钢筋混凝土基础腐蚀与防护措施

钢筋混凝土基础的腐蚀与防护措施研究摘要：在现代建筑中，钢筋混凝土的基础结构是由钢筋和混凝土两种材料所组成的，这两种材料的力学性能截然不同，钢筋混凝土结构是将两种材料有机的结合起来，有效的利用了钢筋的抗拉性和混凝土的抗压性，并且得到了广泛的应用。但是在自然环境中，钢筋混凝土结构中的钢筋会受到严重的腐蚀，从而影响了其整体性能，降低了钢筋与混凝土之间的黏结力，对建筑结构的可靠性、耐久性和适用性产生影响。

关键词：钢筋混凝土结构腐蚀防护

中图分类号： tu375 文献标识码： a 文章编号：

钢筋混凝土结构一直被当作一种节能、经济且用途广泛的建筑材料，但是在建筑的使用过程中由于受到腐蚀，其性能会降低，这也是国内外建筑行业共同关注的话题。本文对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀因素进行了分析，希望对工程建设起到帮助作用。

一、钢筋的电化学腐蚀

1、钢筋电化学腐蚀原理。

钢筋混凝土结构中，在具备阳极、阴极、阳极与阴极间的电连接及电解质的条件下，会以微观腐蚀电池及宏观腐蚀电池的形式，在阳极和阴极发生氧化还原反应。具体过程如下：

钢筋混凝土中，fe为阳极，o2与水共同构成阴极，钢筋为阳极与阴极间的电连接，混凝土孔隙液为电解质。在阳极区和阴极区会产生如下反应：

阳极区反应为fe→fe2++2e-。

阴极区反应为o2+2h2o+4e-→4oh-。

阳极区产生的fe2+由钢筋表面向周围水溶液扩散，阴极区产生的oh-由水溶液通过混凝土孔隙到达阳极，在这种情况下会发生以下反应：

fe2++2oh-→fe（oh）2。

fe（oh）2又可与o2发生进一步反应：

在氧气充足条件下，有

4fe（oh）2+o2+2h2o→4fe（oh）3，2fe（oh）3→fe2o3+3h2o。

在氧气不足条件下，有6fe（oh）2+o2→2fe3o4+6h2o。

2、钢筋混凝土结构腐蚀模型。

钢筋腐蚀可分为2个阶段：一是腐蚀积累阶段，此阶段由于cl-的侵蚀或混凝土的碳化作用，使钢筋表面钝化膜开始破坏；二是腐蚀破坏阶段，此阶段钢筋的腐蚀破坏了构件耐久性，使构件承载能力下降，此时对构件进行维修的成本较高。腐蚀破坏阶段又分为2个阶段：第一阶段为从钢筋开始腐蚀到混凝土表面出现裂缝阶段，第二阶段为混凝土表面出现严重的开裂、剥落阶段，这一阶段混凝土结构性能被严重破坏。

二、影响钢筋腐蚀的因素

1、水对混凝土中钢筋腐蚀的影响。在混凝土中钢筋发生腐蚀的过程中，水发挥着重要作用。水是混凝土中形成电解质的必要条件，也是使钢筋发生化学反应所必需的反应物。此外，水还起到扩散离

子的作用，为化学反应提供了适当的反应环境。水对钢筋的腐蚀的影响与水的含量有关。根据钢筋混凝土结构与水接触情况的不同，可分为水下覆盖区、水气共存区、大气干燥区3种情况。在水分覆盖区，因缺乏化学反应时所需的o2，阴极反应进行困难，电化学腐蚀所引起的作用较小；在大气干燥区，混凝土结构孔隙水含量很少，电化学腐蚀所需的电解质条件无法满足，电化学腐蚀速率较低；在水气共存区，提供了适量的水、o2和温度等条件，容易产生氧浓差极化、电化学腐蚀等反应，破坏钢筋。综合考虑各种情况，笔者发现，水对混凝土中钢筋腐蚀的影响具有以下规律：

（1）当混凝土孔隙水含量较多时，会引起腐蚀电位降低，从而加快钢筋腐蚀速率。

（2）当混凝土孔隙水含量处于饱和及过饱和时，腐蚀电位降低，但此时由于过氧控制下阴极的极限腐蚀电流降低，会导致钢筋腐蚀速率下降。

（3）当混凝土孔隙含水量极高时，会发生氧浓差极化，加快钢筋腐蚀速率。

2、温度对钢筋腐蚀速率的影响。在阳极区，温度的升高使参与腐蚀反应的离子的溶解度提高，从而使混凝土孔隙溶液中离子的活动能力提高，提高了阳极的反应速度。在阴极区，随着温度的升高，o2在水中的溶解度降低，当温度超过一定值后，离子溶解度也会降低，从而降低了钢筋腐蚀速率。pruckner根据电化学动力学原理建立了温度t（绝对温度）对钢筋腐蚀速度的影响模型，如图1所示。

图1pruckner钢筋腐蚀生产模型

影响系数

式（1）中，icorr,298 k为298 k时的腐蚀速度，e为活化能，r为摩尔气体常量，t为热力学温度。

在考虑温度对钢筋腐蚀速率的影响时，应根据阿仑尼乌斯方程及反应速率方程进行理论分析，阿仑尼乌斯方程式为

κ=a·e（ea/rt）。（3）

式（3）中，κ为速率常数，a为指前因子，ea为表观活化能，r为摩尔气体常量，t为热力学温度。

反应速率方程式为

r=κ·[a]α·[b]β…。（4）

式（4）中，r为物质反应的瞬时速率，κ为速率常数，[a]，[b]…为反应物质的浓度，α，β为反应级数。

对于式（4），当温度升高时，反应速率常数κ增大，而反应速率r与反应物尝试有关。在钢筋混凝土结构中，随着温度的升高，钢筋的腐蚀速率与反应物o2的浓度是有关的，反应速率的大小取决于κ·[o2]的大小。

在钢筋的电化学腐蚀过程中，根据不同环境条件下阳极及阴极所起作用的不同，可分为阳极控制和阴极控制两种情况。在考虑温度的影响时，应分别考虑在不同温度及相同温度下阳极和阴极的反应速率，使结果与实际情况更接近。在阳极控制下，阳极反应速率的增加是腐蚀速率增加的主要因素，与阴极温度增加的关系不大；

在阴极控制下的腐蚀，阴极反应速率是钢筋腐蚀速率增加的主要影响因素，与阳极温度的增加关系不大；在阴阳极同时加热情况下，在一定温度范围内，腐蚀速率超过某一温度范围（tuutti，schiessl，raupach及m.vargova等人对此温度的确定均有不同观点，此温度仍待商榷）后，钢筋腐蚀速率则受o2的浓度变化影响较大；氧气浓度降低，钢筋腐蚀速率也有所下降。

3、温度与水分的综合作用对钢筋腐蚀的影响。

温度与湿度的综合作用对钢筋腐蚀的影响。相关研究表明，混凝土内钢筋的腐蚀速率由混凝土自身的材料性质和外部的环境气候条件决定。环境的相对湿度和环境与温度的综合效应可对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速度产生影响。水分及温度对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀均有较大影响，仅考虑其单独作用并不能真实地反映钢筋腐蚀的规律。水和温度对钢筋的腐蚀是相互影响的，其共同作用不能单纯地进行叠加。水和温度相互之间的关系具有以下特点。

（1）在环境湿度相同的情况下，混凝土的腐蚀速率随着温度的升高而增大，其增长速率随着温度的增加逐渐增大。

（2）在环境温度相同的情况下，混凝土的腐蚀速率随着湿度的增大，在前期处于较平缓的发展，在后期增加幅度较大。

（3）环境的温度与混凝土孔隙水含量对钢筋腐蚀速率的影响并不是孤立的，钢筋腐蚀速率随着温度的升高，所需混凝土孔隙的水含量也相应降低。