浅谈混凝土中钢筋锈蚀机理及影响因素

作者 简介 ： 李旭 光 （ １ ９ ８ ８一） ， 男， 山 东青 岛人 ， 硕 士研 究 生，
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Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ＆ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ
破坏 。
一
化作用大大加速了钢筋的锈蚀 。具体反应式如下 ：
１ ９ ９ ９年 当 年 我 国 由 于 结 构 老 化 造 成 的 损 失 约 为
致钝化膜的破坏。 １ ． １ 钝化 膜 的破坏
混 凝 土碳 化 又称 为 混凝 土 的中性 化 ， 是 在 有水 存 在 的情 况下 ， 混凝 土 中水 泥 的水 化 产 物 与 空 气 中
的二氧化碳发生化学反应 。具体反应式如下 ：
文章编 号 ： １ ０ ０ ９—９ ４ ４ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ｌ一 ０ ０ ２ ２— ０ ４
浅谈混凝土中钢筋锈蚀机理及影响因素
口 口 王立 久 Байду номын сангаас 张立卿 。 刘 莎
摘
（ 大连理工大学 建设工程学部 ， 辽宁 大连
１ １ ６ ０ ２ ４ ）
要： 对钢 筋的锈蚀机 理进行 了介绍 ， 认 为钢 筋锈蚀 可 以
Ｆ ｅ ＋２ ０ Ｈ一 － － ￣ Ｆ ｅ （ Ｏ Ｈ） ２ Ｆ ｅ Ｃ １ ２ ＋ ２ Ｈ ２ Ｏ ＿ ＋ Ｆ ｅ （ Ｏ Ｈ） ２ ＋ ２ ＨＣ Ｉ （ ９ ） （ １ Ｏ ）
ｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｉ ｍｅ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ｐ ｏ ｗｄ ｅ ｒ ．
更严重 的是 ， 混凝土 的孔溶液的初始 ｐ Ｈ值在 １ ２一 ｌ ３ ， 碳化后的 ｐ Ｈ值为 ８ —１ ０ ， 这致使钢筋 的钝 化膜
而导致混凝土产生裂纹 ， 容易使有 害离子进入混凝
土 内部 。有 害离子 可 能 会 导致 混 凝 土 的钢筋 锈 蚀 。
１ ８ ０ ０～ ３ ６ ０ ０ 亿元， 其中钢筋锈蚀 占４ ０ ％， 约为 ７ ２ ０一 ｌ ４ ４ ０亿元 。 所 以， 有必要对混凝土中钢筋的锈蚀机理及影
文献标识码 ： Ａ
关键词 ： 混凝土耐 久性 ； 钢筋锈蚀； 机理 ； 影响因素
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ５ ２ ８ ． ５ ７ １
引言
钢筋混凝土结合了钢筋和混凝土的优点 ， 是工 程中用量最大的建筑材料。虽然随着结构计算理论 的提出和新型建筑材料 的出现 ， 将来 还会 出现很多 新的结构形式 ， 但可以肯定的是 ， 混凝土结构仍然是 最 常用 的结 构 形 式 之 一 … 。随 着 钢 筋 混 凝 土结 构
Ｃ Ｏ ２ ＋Ｈ ２ ０ Ｈ ２ Ｃ Ｏ ３ Ｃ ａ （ Ｏ Ｈ） ２ ＋Ｈ２ Ｃ Ｏ ３ ＿ ＋ Ｃ ａ Ｃ Ｏ ３ ＋ ２ Ｈ ２ ０ （ １ ） （ ２ ）
由（ ２ ） 式可知 ， 由于 氢 氧 化 钙 参 加 反 应 后 变 成 碳酸钙 ， 生成物与反应物相 比密度变大， 体积变小 。 因此 ， 混凝土 的碳化 会 引起混 凝土 的不 可逆 收缩 ， 从
２ ０ １ ２年毕 业于山东交通 学 院机 械 工程 学院 ， 现在 济 南大 学 材料科 学与工程 学院攻读 硕士学位 。 收稿 日期 ： ２ ０ １ ３—１ ２—１ ７
（ 编辑 盛晋生 ）
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｌ ｉ ｍｅ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ｐ ｏ ｗ ｄ ｅ ｒ ； ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ０ ｎ ： ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｔｉ ｒ ｅ ｓ ； ｇ ｒ ｅ ｙ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
碳 化引起 的 。在海 洋 环 境下 ， 高浓 度 的氯 离 子会 导
锈蚀带来 的耐久性 问题不仅造成 了大量 的经济损
失， 还威胁到人们的生命安全 。Ｍ ｅ ｈ ｔ ａ 教授 曾在《 混 凝土耐久性——五十年进展》 报告中指 出： “ 当今世
界混凝土破坏的原因， 按照重要性递减顺序排列是 ： 钢 筋锈蚀 、 冻害、 物 理化 学作用 ” ＿ ２ ｊ 。 据估计 ， 全世界混凝土结构每年因钢筋锈蚀引 起的维护加固费用达 １ ０ ０ ０亿美元 。例如 ， 日本 引以为豪 的新干线 ， 运行不到 １ ０年就出现了钢筋锈 蚀开裂、 混凝土剥落等情况 。英 国为解决海洋环境 下钢筋混凝土构筑物的腐蚀 与防护问题 ， 每年花费 将近 ２ ０万英镑 Ｈ Ｊ 。我 国 因钢 筋锈 蚀 引 起 的 耐久 性 问题同样 很严 重， 根据 １ ９ ９ ９年底 的统计 数据 ， 仅
分为钝化膜破坏和钢 筋锈蚀 两个 阶段。从 内部 因素和外部 因素两个方面 ， 论述 了影响钢 筋锈蚀 的各 种 因素， 展 望 了钢
筋锈蚀研 究的前景。
响因素进行研究 ， 从而更好地对混凝土的钢筋锈蚀 进行 预测 、 预 防及处 理 。
ｌ 钢筋锈蚀 的机理
混凝 土 中水 泥 的水 化 产 物 中有 ２ ０ ％ 一３ ０ ％ 的
的大 量使 用 ， 其 耐 久 性 问题 也 逐 渐暴 露 出来 。钢 筋
氢氧化钙 ， 所以混凝土的孔溶液呈现碱性 ， ｐ Ｈ值在 １ ２左右 。在这 种碱 性环 境下 ， 钢 筋 的 表 面会 形成 一 层致 密 的钝 化膜 。研 究 表 明＿ ６ Ｊ ， 钢 筋 的钝化 膜 存 在 两个 ｐ Ｈ临界值 ， 一个是 ｐ Ｈ＝ ９ ． ８ ， 低于此值 ， 钢筋 表 面的钝化 膜不 可生 成 ； 另 一个是 ｐ Ｈ＝１ １ ． ５ ， 当ｐ Ｈ ＞ ｌ １ ． ５才能生成完整的钝化膜。钢筋 的钝化膜不 破坏 ， 即使在存在水 和氧气的情况下钢筋也不会锈 蚀。钢筋钝化膜 的破坏主要有两种途径 ， 一是混凝 土碳化 ， 二是氯离子扩散到钢筋 的表面。在一般 的 大气 环境 下 ， 钢 筋钝 化 膜 的破坏 主要 是 由于混 凝 土