锈蚀钢筋与混凝土的粘结本构关系
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• 外加电流加速锈蚀的方法
1.将钢筋混凝土构件置于大气中，部分区段掺氯盐或者外浇盐 溶液，利用预埋不锈钢筋充当阴极进行通电腐蚀。
2.将混凝土试件浸泡在溶液中，利用浸入溶液的铜片充当阴极 进行通电加速腐蚀。
加速锈蚀过程图解
共同点：将拟锈蚀钢筋作为阳极，通过外加电流使其发生阳极反应， 整根钢筋外表面均产生 Fe2 + ，发生比较均匀的锈蚀。 不同点：阴极材料不同。
锈蚀钢筋与混凝土的粘结本构关系
01
影响钢筋锈蚀的因素
02
钢筋腐蚀与钢筋混凝土粘结力之间的联系
03
不同受力状态下锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结力
04
钢筋锈蚀的防治
目 录
钢筋腐蚀的机理
通常情况下, 混凝土中的高碱性溶液( pH 值一般在12以上, 约为 12. 6) 对混凝土中的钢筋起到保护作用. 钢筋在这种高碱性的环境中, 表面沉积着一层致密的水化氧化铁薄膜( F2O3￭2H2O) 而处于惰性状 态. 通常钢筋表面薄膜的破坏有两种原因: 因混凝土碳化而引起钢筋 混凝土保护层的碱度降低( pH 值可降至 9 以下) , 当混凝土 pH 值降到 11. 5 以下时, 钢筋表面的钝化薄膜就会受到破坏; 由于氯离子和氧 离子的扩散侵蚀而破坏钝化薄膜. 钝化薄膜的破坏, 失去了对钢筋的保 护作用, 若有空气( 指其中的氧气) 和水分侵入, 钢筋便开始发生腐蚀。
混凝土中氯离子侵蚀引起钢筋腐蚀速度的变化
碳化导致的腐蚀机理
• 碳化腐蚀比氯化物侵蚀发展慢. 大量的结构混凝土用在民用、工业、办公楼建 筑中, 而不是工程结构中, 因此, 只有少量的结构存在着氯离子侵蚀引起钢筋腐 蚀的危险, 大多数的钢筋混凝土结构的潜在使用寿命主要取决于碳化和钢筋增 强材料腐蚀的速率。
• 空气中二氧化碳扩散到混凝土中与水作用生成碳酸, 碳酸与水泥石中的氢氧化 钙反应生成碳酸钙,在自由水的作用下碳酸钙沉淀在混凝土中内部的孔穴中, 此 过程称为混凝土碳化. 碳化的结果可以使混凝土孔溶液的 pH 值从大于 12 降低 于 9 以下, 如果碱损失发生在钢筋附近, 就会引起钢筋钝化膜的破坏, 且在湿气 和氧的作用下, 还可以引起平行于钢筋的裂纹和混凝土崩裂. 对碳化腐蚀最敏感 的是暴露于雨水中的混凝土, 特别是在钢筋的保护层较薄或保护层质量低时更 易碳化。
影响钢筋锈蚀的因素
影响钢筋腐蚀的因素很多. 在一般大气条件下,影响钢筋腐蚀的主要因素有氯 离子、混凝土碳化、环境条件( 温度、湿度、浓度等) 、混凝土渗透性和保护层厚 度、钢筋位置与直径等. 混凝土的渗透性与其强度、孔隙率、裂缝宽度及密度有 关。
混凝土的渗透性能与钢筋腐蚀速度有直接关系. 研究表明, 裂缝分布越密, 混 凝土水灰比越大, 养护时间就越短, 强度越低, 裂缝宽度越大, 混凝土渗透性越好, 钢筋腐蚀越快.。
环境因素对钢筋腐蚀也有重要影响。温度，相对湿度，环境中各种微量元素 及物质，如氯离子、氧气、自由水等含量都会有影响。
混凝土碳化和氯离子的侵蚀是影响钢筋腐蚀的两个最主要的因素。
Leabharlann Baidu 影响钢筋锈蚀的因素
• 侵蚀机理 Cl- 是一种钢筋腐蚀活化剂, 即使在保护层不被中性化的条件下也会破坏钢 筋钝化膜而对钢筋腐蚀起加速作用. 同时, 由于 Cl- 到达钢筋表面的不均匀性, 特别是 Cl- 作用于钢筋局部区域时, 便形成大阴极小阳极腐蚀, 导致钢筋发生坑蚀. 由于坑蚀的 深度可达平均腐蚀深度的 10 倍左右, 因而危害更大. Cl- 离子的存在还增强了混凝土 的导电性, 使钢筋腐蚀容易发生. 最后, 钢筋活化后阳极区 Cl- 浓度增加以平衡 Fe2+ , 从而进一步增加腐蚀面积和腐蚀速度. 另外, 由于混凝土膨胀性腐蚀和钢筋锈蚀而产生 裂缝, 这些裂缝又成为侵蚀介质的通道, 从而进一步加剧了钢筋的腐蚀。
外加电流加速锈蚀与自然锈蚀的比较
通过单调拉伸荷载下钢筋的受力性能试验结果比较发现: 两种锈蚀钢筋 的屈服荷载、极限荷载及延伸率随锈蚀率的增大皆呈现下降的趋势; 锈蚀达 到一定程度后，钢筋的屈服平台消失; 自然锈蚀的局部化特征和坑蚀引起的 应力集中导致同等锈蚀率下自然锈蚀钢筋的屈服平台退化更为明显，且结果 更为离散。通过单调荷载下锈蚀混凝土梁的受弯性能试验结果比较发现: 自 然锈蚀梁和外加电流加速锈蚀梁的破坏模式一致，但自然锈蚀条件下，锈蚀 的局部发展使梁的破坏形式对锈蚀率更为敏感。由此可知，外加电流加速锈 蚀在一定程度上可以模拟自然锈蚀。
• 氯离子通过毛细吸附和扩散作用穿透混凝土保护层到达钢筋表面, 当钢筋表面孔溶液 中的氯离子浓度达到某临界值时, 钢筋转入活化状态, 开始腐蚀. 随着腐蚀产物的增加, 腐蚀产物体积膨胀( 为钢筋体积的2~ 6 倍[ 6] ) , 作用于周围混凝土, 裂缝开始出现, 钢 筋的腐蚀速度明显加快, 直到混凝土裂缝达到 0. 1~ 0. 5 mm, 但在保护层剥落以至钢 筋完全裸露, 失去微电池腐蚀条件时, 钢筋腐蚀速度反而会有所降低.
钢筋混凝土拉拔实验
• 百分表一——自由端（sl） • 百分表二——加载端（sf）
本试验加载速率为: A组试块2.5KN/min; B组试块 5KN/min
拉拔实验装置图
实验现象：
未锈蚀试块拉拔试验现象 A组A01一A03试块及B组BO1一B03试块均为未锈蚀试块。
在加载的初期，加载端滑移值Sl逐渐增大，自由端无滑移现象，自由端尚未 发生粘结破坏;当荷载持续增大至Ps时，自由端开始出现微小滑动，但在达 到极限荷载之前，自由端滑移值Sf始终很小，表明钢筋与混凝土之间的胶结 破坏和相对滑移由加载端逐渐向自由端发展;接近极限荷载Pu时，自由端滑 移速度加快;峰值荷载Pu之后，荷载逐渐减小，当达到Pr后，荷载几乎处于 不变阶段，但钢筋滑移值持续增大，钢筋与混凝土发生粘结锚固破坏，此时 荷载仅由钢筋与混凝土之间残余的摩阻力平衡。
自然电化学腐蚀机理
阳极：Fe 2e Fe2（氧化）
阴极：O2 2H2O 4e 4OH (还原)
Fe(OH )2
当氧气含量较少时：
6Fe(OH)2 2O2 2Fe3O4 6H2O
当氧气含量较多时：
4Fe(OH)2 O2 2H2O 4Fe(OH)3
实验室中加速锈蚀与自然锈蚀间的相关性
1.将钢筋混凝土构件置于大气中，部分区段掺氯盐或者外浇盐 溶液，利用预埋不锈钢筋充当阴极进行通电腐蚀。
2.将混凝土试件浸泡在溶液中，利用浸入溶液的铜片充当阴极 进行通电加速腐蚀。
加速锈蚀过程图解
共同点：将拟锈蚀钢筋作为阳极，通过外加电流使其发生阳极反应， 整根钢筋外表面均产生 Fe2 + ，发生比较均匀的锈蚀。 不同点：阴极材料不同。
锈蚀钢筋与混凝土的粘结本构关系
01
影响钢筋锈蚀的因素
02
钢筋腐蚀与钢筋混凝土粘结力之间的联系
03
不同受力状态下锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结力
04
钢筋锈蚀的防治
目 录
钢筋腐蚀的机理
通常情况下, 混凝土中的高碱性溶液( pH 值一般在12以上, 约为 12. 6) 对混凝土中的钢筋起到保护作用. 钢筋在这种高碱性的环境中, 表面沉积着一层致密的水化氧化铁薄膜( F2O3￭2H2O) 而处于惰性状 态. 通常钢筋表面薄膜的破坏有两种原因: 因混凝土碳化而引起钢筋 混凝土保护层的碱度降低( pH 值可降至 9 以下) , 当混凝土 pH 值降到 11. 5 以下时, 钢筋表面的钝化薄膜就会受到破坏; 由于氯离子和氧 离子的扩散侵蚀而破坏钝化薄膜. 钝化薄膜的破坏, 失去了对钢筋的保 护作用, 若有空气( 指其中的氧气) 和水分侵入, 钢筋便开始发生腐蚀。
混凝土中氯离子侵蚀引起钢筋腐蚀速度的变化
碳化导致的腐蚀机理
• 碳化腐蚀比氯化物侵蚀发展慢. 大量的结构混凝土用在民用、工业、办公楼建 筑中, 而不是工程结构中, 因此, 只有少量的结构存在着氯离子侵蚀引起钢筋腐 蚀的危险, 大多数的钢筋混凝土结构的潜在使用寿命主要取决于碳化和钢筋增 强材料腐蚀的速率。
• 空气中二氧化碳扩散到混凝土中与水作用生成碳酸, 碳酸与水泥石中的氢氧化 钙反应生成碳酸钙,在自由水的作用下碳酸钙沉淀在混凝土中内部的孔穴中, 此 过程称为混凝土碳化. 碳化的结果可以使混凝土孔溶液的 pH 值从大于 12 降低 于 9 以下, 如果碱损失发生在钢筋附近, 就会引起钢筋钝化膜的破坏, 且在湿气 和氧的作用下, 还可以引起平行于钢筋的裂纹和混凝土崩裂. 对碳化腐蚀最敏感 的是暴露于雨水中的混凝土, 特别是在钢筋的保护层较薄或保护层质量低时更 易碳化。
影响钢筋锈蚀的因素
影响钢筋腐蚀的因素很多. 在一般大气条件下,影响钢筋腐蚀的主要因素有氯 离子、混凝土碳化、环境条件( 温度、湿度、浓度等) 、混凝土渗透性和保护层厚 度、钢筋位置与直径等. 混凝土的渗透性与其强度、孔隙率、裂缝宽度及密度有 关。
混凝土的渗透性能与钢筋腐蚀速度有直接关系. 研究表明, 裂缝分布越密, 混 凝土水灰比越大, 养护时间就越短, 强度越低, 裂缝宽度越大, 混凝土渗透性越好, 钢筋腐蚀越快.。
环境因素对钢筋腐蚀也有重要影响。温度，相对湿度，环境中各种微量元素 及物质，如氯离子、氧气、自由水等含量都会有影响。
混凝土碳化和氯离子的侵蚀是影响钢筋腐蚀的两个最主要的因素。
Leabharlann Baidu 影响钢筋锈蚀的因素
• 侵蚀机理 Cl- 是一种钢筋腐蚀活化剂, 即使在保护层不被中性化的条件下也会破坏钢 筋钝化膜而对钢筋腐蚀起加速作用. 同时, 由于 Cl- 到达钢筋表面的不均匀性, 特别是 Cl- 作用于钢筋局部区域时, 便形成大阴极小阳极腐蚀, 导致钢筋发生坑蚀. 由于坑蚀的 深度可达平均腐蚀深度的 10 倍左右, 因而危害更大. Cl- 离子的存在还增强了混凝土 的导电性, 使钢筋腐蚀容易发生. 最后, 钢筋活化后阳极区 Cl- 浓度增加以平衡 Fe2+ , 从而进一步增加腐蚀面积和腐蚀速度. 另外, 由于混凝土膨胀性腐蚀和钢筋锈蚀而产生 裂缝, 这些裂缝又成为侵蚀介质的通道, 从而进一步加剧了钢筋的腐蚀。
外加电流加速锈蚀与自然锈蚀的比较
通过单调拉伸荷载下钢筋的受力性能试验结果比较发现: 两种锈蚀钢筋 的屈服荷载、极限荷载及延伸率随锈蚀率的增大皆呈现下降的趋势; 锈蚀达 到一定程度后，钢筋的屈服平台消失; 自然锈蚀的局部化特征和坑蚀引起的 应力集中导致同等锈蚀率下自然锈蚀钢筋的屈服平台退化更为明显，且结果 更为离散。通过单调荷载下锈蚀混凝土梁的受弯性能试验结果比较发现: 自 然锈蚀梁和外加电流加速锈蚀梁的破坏模式一致，但自然锈蚀条件下，锈蚀 的局部发展使梁的破坏形式对锈蚀率更为敏感。由此可知，外加电流加速锈 蚀在一定程度上可以模拟自然锈蚀。
• 氯离子通过毛细吸附和扩散作用穿透混凝土保护层到达钢筋表面, 当钢筋表面孔溶液 中的氯离子浓度达到某临界值时, 钢筋转入活化状态, 开始腐蚀. 随着腐蚀产物的增加, 腐蚀产物体积膨胀( 为钢筋体积的2~ 6 倍[ 6] ) , 作用于周围混凝土, 裂缝开始出现, 钢 筋的腐蚀速度明显加快, 直到混凝土裂缝达到 0. 1~ 0. 5 mm, 但在保护层剥落以至钢 筋完全裸露, 失去微电池腐蚀条件时, 钢筋腐蚀速度反而会有所降低.
钢筋混凝土拉拔实验
• 百分表一——自由端（sl） • 百分表二——加载端（sf）
本试验加载速率为: A组试块2.5KN/min; B组试块 5KN/min
拉拔实验装置图
实验现象：
未锈蚀试块拉拔试验现象 A组A01一A03试块及B组BO1一B03试块均为未锈蚀试块。
在加载的初期，加载端滑移值Sl逐渐增大，自由端无滑移现象，自由端尚未 发生粘结破坏;当荷载持续增大至Ps时，自由端开始出现微小滑动，但在达 到极限荷载之前，自由端滑移值Sf始终很小，表明钢筋与混凝土之间的胶结 破坏和相对滑移由加载端逐渐向自由端发展;接近极限荷载Pu时，自由端滑 移速度加快;峰值荷载Pu之后，荷载逐渐减小，当达到Pr后，荷载几乎处于 不变阶段，但钢筋滑移值持续增大，钢筋与混凝土发生粘结锚固破坏，此时 荷载仅由钢筋与混凝土之间残余的摩阻力平衡。
自然电化学腐蚀机理
阳极：Fe 2e Fe2（氧化）
阴极：O2 2H2O 4e 4OH (还原)
Fe(OH )2
当氧气含量较少时：
6Fe(OH)2 2O2 2Fe3O4 6H2O
当氧气含量较多时：
4Fe(OH)2 O2 2H2O 4Fe(OH)3
实验室中加速锈蚀与自然锈蚀间的相关性