浅谈混凝土结构中钢筋的锈蚀问题

■试验与研究　翘楚连越　２００８生　虢垒结　（湖北工业大学，湖北钢筋的镑锻润　范小平　武汉４３００６８）　摘要本文主要对混凝土结构中钢筋锈蚀的机理及原因进行了分析，表明钢筋的腐　钢筋锈蚀；电化学反应；钝化膜　蚀过程实质上是一个电化学反应过程，并提出为了防止钢筋锈蚀应采取的预防措施。　关键词在土木工程中，混凝土结构是应用最为广泛的一种结　构。随着土木构筑物使用时间的增长，混凝土结构中的钢筋　会受到各种因素的影响而锈蚀，严重的钢筋锈蚀会影响结构　的承载能力及其正常使用，甚至会导致结构构件破坏，从而　危及到人的生命和财产安全。据日本有关资料表明，大约有　２１．４９％的钢筋混凝土结构建筑物的破坏是因钢筋锈蚀引起　一些氢氧化钠和氢氧化钙，ｐＨ值约为１３。在这样的强碱性　环境中，钢筋表面形成钝化膜，厚度为２×１０　～６×ｌＯ　ｈｎ的　水化氧化物（ｉｒＦｅ　０３￣Ⅲ｝ｉ　０），阻止钢筋进一步腐蚀。因此，施　工质量良好、没有裂缝的钢筋混凝土结构，即使处在海洋环　境中，钢筋基本上也能不发生腐蚀。但是当钢筋表面的钝化　膜受到破坏，成为活化态时，钢筋就容易腐蚀。　呈活化态的钢筋表面所发生的腐蚀反应的电化学机理　是：当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和　溶液态氧还原的阴极反应，相互以等速度进行，其反应式如　下：　的。因此，土木工程人员及有关的研究人员应对钢筋锈蚀的　问题要引起足够的重视。　１钢筋锈蚀的危害　钢筋锈蚀的危害主要表现在以下几个方面：　（１）钢筋锈蚀会导致混凝土结构中实际钢筋截面面积　阳极反应：２Ｆｅ一４ｅ一２Ｆｅ　阴极反应：０２＋２Ｈ２０＋４ｅ一一４０Ｈ一　（１）　（２）　的减小，从而降低结构构件的承载能力。　（２）钢筋锈蚀后的产物是铁锈（Ｆｅ　０３＂Ｆｅ。０４￣Ｈ２０），铁锈　的体积一般要增长２～４倍，体积的膨胀会导致混凝土保护　层胀开，造成钢筋外露，钢筋锈蚀进一步发生。　腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合，在　钢筋表面析出氢氧化铁，其反应式为：　２Ｆｅ＋Ｏ２＋２Ｈ２ｏ一２Ｆｅｚ＋４０Ｈ一－－２Ｆｅ（ＯＨ）２　４Ｆｅ（ＯＨ）２＋０２＋２Ｈ２Ｏ￣４Ｆｅ（ＯＨ）３　（３）　（４）　（３）钢筋锈蚀会导致钢筋与混凝土之间的握裹力减小，　使得钢筋在混凝土结构中的传力受到影响。　现阶段我国的常规钢筋混凝土结构房屋设计使用寿命　为５０年，这种寿命预测是建立在我国混凝土设计规范的基　础上，虽然它不是一个很高的标准，（国外房屋寿命估算可　该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Ｆｅ（０Ｈ）。，并进一　步生成ｒｉＦｅ２０３＂Ⅲ｝ｉ　０（红锈），一部分氧化不完全的变成Ｆｅ。０　（黑锈），在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的　４倍，黑锈体积可大到原来的２倍。铁锈体积膨胀，对周围　以达到８０年，有的甚至在百年以上），但我国许多房屋就连　这样的标准也达不到，由于建筑结构问题，许多钢筋混凝土　混凝土产生压力，将使混凝土沿钢筋方向开裂（通常称之为　“顺筋开裂”），进而使保护层成片脱落，而裂缝及保护层的　剥落又进一步导致钢筋更剧烈的腐蚀。　２．２混凝土中钢筋锈蚀的原因　钢筋锈蚀的原因既有内在因素，也有外在因素。内在　的寿命不过２５年左右，造成这种“折寿”情况的主要原因，　其中之一就是钢筋的锈蚀。　２混凝土中钢筋诱蚀机理的分析　２．１　混凝土中钢筋诱蚀的过程　钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程。混凝土空隙　因素主要由混凝土的密实度、混凝土的保护层厚度以及混凝　土的液相组成；外在因素主要是指混凝土结构周围介质的腐　蚀影响。　中的水分通常以饱和氢氧化钙溶液的形式存在，其中还含有　・１４・　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期（总第１　０２期）　２．２．１内在影响因素　翘楚适截　试验与研究■　左右时，有利于碳化作用，混凝土中的钢筋锈蚀发展很快。　混凝土不密实或有裂缝存在都会造成钢筋的腐蚀。混　凝土密实不良和构件上产生的裂缝，往往是造成钢筋腐蚀很　重要的原因，尤其当水泥用量偏小，水灰比不当和振捣不　良，或在混凝土浇筑中产生露筋、蜂窝、麻面等情况，都会　加速钢筋的锈蚀。另外，混凝土的保护层厚度越小，外界的　由于环境中湿度往往随气候和生产情况而变化，因而混凝土　在气候或生产环境变化中会遭到碳化，钢筋会腐蚀。　３预防钢筋锈蚀的措施　（１）按照我国《混凝土结构工程施工及验收规范》的规　定：“在钢筋混凝土中掺用氯盐类防冻剂时，氯盐掺量按无　水状态计算不能超过水泥重量的１％。”　腐蚀性介质、水、氧气等就越容易渗透到混凝土结构内的钢　筋表面，钢筋易产生电池反应而被锈蚀。　２．２．２外在影响因素　（２）为了保证混凝土的密实性，在配制混凝土时尽量采　用低水灰比，为此可以外加减水剂降低混凝土配制时所需的　水灰比。　（３）在混凝土结构施工时，要保证受力钢筋有必要的保　护层厚度。　（４）粉煤灰等矿物掺合料具有一定的活性，掺用粉煤灰　虽然能降低混凝土的水化热，节约水泥用量，也能提高混凝　钢筋锈蚀的外在因素主要体现在以下几个方面：　（１）氯离子对钢筋表面钝化膜的破坏　混凝土中游离氯离子的来源有两点：一是随混凝土组　成成分进入混凝土当中，例如在工程冬季施工时，为了提高　混凝土的抗冻性往往向混凝土中掺如一定量的氯盐。二是在　混凝土结硬后经混凝土的孔隙由外界渗入，如游泳池用氯气　来消毒。因为游离态的氯离子半径小，活性大，能穿透致密　的钝化薄膜，使难溶的氢氧化铁转变成易溶的氯化铁，致使　钢筋表面局部的钝化膜破坏，为金属铁发生电池反应创造了　条件。　（２）混凝土碳化使钢筋混凝土保护层ｐＨ值降低　混凝土碳化是混凝土中性化中最常见的一种形式。当　土的密实性，但从混凝土的碳化角度来讲，它能降低混凝土　的碱性，易使混凝土碳化。因此在混凝土中掺入的粉煤灰等　掺合料一定要适量。　（５）在对混凝土结构进行设计时，应根据《混凝土结构　设计规范》要求严格控制混凝土的裂缝宽度。　４结束语　钢筋在混凝土结构中起着很重要的作用，许多混凝土　空气中的ｃ０：扩散到混凝土中与水作用而形成碳酸，碳酸与　混凝土中的碱性物质反应生成ＣａＣＯ。，在自由水作用下，碳　酸钙沉淀在混凝土内部的孔隙当中，此即为混凝土发生了碳　化。混凝土碳化导致混凝土的碱度降低，破坏了钢筋表面的　钝化膜，使钢筋生锈。据有关资料表明，钢筋的锈蚀速度与　混凝土中ｐＨ值有密切关系。ｐＨ＞ｌＯ时，钢筋锈蚀速度小；　ｐＨ＜４时，钢筋急速锈蚀。　（３）与环境湿度密切相关　结构的建筑物的破坏最终可归结为钢筋锈蚀，土木工程界对　钢筋锈蚀问题应给予足够的重视和关注。　参考文献　【１］李惠强．建筑结构诊断鉴定与加固修复【Ｍ］．武汉：华中　＊ｔ－４ｔ．大学出版社，２００２，１　３５—１　７０　【２］　李琼琦．混凝土中钢筋锈蚀的研究进展【Ｊ］．建筑技术开　发，２００２，２９（７）：７－９　混凝土的碳化和钢筋腐蚀与环境湿度有直接关系。在　十分潮湿的环境中，其空气相对湿度接近于１００％时，混凝　土孔隙中充满水分，阻碍了空气中的氧向钢筋表面扩散，　ｃ０：也难以透入，所以钢筋难以腐蚀。　当相对湿度低于６０％时，在钢筋表面难以形成水膜，　钢筋几乎不生锈，碳化也难以深入。而空气相对湿度在８０％　【３］靳雪梅．关于钢筋锈蚀与保护的研究【Ｊ］．建材技术与应　用，２００７，（５）：１１－１２　作者简介：范小平，男，１９７２．１　２生，湖北工业大学讲师，　工学硕士，主要从事建筑结构教学及设计。鸸　・１５・