钢筋混凝土结构的腐蚀与防护

钢筋混凝土结构的腐蚀与防护

摘要

大型土木工程结构中,钢筋混凝土的腐蚀对其结构的耐久性具有很大的影响,混凝土结构钢筋腐蚀是影响结构耐久性和安全性的重要因素之一。根据混凝土结构钢筋腐蚀机理,抑制钢筋腐蚀,应控制好混凝土保护层厚度、氯离子含量和混凝土裂缝宽度,并应采取有效措施提高混凝土的密实性、合理选择饰面材料等。因而正确分析钢筋腐蚀原因至关重要。

关键词:钢筋混凝土；腐蚀；抑制措施；

The Corrosion and Protection of Reinforced Concrete

Structures

Abstract:

Large civil engineering structure, the corrosion of reinforced concrete has a great influence on the durability of the structure, the steel corrosion of concrete structure is one of the important factors that affect the structure durability and safety. Based on the mechanism of concrete structure reinforcement corrosion and inhibition of steel corrosion, should control the thickness of concrete cover, chloride ion content and concrete crack width, and effective measures should be taken to improve the compactness of concrete, the reasonable choice facing material, etc. Steel corrosion reason and correct analysis is very important.

Key Words: Reinforced concrete; Corrosion; Inhibition of measures

引言

钢筋混凝土结构是由钢筋及混凝土两种力学性能完全不同的材料所组成的复合材料，它具有材料来源容易、价格低廉、坚固耐用等特点[1],有效的利用了钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，已成为最常见的建筑结构。但是，钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀会影响钢筋的力学性能，降低了钢筋与混凝土之间的黏结

力，从而引起混凝土胀裂破坏，影响钢筋混凝土结构的可靠度、耐久性和适用性，在使用过程中常因腐蚀而提前失效,甚至导致事故发生,因而人们对钢筋混凝土结构的腐蚀与防护的研究越来越重视[2]。

1钢筋混凝土简介

钢筋混凝土[3]（英文：Reinforced Concrete或Ferroconcrete），是指通过在混凝土中加入钢筋与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料，被广泛应用于建筑结构中。浇筑混凝土之前，先进行绑筋支模，也就是用铁丝将钢筋固定成想要的结构形状，然后用模板覆盖在钢筋骨架外面[4]。

1.1结构现状

目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区[5]。混凝土是水泥（通常硅酸盐水泥）与骨料的混合物。当加入一定量水分的时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为整体结构。钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa以上[6]，故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。

1.2工作原理

钢筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性质决定的。首先钢筋与混凝土有着近似相同的线膨胀系数，不会由环境不同产生过大的应力。其次钢筋与混凝土之间有良好的粘结力，有时钢筋的表面也被加工成有间隔的肋条（称为变形钢筋）来提高混凝土与钢筋之间的机械咬合，当此仍不足以传递钢筋与混凝土之间的拉力时，通常将钢筋的端部弯起180 度弯钩[7]。此外混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀[8]。

2 混凝土中钢筋腐蚀过程[9]

2.1腐蚀孕育期t0:从浇注混凝土到混凝土碳化层深度达到钢筋表面,或氯离子侵入开始破坏钢筋钝化层,即钢筋开始腐蚀为止。

2.2腐蚀发展期t1:从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈胀而出现破坏。

2.3腐蚀破坏期t2:从混凝土表面因钢筋锈蚀肿胀开始破坏发展到混凝土严重胀裂、剥落破坏,达到不可容忍的程度,必须全面大修时为止。

2.4腐蚀危害期t3:钢筋修饰已经扩大到使混凝土结构区域性破坏,致使结构不能安全使用[8]。

通常, t0> t1> t2> t3。

3影响钢筋腐蚀的因素

混凝土结构中钢筋腐蚀是一个非常复杂的过程,一方面是由混凝土碳化,钢筋表面的钝化膜遭到破坏,从而产生电化学腐蚀,腐蚀结果在钢筋表面生成红铁锈[10],体积膨胀数倍,引起混凝土开裂;另一方面是由于外加剂或原材料中含有氯盐成分混入混凝土内,或由于环境中所含的氯盐渗透到混凝土中,Cl-进入混凝土并到达钢筋表面,穿透氧化膜,导致钢筋表面局部钝化膜破坏,使钢筋表面产生点蚀(坑蚀)。碳化和Cl-的作用结果都是先腐蚀钢筋,后引起保护层混凝土胀裂破坏,而保护层的破坏又加剧了钢筋的电化学腐蚀[11]。

3.1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[12]，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。综合各种情况，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。

3.2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[6]。

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共同决定。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[12]。

（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