混凝土中钢筋锈蚀的原因及危害和预防措施

混凝土中钢筋锈蚀的原因及危害和预防措施

摘要：钢筋锈蚀是混凝土工程耐久性的主要病害之一，所以防止钢筋锈蚀对提高混凝土耐久性尤为重要。现论述了混凝土中钢筋锈蚀的原因及造成的严重危害，并提出了在实际工程施工中，采取提高混凝土抗渗性、防止氯离子侵入等办法来防止钢筋锈蚀，为减少危害、提高混凝土的耐久性提供了重要依据。

关键词：钢筋锈蚀；碳化；氯离子侵入；抗渗；密实度

1 概述

在建筑工程中，钢筋混凝土因具有成本低廉、坚固耐用且材料来源广泛等优点而被土木工程的各个领域普遍采用。钢筋混凝土既保持了混凝土抗压强度高的特性、又保持了钢筋很好的抗拉强度，同时钢筋与混凝土之间有着很好的黏结力和相近的热膨胀系数，混凝土又能对钢筋起到很好的保护作用，从而使混凝土结构物更好的工作，提高了混凝土的耐久性。所以钢筋混凝土已成为现代建筑中材料的重要组成部分。

随着钢筋混凝土的广泛应用，它的优越性得到了进一步的体现。但在使用过程中，混凝土中的钢筋锈蚀问题却不断出现。钢筋锈蚀后，导致混凝土结构性能的裂化和破坏，主要有如下表现。①钢筋锈蚀，导致截面积减少，从而使钢筋的力学性能下降。大量的试验研究表明，对于截面积损失率达5％～10％的钢筋，其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降，对于截面积损失率大于10％，但小于60％的严重腐蚀，钢筋各项力学性能指标严重下降。如：钢筋截面积损失率达1.2％、2.4％和5％时，钢筋混凝土板的承载能力分别下降8％、17％、和25％，钢筋截面积损失率达60％时，构件承载能力降低到与未配筋构件相近。

②钢筋腐蚀导致钢筋与混凝土之间的结合强度下降，从而不能把钢筋所受的拉伸强度有效传递给混凝土。

③钢筋锈蚀生成腐蚀产物，其体积是基体体积的2～4倍，腐蚀产物在混凝土和钢筋之间积聚，对混凝土的挤压力逐渐增大，混凝土保护层在这种挤压力的作用下拉应力逐渐加大，直到开裂、起鼓、剥落。混凝土

保护层破坏后，使钢筋与混凝土界面结合强度迅速下降，甚至完全丧失，不但影响结构物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破坏，给国家经济造成重大损失。正如Mchta教授在2001年以《21世纪建筑结构的耐久性》为题，发表的如下主要观点，“钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要机理”。钢筋锈蚀已成为导致钢筋混凝土建筑物耐久性不足，过早破坏的主要原因，是世界普遍关注的一大灾害。因此对混凝土中钢筋的锈蚀问题必须引起重视，并采取相应措施防止或减轻钢筋锈蚀的发生。本文对钢筋锈蚀的原因，锈蚀产生的严重危害及防治措施进行论述，以期对混凝土中钢筋锈蚀的预防有所帮助。

2 钢筋锈蚀的原因

钢筋锈蚀的原因有两个方面：一是钢筋保护层的碳化，其碳化的原因是混凝土不密实，抗渗性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氢氧化钙，故显碱性，pH值＞12，此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或含二氧化碳环境中时，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙等物质，其碱性逐渐降低，甚至消失，称其为混凝土的碳化。当混凝土的pH值＜12时，钢筋的钝化膜就不稳定，当pH值＜n.5时，钢筋的钝化保护膜就遭破坏，钢筋的锈蚀便开始进行；二是氯离子的含量。据有关试验证明，即便是pH值较高的溶液(如pH值＞13)，只要有4～6mg/L的氯离子含量，就足可以破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去钝化，在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀。

3 钢筋锈蚀对混凝土产生的破坏状况

钢筋锈蚀使混凝土的结构遭到严重破坏，造成了巨大的直接和间接的经济损失。据2007年出版的有关文献记载，大量调查结果表明，自然环境中钢筋混凝土结构由于钢筋腐蚀造成破坏的情况遍及海港工程、水利工程、公路和桥梁、公共和民用建筑等各种设施。

在海港工程中，历年来，我国对沿海港工破坏情况调查表明，海港工程结构破坏现象十分普遍和严重，一般使用十余年处于浪溅区的上层结构就因钢筋锈蚀而开裂；钢筋锈蚀原因主要是氯盐侵蚀而引起的。如20世纪60年代南京水利科学研究院调查的华南、华东地区27座海港钢筋混凝土结构中，74％因钢筋腐蚀而导致结构破坏；1985年对连云港第一和第二码头混凝土上部结构调查也发现，具有不同程度的钢筋锈蚀破坏的纵梁分别占58％和84％，主筋截面最大损失率达24％，20世纪70—80年代里建造的天津港码头，运行15a左右破坏严重部位(码头前沿)的构件损失率达30％～50％，运行20a左右，损失率就达到50％～90％。

在水利工程中，据不完全统计，我国病险水利工程约占工程总量的50％，钢筋锈蚀是水利工程的主要病害之一，沿海水利工程钢筋锈蚀主要是氯盐污染引起的，内陆地区水利工程钢筋锈蚀主要是空气中二氧化碳渗入使混凝土碳化而引起的。如1964年—1987年据江苏省水科所许冠绍等对61座挡潮闸进行耐久性调查，发现钢筋腐蚀导致上部结构破坏的占87％，其中严重破坏的占54％，主筋截面损失率达40％；1988年对40座内陆地区淡水闸的调查表明，因混凝土碳化引起的钢筋锈蚀而导致62％的上部结构破坏；童保权等1984年调查的浙江沿海22座使用仅7年到10多年的钢筋混凝土闸(967个构件)中钢筋腐蚀使混凝土顺筋裂缝、剥落、甚至锈断的构件占56％。

在公路和桥梁工程中，随着我国高速公路和城市立交桥的大量建设，钢筋腐蚀引起的桥梁破坏问题已开始显露出来，受氯盐污染的沿海地区、盐渍土地区和广大撤除冰盐地区的高速公路桥和市政桥梁破坏已十分严重，并已成为一个非常突出的灾害性问题。如哈尔滨一大庆公路在建成5a后，混凝土就出现严重的顺筋开裂、剥落和层裂；北京西直门立交桥使用才19a，主要由于除冰盐造成的钢筋锈蚀和混凝土剥蚀非常严重，不得不于1999年重建；山东沿海的一些钢筋混凝土公路桥梁，同样由于盐害、冻害、和碳化等多种劣化因子作用，投入使用10a左右，混凝土保护层就出现严重的开裂、剥落，钢筋严重锈蚀，虽经维

修加固，2～3a后仍出现腐蚀破坏，甚至有些桥梁需要重建。

在公共、民用建筑工程中，由于在建造时，掺加了氯盐防冻剂或使用海砂，建成不久就出现钢筋腐蚀破坏问题。在1979年11月—1980年10月期间，钢筋混凝土设计规范专题组对我国11个有代表性的城市进行了调查，发现不少钢筋结构在设计基准内，有的甚至不到10a就由于钢筋锈蚀而影响其正常使用。如1985年建造的西安某教学楼，由于加氯盐作为防冻剂，梁、柱等混凝土构件中钢筋腐蚀严重，不得不在次年进行加固修复；深圳和舟山的某些建筑，由于滥用海砂，尚未使用就已发生钢筋锈蚀破坏。

钢筋锈蚀对混凝土结构物造成了严重的危害，为了保证混凝土建筑物的正常工作，必须采取措施，防止混凝土中钢筋的锈蚀。

4 钢筋锈蚀的预防措施

通过大量的调查研究证明，钢筋锈蚀的原因正是由于混凝土保护层的碳化和氯离子的侵入而造成的，为了防止钢筋锈蚀，必须防止混凝土的碳化或减慢碳化速度和防止氯离子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗渗性能不足引起的，所以为防止碳化，必须提高混凝土的抗渗性。其方法有：①降低水灰比。混凝土是由水泥、粗、细骨料和水拌制而成，根据水泥完全水化的理论，需水量只有水泥重量的25％左右，但在拌制混凝土时，为了获的必要的流动性，满足施工要求，常用较多的水，即较大的水灰比w/c。当混凝土硬化后，多余的水就会蒸发掉，形成毛细孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求的情况下，尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，提高混凝土的抗渗性。②掺外加剂。一是掺引气型的减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止液体的渗透，另一方面也大大减少混凝土的用水量，增加混凝土的密实度，提高抗渗性；二是掺抗渗剂，掺抗渗剂在混凝土内形成胶体洛合物，填充、堵塞了混凝土内部的毛细