上 部接解氧气较多，易成为阴极区； 浪溅区混凝土潮湿、又含有渗入的电解质，使其易形成良好 的导电通路； 浪溅区干湿循环及海风风干作用使氯离子更易由于毛细管作 用进入混凝土内部。

钢筋混凝土锈蚀破坏机理 钢锈膨胀压力，胀裂破坏．
混凝土
腐 蚀 宏 观 电 池
腐蚀坑 钢筋钝化层
钢筋
Cl-在钢筋锈蚀中的作用 氯离子是极强的阳极活(去钝化)剂。在水泥的浸出液
中，即使其pH值还很高(如达到13)，只要有4~6mg/L浓
度的氯离子，就足以破坏钢筋钝化膜。 Fe2++2Cl-+4H2O-----FeCl2.4H2O FeCl2.4H2O-----Fe(OH)2+2Cl-+2H++2H2O 氯离子虽然并不构成腐蚀产物，在腐蚀中也不消耗， 但作为促进腐蚀的中间产物，会给腐蚀起催化作用。
混凝土的钢筋锈蚀
钢筋锈蚀已成为混凝土结构耐久性破坏中的首要因素。 1985年，美国各类腐蚀引起损失达1680亿美元，钢筋锈蚀 占40%左右； 九十年代初，美国全部57.5万座钢筋混凝土桥中因钢锈破 坏而限载通车的公路桥占1/4，其中已经不能通车的占1%（约 5000座），仅维修费高达900亿美元。 我国交通部门于1980年对华南地区18座码头调查的结果发 现：80%以上在使用不到20年间就出现了严重或较严重的钢筋 锈蚀破坏； 北方地区，北京西直门旧立交桥仅运行18年就拆除重建， 沈阳文化路大立交桥使用13年后因钢筋锈蚀严重破坏，哈大公 路，在建成5年后混凝土出现严重的顺筋胀裂和剥落。
(水化硅酸钙)
CO2
CO2
钢筋表面脱钝导致钢锈
钢筋锈蚀产生的裂缝
开裂
锈蚀
膨胀
混凝土碳化与钢筋锈蚀
氯盐导致钢筋锈蚀 (Cl-/OH-≥0.6)
破 坏 钝 化 膜
Fe2++Cl-→[FeCl络合物]- （还原反应）
[FeCl络合物]- +2OH-=Fe(OH)2+ClFe(OH)2+O2+2H2O→Fe(OH)3→Fe2O3· nH2O（铁锈）
钢筋断面损失：以局部腐蚀为主，均匀腐蚀较少。 钢筋应力腐蚀断裂 ：应力＋锈蚀相互促进的结果。
钢筋腐蚀过程四阶段：1）腐蚀孕育期T0、2）腐蚀发展期Ｔ1、 3）腐蚀破坏期T2、4）腐蚀危害期T3。T0＞T1＞T2＞T3。
钢筋腐蚀
钢筋有效 面积减小
钢筋应 力集中
疏松铁锈层对钢筋与混 凝土界面的润滑作用