钢筋的锈蚀

浅谈钢筋混凝土中钢筋的锈蚀问题

摘要：钢笳锈蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要原因之一，检测或监控结构混凝土内部钢筋的锈蚀状态具有重要的现实意义以及钢筋锈蚀的危害及其防护措施

关键词：钢筋，混凝土，耐久性，混凝土锈蚀机理检测，锈蚀原因，预防措施

混凝土是土木工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料，钢筋混凝土结构已经成为世界上应用最为广泛的结构形式：我国每年耗费在混凝土结构上的费用为2000亿元以上。在人们的传统观念中总是认为钢筋混凝土结构是由最为耐久的混凝土材料浇筑而成，虽然钢筋易腐蚀，但有混凝土保护层，钢筋也不会发生锈蚀，因此，对钢筋混凝土结构的使用寿命期望值也是很高的。从而忽视了钢筋混凝土结构的耐久性问题，对钢筋锈蚀及其耐久性的研究相对滞后，为此付出了巨大的代价。

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。

作为主要建筑材料的钢筋混凝土，己广泛应用于各种建筑工程中。由于混凝土的碳化，特别是氛化物污染(海洋、海岸工程与撤除冰盐的路桥工程)结构混凝土，引起钢筋锈蚀、混凝土顺筋胀裂、层

裂和剥落破坏，今天己成为威胁全世界混凝土结构耐久性的主要灾害。另一方面，由于钢筋腐蚀破坏是混凝土保护下钢的电化学腐蚀，具有不透明性，使得对结构的监护增加了难度。显然，寻找一种对结构进行无损监测的简便方法，具有重要的工程意义。

1.钢筋锈蚀的危害

钢筋锈蚀的危害主要表现在以下几个方面：

(1)钢筋锈蚀会导致混凝土结构中实际钢筋截面面积的减小，从而降低结构构件的承载能力。

(2)钢筋锈蚀后的产物是铁锈(Fe 03"Fe。04~H20)，铁锈的体积一般要增长2～4倍，体积的膨胀会导致混凝土保护层胀开，造成钢筋外露，钢筋锈蚀进一步发生。

(3)钢筋锈蚀会导致钢筋与混凝土之间的握裹力减小使得钢筋在混凝土结构中的传力受到影响。现阶段我国的常规钢筋混凝土结构房屋设计使用寿命为50年，这种寿命预测是建立在我国混凝土设计规范的基础上，虽然它不是一个很高的标准，(国外房屋寿命估算可以达到80年，有的甚至在百年以上)，但我国许多房屋就连这样的标准也达不到，由于建筑结构问题，许多钢筋混凝土的寿命不过25年左右，造成这种“折寿”情况的主要原因，其中之一就是钢筋的锈蚀。

2.钢筋参数变化检测方法

检测混凝土中钢筋腐蚀的自身参数变化的方法，基本上可分为物理方法和电化学方法两大类。

2.1 物理方法

(1)电阻探头。早在二十年代，欧美诸国就广泛采用电阻探头检测混凝土结构中的钢筋腐蚀。通常是在浇筑混凝土结构时就预先埋设这种探头。这种方法比较适用于均匀腐蚀场合。对于以局部腐蚀为特

征的钢筋，并不能定量检测钢筋腐蚀速度。

(2)声发射。它是利用混凝土中钢筋腐蚀时，腐蚀产物膨胀，会产生过大内应力，使周围混凝土开裂，部分能量以发射声波形式释放，用声发射探头可以灵敏地检测发射源位置与强弱。但它存在的问题是很难避免其他声发射的干扰，因此很难建立钢筋腐蚀活性高低与声发射强度的相关性。

(3)涡流与磁通减量。将一台电磁装置放在混凝土结构表面，使其中一段钢筋达到磁饱和，钢筋腐蚀引起的钢筋截面积损失会使磁场中出现一些异常。分析这些异常，即可判断钢筋截面积的损失率。这两种方法都是高精度、无损、定量检测混凝土中钢筋损失量的现行有效方法，配合电化学检测，可以更好地诊断钢筋腐蚀引起的混凝土结构破坏状况和评估剩余使用寿命，很有应用前景。

(4)膨胀应变探头。英国中央电力局Manning等利用金属腐蚀产物体积膨胀率与腐蚀速度的相关性，研制了一种环境腐蚀检测器(ECM)15]，主要用于检测除冰剂对混凝土中钢筋腐蚀速度的影响。

(5)直接用游标卡尺测量钢筋锈蚀后钢筋直径的变化，主要指钢筋锈蚀后钢筋有效直径的测量。

2.2电化学方法

混凝土中钢筋锈蚀的电化学检测方法主要有自然电位法、交流阻抗谱

技术和极化测量技术等。

(1)自然电位法。混凝土中的钢筋与周围介质在交界面上相互作用形成双电层，并于界面两侧产生电位差，电位差大小能反映钢筋所处的状态。自然电位法通过测定钢筋电极对参比电极的相对电位差来判明钢筋的锈蚀状况。工程中经常使用半电池电位来判断钢筋处于活化钝化状态，但目前各国确定的临界电位有所差别。

(2)交流阻抗谱法。对电极施加一个小的交流信号并使之不改变电极体系的性质，可认为输入与输出信号之间呈线性关系，这便是交流阻抗谱技术的理论基础。通过测量和对比输入与输出信号振幅及相位之间的关系来判定该电极体系的性质。交流阻抗谱法是一种暂态频谱分析技术，施加的交流信号对腐蚀体系的影响较小。它可确定出电极过程的各种电化学参数，还可以确定出电化学反应的控制步骤。通过交流阻抗谱随时间的演变也可以研究电极过程的变化规律。从具体的钢筋混凝土结构来看，‘它不仅反映了钢筋的电化学行为，同时也反映了混凝土材料的性质。

(3)线性极化法。线性极化法是Stern和Geary于1957年提出并发展起来的一种快速而有效的腐蚀速度测试方法。这一方法以过电位很小时，过电位与极化电流成线性关系作为理论根据。

(4)恒电量法、电化噪声法、谐波法等检测钢筋锈蚀方法处在发展中，目前用于现场检测不多。

3.预防钢筋锈蚀的措施

防止钢筋锈蚀的技术措施很多，一般可以分成两大类。一类是通

过提高混凝土的陛能而提高其对钢筋的保护能力，例如使用商陛能混凝土；另一类是采取一些“附加措施”，例如在混凝土外涂层中采用环氧涂覆钢筋、阴极保护及钢筋阻锈剂等。

3.1设计和施工中可以采取的措施。

在钢筋混凝土的设计和施工中，应尽可能地对钢筋提供保护措施，还应注意所采取的措施是否能良好的实施。

(1)规定保护层厚度。受氯化物侵蚀或处在中等湿度条件下的混凝土，其防锈蚀的能力主要取决于混凝土保护层的厚度和保护层的抗渗透能力。此外，在满足施工要求的条件下采用较小水灰比的混凝土作保护层，对防止氯化物等有害离子的渗入也是十分有利的。

(2)限制氯化物含量。规定混凝土拌和物中的所有组分都不含氯化物是不现实的。在混凝土中，无论氯化物以何种形式存在于何种组分中，发生锈蚀的危险都会随着氯化物含量的增大而增大。但是，外掺到混凝土中的氯化物—般将会因其化合和分散而减小其影响力。而渗入的氯化物将在混凝土内部造成氯离子浓度差而导致钢筋锈蚀。各国在制定规范时对氯化物的含量都有明确的限制。例如，我国《混凝土结构工程施工及验收规程}(CB50204-92)中除规定“在钢筋混凝土中掺用氯类防冻剂时，氯盐掺量按无水状态计算不得超过水泥重量的1％”外，还规定了在1 1种隋况下不得在钢筋混凝土结构中掺用氯盐。美国对普通钢筋混凝土和预应力混凝土中的氯盐含量控制更为严格。(3)使用外加剂。使用混凝土减水剂、膨胀剂和防水剂以提高混凝土的密实度，增强混凝土的抗渗透能力，阻碍氯离子等有害物质向混凝