关于钢筋腐蚀问题的探讨

关于钢筋腐蚀问题的探讨

【摘要】文章介绍了混凝土对钢筋的保护作用、混凝土结构中钢筋腐蚀机理，提出了混凝土结构钢筋腐蚀的防治措施。

【关键词】：混凝土结构钢筋腐蚀机理

钢筋混凝土结构中的混凝土作为保护层，将空气、水等物质与钢筋隔绝开来，可以有效解决钢筋的防腐蚀问题。但是，如果施工中没有对钢筋进行彻底的除锈处理，或者在使用过程中混凝土保护层出现了脱落造成钢筋外露，那么钢筋就非常容易发生腐蚀了。因此，非常有必要分析钢筋发生锈蚀的原因，并提出相应的解决措施，有效地保证工程质量。

1、混凝土的保护作用

铁如果暴露在自然环境中，非常容易发生锈蚀，但是钢筋混凝土结构中，铁却不容易发生腐蚀，这是因为混凝土起到了很好的保护作用，具体来说，水泥凝结硬化之后，混凝土内部的碱性会比较高，pH值可以达到13.5-13.8，硬化混凝土中液相pH值可以达到12.5，在这种碱性很高的环境里，铁的表面会形成一层氧化物膜即钝化膜，它会紧紧地粘附在铁的表面，从而使得钢筋表面处于钝化状态，有效地保护里层的钢筋。钝化膜是防止钢筋腐蚀的根本原因，形成钝化膜后，钢筋表面没有活性铁，因此电化学腐蚀无法进行。需要注意的是，混凝土保护层提供的高碱性是促使钝化膜形成的原因，因此，混凝土才能对钢筋起到保护作用。

2、钢筋腐蚀的机理

混凝土结构中的钢筋也会因为各种原因出现腐蚀现象，腐蚀机理有化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀，其中电化学腐蚀是最重要的因素。以下分别进行介绍。

2.1化学腐蚀

钢筋的化学腐蚀包含几种形式，即盐腐蚀、酸腐蚀、碱腐蚀。又以酸腐蚀作为最主要的化学腐蚀形式。

2.2电化学腐蚀

电化学腐蚀是引发钢筋发生锈蚀的最主要因素。电化学腐蚀的发生必须具备两个条件：(1)钢筋表面形成电位差。就是在钢筋表面的不同部位形成阳极和阴极。(2)阳极部位钢筋的表面能够产生电子，即处于活化状态，阴极部位钢筋的表面有足够的氧气和水，这样就可以产生电化学腐蚀了。钢筋的材质和表面不可能保证100%的均匀性，这就为在钢筋表面形成电位差提供了条件，而在潮湿的环境下，水和氧气都很充足，钢筋就很容易产生电化学反应，也就发生了腐蚀。

钢筋腐蚀形成的产物强度很差，并且体积也会不断增大，降低了与混凝土之间的握裹效果，减小了有效面积。

2.3应力腐蚀

钢筋发生电化学腐蚀之后，其表面会形成大小不一、分散不均的腐蚀坑，从而影响钢筋的力学性能，此时，如果钢筋受拉，应力的分布就会不均匀，局部会形成应力集中，从而引起早期断裂，这就是应力腐蚀。可见，应力腐蚀是应力和电化学腐蚀共同作用的结果。应力腐蚀主要会受到钢筋的应力水平、腐蚀介质、钢筋的材料情况等因素的影响。需要注意的是，高强预应力钢筋最容易受到应力腐蚀的危害。

3、钢筋腐蚀的危害

钢筋发生腐蚀后，会对混凝土结构造成一些列危害。具体如下。

钢筋与混凝土的握裹粘结力下降。钢筋发生腐蚀后，会出现如下变化：①钢筋发生腐蚀后，其腐蚀产物的体积会不断膨胀，引起混凝土开裂，从而降低了混凝土对钢筋的约束力；②钢筋的腐蚀产物一般是氧化物和氯化物，强度很差，非常疏松，这样原本致密的钢筋表面就被一层疏松的隔离层取代，从而钢筋与混凝土之间的粘接力大大降低。③腐蚀钢筋变形后，变形肋会逐渐变小，从而削弱了与混凝土之间的咬合作用，甚至会出现基本失效的现象。

混凝土开裂。钢筋发生腐蚀后，其腐蚀产物的体积会增大到原来的2-10倍，黑锈体积会增大到原来的二倍，红锈体积会增大到原来的四倍。从而不断挤压周围的混凝土，造成混凝土沿着钢筋方向发生开裂，保护层最终成片脱落下来，保护层脱落后，钢筋的腐蚀又进一步加剧，形成一个恶性循环，降低结构的耐久性，改变结构的受力状态。

钢筋截面积变小。钢筋发生严重的腐蚀后，主筋、箍筋的横截面积会明显减小，降低钢筋对应力的承受能力。发生腐蚀的梁在钢筋产生屈服前，不会出现明显的受力裂缝，然而，一旦出现明显的受力裂缝，则意味着钢筋已经产生了屈服，构件即将发生破坏了。这样，本来可以预见的结构受弯塑性破坏变成了无法预见的剪切脆性或少筋破坏。

降低钢筋的抗震性能、疲劳性能等动力性能。钢筋发生腐蚀后，截面积会变小，混凝土也会破坏，这样就对结构的动力性能产生了非常不利的影响。目前，国内许多建筑的钢筋混凝土结构在腐蚀条件下持续使用，其抗震性能也越来越差，一旦发生地震灾害，可能造成重大的人身财产损失。

4、减轻钢筋腐蚀的措施

可以说，钢筋腐蚀是无法完全避免的，但是我们可以采取措施减轻腐蚀。

控制混凝土的原材料。氯离子是引发钢筋腐蚀的重要因素，为此，施工中，控制好海砂、海水这些含氯盐的原材料的使用，尽量避免将氯离子带入到混凝土中，同时，可以掺入适量的缓蚀剂或阻锈剂如亚硝酸钠、亚硝酸钙等在混凝土中，减缓钢筋的腐蚀。

确保混凝土的施工质量。施工时，如果混凝土的密实性太差，那么钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀会容易很多，为此，采取一切有效措施提高混凝土的密实性，是提高混凝土强度、减缓钢筋腐蚀的重要手段。

改善混凝土的工作环境。寒冷冬天路桥结冰后，尽量不要进行撒盐处理，研究新的化雪方法；室内相对湿度较大，有侵蚀性气体、粉尘介质时，加强室内的通风；钢筋混凝土结构不能直接接触侵蚀性强的溶液或介质，为此可以将沥青漆、环氧树脂涂料等绝缘层涂抹在构件的外表面，或者适当增加混凝土保护层的厚度。

对钢筋表面进行防锈处理。具体来说，就是在钢筋的表面刷涂一层环氧树脂涂层，从而极大地改善钢筋的化学抗腐蚀性能，并且环氧树脂涂层与钢筋的粘接力很强、延性大、干缩小，可以有效地隔绝侵蚀物质，最高可以延长建筑物50年的使用寿命。

钢筋混凝土结构位于水下时，为有效防止腐蚀，需采用外加电流式阴极防蚀系统。该系统由外加阳极、阴极（钢筋）、电流设备、覆盖层、导电介质（含腐蚀因子的混凝土层）组成，这种技术已经非常成熟了。

5、锈蚀钢筋的修补

钢筋锈蚀的程度不一样，修补的方法也不一样，具体如下。

钢筋锈蚀不是很严重时，即破损范围不大或者混凝土表面仅有细小的裂缝时，可以用环氧树脂、沥青、过氧乙烯漆或者砂浆对裂缝或者破损位置进行封闭处理。

锈蚀稍微严重的，可以使用钢筋阻锈加堵塞裂缝的方法进行处理。这种方法是将自动接触型阻锈剂施加在混凝土表面，然后渗入到钢筋表面，或者直接将其掺入到混凝土的拌合料中，最终都是在钢筋表面形成新的防护层，这种阻锈剂不仅缓蚀性好，能够承受混凝土中的高碱性环境，而且能够有效降低75%的腐蚀电流。

锈蚀比较严重时，也就是混凝土破裂、保护层剥离较多时，直接将混凝土腐蚀松散部分凿除，必要时先采取临时支撑措施，彻底清理掉钢筋上面的铁锈，然后凿毛需作修补的旧混凝土衔接面，并用丙酮清洗油污处，洗干净后在表面涂抹一层阻锈剂。腐蚀严重时，钢筋的力学性能已经比较差了，这时应该焊接相应面积的钢筋进行加强，再用高一级的掺入阻锈剂的混凝土进行修补。