[文章]：钢筋混凝土腐蚀问题探讨

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钢砼结构中钢筋腐蚀的危害与防治
摘  要：钢筋腐蚀已成为混凝土破坏的首要原因，本文讨论了钢筋腐蚀的机理、危害、预防和修复等问题。
关键词： 钢筋 腐蚀  机理 危害 预防 修补
钢砼结构中钢筋腐蚀成为世界关注的大问题，在第二届国际混凝土耐久性会议上，Mehta教授指出：“当今世界混凝土破坏原因，按递减顺序是：钢筋腐蚀、冻害、物理化学作用”。他将“钢筋腐蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位，钢筋腐蚀给国民经济造成了巨大的经济损失，全世界每年花在钢筋腐蚀的修复费用是非常巨大的。
一：钢筋腐蚀的机理
混凝土的水泥水化过程中，产生一定量的氢氧化钙(对于普通硅酸盐水泥可达8%～15%)。氢氧化钙使混凝土保持高碱度(液相pH＞12.5)，在有钠、钾离子存在时，其碱度还要高。钢筋在致密的高碱度混凝土环境中会生成钝化保护膜而不会腐蚀。
但由于混凝土密实度不够或裂缝等原因，造成钢筋的保护层不够，在侵蚀性气体、氯化物、CO2、SO2和酸雨、酸性水等的作用下，钢筋会产生腐蚀。钢筋的腐蚀主要有两种：
1.        电化学反应过程，当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和溶解态氧还原的阴极反应，在钢筋表面析出氢氧化亚铁，该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3，并进一步生成nFe2O3·mH2O（红锈），一部分氧化不完全的变成Fe3O4（黑锈）；
2.        与酸根离子结合的酸化反应：铁与氯离子（Cl-）或硫酸根离子(SO4--)等酸离子反应生成的是氯化铁（FeCl2）和硫酸亚铁(FeSO4)等。.
二．钢筋腐蚀对给结构的危害
1.        混凝土开裂：钢筋腐蚀后体积增加了2~10倍，如红锈体积可大到原来体积的四倍，黑锈体积可大到原来的二倍，对周围混凝土产生压力，将使混凝土沿钢筋方向开裂，进而使保护层成片脱落，而裂缝及保护层的剥落又进一步导致更剧烈的腐蚀。改变结构受力状态和降低结构的耐久性；
2.        降低钢筋与混凝土的握裹粘结力，表现在：①钢筋的腐蚀产物是疏松的氧化物和氯化物，在钢筋表面形成一层疏松隔离层，从而降低了钢筋与混凝土之间的粘接作用。②钢筋腐蚀膨胀引起混凝土开裂，混凝土对钢筋的约束作用减弱；③变形钢筋腐蚀后的变形肋将逐渐变小。严重时变形肋与混凝土之间的机械咬合作用基本消失。这样，钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土共同工作、相互传递应力的受力机理被破坏，加快混凝土裂缝的开展。
3.        钢筋截面变小改变使构件突然破坏：钢筋腐蚀严重时，钢筋的箍筋、主筋受力横截面减少，钢筋应力过大，受腐蚀梁在钢筋屈服前，受力裂缝不明显，一旦明显的受力裂缝，这时钢筋已经屈服，构件即将破坏。结构的破坏形态从有预兆的受弯塑性破坏变为无预兆的少筋或剪切脆性破坏。
4.        使结构的动力性能（如疲劳性能和抗震性能）降低：由于腐蚀影响钢筋截面与破坏混凝土，因此对结构动力性能的不利影响将更为严重。1999年广州海印大桥使用过程中突然发生的断索事故，鉴定为是车辆疲劳荷载和钢筋腐蚀共同作用的结果。国内许多厂房的钢筋混凝土结构在腐蚀环境服役多年，存在着抗震性能不断降低的隐患。
三．导致钢筋腐蚀的主要因素
1.        混凝土施工质量的影响：当混凝土的施工配合比、水灰比不合适，和易性差或混凝土施工时振捣不实时，会导致混凝土的密实度不够，及出现蜂窝、麻面、露筋、裂缝等质量问题，水(汽)、氧和其他侵蚀性介质容易渗透到钢筋表面引起腐蚀。
2.        混凝土的“中性化”的影响：所谓“中性化”，即是环境中的CO2、SO2、酸雨、工业酸性介质等， 渗入混凝土中并与其含物质碱发生化学反应，这样“中和”的结果，降低了混凝土的碱度和含碱的数量。若使混凝土的pH低于“临界值”时，钢筋便会发生腐蚀。
2.1.        混凝土“碳化”的影响：由CO2造成的“中性化”作用通常称作混凝土的“碳化”，空气中的CO2与混凝土面层的含Ca(OH)2的溶液反应生成CaCO3（CaCO3饱和溶液的PH＝9），因此，混凝土碳化越严重，钢筋周围环境的酸性越高，钢筋表面的钝化膜受到破坏，钢筋开始腐蚀。
2.2.        混凝土含氯离子的影响：在混凝土的有些早强剂和防冻剂由氯盐组成，如氯化钙、氯化钠等，掺的过多会造成以下影响：①氯盐本身的吸湿性使砼的湿度增加，促使钢筋腐蚀；②水泥与氯化钙反应生成水化氯铝酸钙，体积膨胀而使砼产生微细裂缝，使钢筋保护层失效；③混凝土水化不完全，增加混凝土的导电性；④氯盐破坏了钢筋表面的钝化膜，使之形成阴极区，加速钢筋腐蚀；⑤钢筋与氯离子反应生成的氯化铁水解性很强，使钢筋腐蚀持续进行。如果混凝土原材料采用了海水、海砂等也含有大量氯离子，促使钢筋腐蚀。北方地区大量撒盐化雪，导致许多路桥破坏严重。
2.3.        外加剂硫酸盐的影响：类似氯盐，但没有氯盐严重，应控制用量和进一步研究。
3.        环境湿度的影响：当湿度很大（接近100%）时，水阻隔了空气中的氧和CO2进入，钢筋不容易腐蚀；当湿度很小（小于65%）时，钢筋表面不能形成水膜，钢筋腐蚀和混凝土碳化很难发生；而湿度在80%左右时，混凝土碳化作用较强，钢筋容易腐蚀。
4.        高强钢筋的应力腐蚀：预应力结构中，高强钢筋在高应力作用下出现微裂缝并不断发展，一般肉眼很难发现，没有征兆突然破坏，成为“应力腐蚀”。
四．如何有效预防钢筋腐蚀
1.        提高混凝土的密实度和施工质量：混凝土不可能做到完全密实，环境介质还是可以渗入其内。只不过存在难、易和时间长短问题。最大限度地提高混凝土的密实性，对提高混凝土的强度和防止钢筋腐蚀是非常重要的。
2.        对重要工程，可用纤化聚丙烯纤维加密混凝土。纤维可大大地减轻了混凝土的塑性龟裂，明显地降低了混凝土的渗透性，减缓了允许湿气通过混凝土的渗透趋势。试验证明，在普通混凝土中加入539g/m3的纤维化聚丙烯纤维时，混凝土的渗透性减少44%，而当加入1187g/m3时，它的改善达到79%。因此，混凝土中加入了纤化聚丙烯纤维后，可有效地阻止了混凝土中钢筋的腐蚀。
3.        控制混凝土的原材料：防止混凝土中带入氯离子，控制使用含氯盐的原材料（海水、海砂等）和外加剂，在混凝土中加入适量的缓蚀剂或阻锈剂，如亚硝酸钙、亚硝酸钠等，可以延缓钢筋的锈蚀。
4.        改善混凝土的工作环境：对于室内有含C1-或SO4--离子等侵蚀性气体，粉尘介质，或相对湿度较大时，则应采取加强通风措施，同时避免侵蚀性溶液直接接触结构。减少冷天撒盐化路桥上的冰雪，研究新的化雪措施。在有严重的侵蚀性介质的场所，应适当增加保护层的厚度；对侵蚀性介质比较多的现有结构，可在构件外表面涂抹绝缘层如沥青漆，环氧树脂涂料等进行防护。
5.        钢筋表面作防锈处理：采用环氧树脂涂层防锈，环氧树脂涂层钢筋具有极佳的化学抗腐蚀性能；形成后的涂层与金属粘着力高、干缩小、延性大，有效阻隔侵蚀物质；可延长建筑物的使用寿命达50年以上，目前美国、日本、欧洲及远东、中东等国家和地区规定在恶劣环境中的工程钢筋必须作类似防锈处理。
6.        采用热镀锌钢筋：热镀锌钢筋有优异的防蚀性能，其成本低于环氧树脂。目前，热镀锌钢筋在欧洲得到良好的使用，其有效性得到肯定。日本、台湾等地正在大力开发这方面的研究。
7.        应保持混凝土适当的高碱度：我国正在努力降低水泥中的碱含量(K+、Na+)，研制、推荐使用“低碱度水泥” ，这是无可厚非的。但也要注意到，使水泥(混凝土)保持必须的碱度和碱储量［Ca(OH)2］，对于防止钢筋锈蚀、保证结构的耐久性是很重要的。
8.        水下钢筋混凝土可采用外加电流式阴极防蚀系统：主要包括外加阳极、电流设备、覆盖层、阴极（钢筋）及导电介质（含腐蚀因子的混凝土层）。牺牲阳极式阴极防蚀的技术已经很成熟，可有效保证水下钢筋混凝土的防蚀。
　五．钢筋锈蚀的修补
1.        当钢筋锈蚀尚不严重时，混凝土表面仅有细小裂缝，或破损范围较小时，则用砂浆或沥青、过氧乙烯漆、环氧树脂等对混凝土裂缝或破损处，进行封闭或修补。稍严重的，采用钢筋阻锈＋堵塞裂缝的办法：用自动接触型阻锈剂（MCI），如国产的XCPB型水性复合阻锈剂，价格不高。可直接渗入混凝土的拌合料中，也可用于混凝土表面渗入抵达钢筋（已锈的和未锈的）表面，形成新的保护层，阻止钢筋的锈蚀。该阻锈剂可使钢筋的腐蚀电流降低75%，能承受混凝土中的高碱性，缓蚀率高。具体做法：沿着混凝土裂缝和锈迹，用人工开凿引导孔并注入阻锈剂，使其在钢筋表面形成保护膜；用环氧水泥砂浆填补引导孔和混凝土上的裂缝。
2.        当钢筋锈蚀较严重，混凝土裂缝破裂，保护层剥离较多时，必要时先临时支撑，再凿除混凝土腐蚀松散部分，彻底清除钢筋上的铁锈，将需作修补的旧混凝土衔接面凿毛，对有油污处用丙酮清洗；再按涂抹阻锈剂，对于钢筋腐蚀严重，有效面积减小，应增焊相应面积钢筋补强，然后再用高一级的掺入阻锈剂的混凝土修补。
3.        对钢筋腐蚀很严重，混凝土破碎范围较大时，在对锈蚀钢筋除锈和清除混凝土松碎部分后，可采用压力灌浆法做进一步的修补。必要时加钢筋网、加贴碳纤维或粘贴钢板等方法补强。
4.        上述修补处理后，如有必要，可再采用厚浆型建筑防水涂料（如沥青）、钝化型砂浆、聚合物砂浆等涂覆混凝土表面，以减少阻锈剂的流失，阻断湿气等沿裂缝侵入。
六．结语：
工程远低于设计寿命过早破坏的事例屡见不鲜。由于钢筋腐蚀导致的经济损失是巨大的，“防胜于修”，处理好钢筋防腐蚀问题必将带来极大的社会和经济效益。
参考文献：
[1.]        卓尚木 等 钢筋混凝土结构事故分析与加固[M] 北京：中国建筑工业出版社 1997
[2.]        洪乃丰 混凝土中钢筋腐蚀与阻锈剂[J]. 北京：混凝土 2000,6:25-28
[3.]        王绍基，洪乃丰 混凝土钢筋腐蚀破坏与修复对策 [J]  北京：工业建筑 1997,12:36-39
[4.]        冯浩 朱清江 混凝土外加剂工程应用手册[M] 北京：中国建筑工业出版社1999
[5.]        杨建森等 钢筋腐蚀的化学机理与防腐措施[J] 宁夏：宁夏大学学报 2001,3:298-30

wanglironganyue

谢谢楼主上传共享,很有价值!!!!!