混凝土中钢筋锈蚀与预防

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摘要：钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点，造价较低，在土建工程中的应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中，钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。因此，锈蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性问题越来越受到工程界的关注和重视。

关键词：混凝土；钢筋锈蚀；预防

钢筋混凝土是当代土建、水利及道路工程上使用最广泛的建筑材料。钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀往往危害建筑物的安全,并且所造成的危害很难修补挽回,造成巨大的损失。钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性问题越来越受到工程界的关注和重视。

一、混凝土中钢筋锈蚀机理

混凝土中钢筋锈蚀一般为电化学锈蚀。二氧化碳和氯离子是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要和最常遇见的环境介质，因此混凝土中钢筋锈蚀机理主要有两种：即混凝土碳化和氯离子的侵入。混凝土中钢筋锈蚀是在有水分子参与的条件下发生的，其电极反应式为：阳极Fe→Fe2++2e，阴极O2+2H2O+4e→4OH-，阳极表面二次化学过程为Fe2++2OH-→Fe(OH)2，4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3。在氧气和水汽的共同作用下，由上述电化学反应式的钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐渐被腐蚀，在钢筋表面生成红铁锈，引起混凝土开裂。氯离子Cl-和氢氧根离子OH-争夺腐蚀产生的Fe2+，形成FeCl2.4HO2，绿锈从钢筋阳极向含氧量较高的混凝土孔隙迁徙,分解为Fe(OH)2。褐锈沉积于阳极周围,同时放出H+和Cl-，它们又回到阳极区，使阳极附近的孔隙液逐步酸化，Cl-再带出更多的Fe2+。这样，氯离子虽然不构成腐蚀产物，在腐蚀中也不消耗，但给腐蚀起了催化作用。反应式为：Fe2++2Cl-+4H2O→FeCl2.4HO2，FeCl2.4HO2→Fe(OH)2+2Cl-+2H++2H2O。

二、影响钢筋锈蚀的因素

影响钢筋锈蚀的因素很多，包括钢筋位置、钢筋直径、水泥品种、混凝土的密实度、保护层厚度及完好性、外部环境等。

1.混凝土液相pH值。钢筋锈蚀速度与混凝土液相pH值有密切关系，pH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小，pH值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增加。

2.混凝土中Cl-的含量。混凝土中Cl-的含量对钢筋锈蚀影响极大，氯盐的掺量应少于水泥重量的1%。

3.混凝土的密实度和保护层厚度。混凝土能阻止外界腐蚀介质、氧气和水分等的渗入，混凝土密实度越高，保护层越厚，外界有害物质就越难渗入，钢筋锈蚀就不容易发生。

4.其他因素。除上述因素外，钢筋应力状态对其锈蚀也有很大影响，预应力钢筋更容易腐蚀，而且应力腐蚀比一般腐蚀更危险。

三、混凝土中钢筋锈蚀的防治措施

1.提高混凝土的密实度，降低混凝土的孔隙率。外界的有害物质通过混凝土内部的孔隙，渗入到混凝土内，最后到达钢筋表面，破坏钢筋钝化膜，引起钢筋锈蚀，因此，为阻止外界有害物质侵入混凝土内而使钢筋锈蚀，就要提高混凝土的密实度。而要提高混凝土的密实度，就必须降低混凝土的孔隙，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等缺陷。提高混凝土密实度的措施有：1)保证混凝土的施工质量：首先要选用级配良好的骨料，控制材料的含泥量。其次混凝土要采用机械搅拌和机械振捣，保证混凝土搅拌均匀，振捣密实。同时，要防止混凝土在运输和浇注过程中产生离析现象。最后要做好混凝土的养护，保证混凝土到达设计强度要求。2)掺入高效减水剂：在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构，在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。

2.防止氯离子的侵蚀。氯离子的侵入是钢筋被锈蚀的主要因素。氯离子进入混凝土有两种途径：其一是“混入”；其二是“渗入”。环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷渗入混凝土中，并到达钢筋表面。为防止氯离子的侵入，采取的主要措施有：1)控制原材料中氯离子的含量。当原材料中氯离子含量超标时，就要采取预防措施，这是防止混入型氯离子进入混凝土的主要措施。2)提高混凝土保护层厚度。混凝土保护层增加，则氯离子渗入混凝土到达钢筋的时间就会增加，这是延迟混凝土内部开始钢筋锈蚀的很有效的一种方法。3)混凝土表面涂层。为制止氯离子渗入混凝土，延缓钢筋腐蚀，涂覆混凝土作为第一道防线是一种简单、经济和有效的辅助性保护措施。4)钢筋表层涂刷防腐涂料。目前采用较多的是环氧涂层钢筋，由于其是在钢厂流水线上涂覆的，因此一般可以保证涂层的高质量，使钢筋与周围混凝土隔开，即使有害物质大量侵入混凝土，也可长期保护钢筋，使钢筋免遭腐蚀。

3.控制混凝土裂缝，尽量避免有害裂缝的出现。混凝土裂缝是普遍存在的，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重者将会威胁到人们的生命和财产安全，很多工程的失事都是由于裂缝的不稳定发展所致。因此在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现。预防混凝土裂缝的主要措施有：1)尽量选用收缩量较小、低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。2)混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大,干缩越大，因此要严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。

因混凝土中钢筋的锈蚀而导致钢筋混凝土结构提前破坏，已是国内外十分普遍的现象，造成了巨大的经济损失，也浪费了大量的资源。随着我国国民经济的快速发展，基建规模日益扩大，对资源的需求也越来越大，如何避免混凝土中钢筋的锈蚀，提高钢筋混凝土结构的耐久性，延长使用寿命，是当前迫切需要解决的问题。

参考文献：

[1]孟凡斌.混凝土中钢筋的锈蚀和预防[J].安徽建筑工业学院学报,2002,10(2):74-77

[2]贡金鑫,赵国藩,赵尚传.大气环境下锈蚀对钢筋混凝土结构可靠度的影响[J].大连理工大学学报,2000,40(2):210~213 　 原作者： 舒洋

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