混凝土中鋼筋銹蝕與預(yù)防

摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋和混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)較低，在土建工程中的應(yīng)用范圍非常廣泛。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)早被破壞的主要原因之一。因此，銹蝕引起的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題越來(lái)越受到工程界的關(guān)注和重視。

關(guān)鍵詞：混凝土；鋼筋銹蝕；預(yù)防

鋼筋混凝土是當(dāng)代土建、水利及道路工程上使用最廣泛的建筑材料。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕往往危害建筑物的安全,并且所造成的危害很難修補(bǔ)挽回,造成巨大的損失。鋼筋銹蝕引起的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題越來(lái)越受到工程界的關(guān)注和重視。

一、混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理

混凝土中鋼筋銹蝕一般為電化學(xué)銹蝕。二氧化碳和氯離子是混凝土中鋼筋鈍化膜破壞的最重要和最常遇見(jiàn)的環(huán)境介質(zhì)，因此混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理主要有兩種：即混凝土碳化和氯離子的侵入?；炷林袖摻钿P蝕是在有水分子參與的條件下發(fā)生的，其電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極Fe→Fe2++2e，陰極O2+2H2O+4e→4OH-，陽(yáng)極表面二次化學(xué)過(guò)程為Fe2++2OH-→Fe(OH)2，4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3。在氧氣和水汽的共同作用下，由上述電化學(xué)反應(yīng)式的鋼筋表面的鐵不斷失去電子而溶于水，從而逐漸被腐蝕，在鋼筋表面生成紅鐵銹，引起混凝土開(kāi)裂。氯離子Cl-和氫氧根離子OH-爭(zhēng)奪腐蝕產(chǎn)生的Fe2+，形成FeCl2.4HO2，綠銹從鋼筋陽(yáng)極向含氧量較高的混凝土孔隙遷徙,分解為Fe(OH)2。褐銹沉積于陽(yáng)極周圍,同時(shí)放出H+和Cl-，它們又回到陽(yáng)極區(qū)，使陽(yáng)極附近的孔隙液逐步酸化，Cl-再帶出更多的Fe2+。這樣，氯離子雖然不構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物，在腐蝕中也不消耗，但給腐蝕起了催化作用。反應(yīng)式為：Fe2++2Cl-+4H2O→FeCl2.4HO2，F(xiàn)eCl2.4HO2→Fe(OH)2+2Cl-+2H++2H2O。

二、影響鋼筋銹蝕的因素

影響鋼筋銹蝕的因素很多，包括鋼筋位置、鋼筋直徑、水泥品種、混凝土的密實(shí)度、保護(hù)層厚度及完好性、外部環(huán)境等。

1.混凝土液相pH值。鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH值有密切關(guān)系，pH值大于10時(shí)，鋼筋銹蝕速度很小，pH值小于4時(shí)，鋼筋銹蝕速度急劇增加。

2.混凝土中Cl-的含量?；炷林蠧l-的含量對(duì)鋼筋銹蝕影響極大，氯鹽的摻量應(yīng)少于水泥重量的1%。

3.混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層厚度。混凝土能阻止外界腐蝕介質(zhì)、氧氣和水分等的滲入，混凝土密實(shí)度越高，保護(hù)層越厚，外界有害物質(zhì)就越難滲入，鋼筋銹蝕就不容易發(fā)生。

4.其他因素。除上述因素外，鋼筋應(yīng)力狀態(tài)對(duì)其銹蝕也有很大影響，預(yù)應(yīng)力鋼筋更容易腐蝕，而且應(yīng)力腐蝕比一般腐蝕更危險(xiǎn)。

三、混凝土中鋼筋銹蝕的防治措施

1.提高混凝土的密實(shí)度，降低混凝土的孔隙率。外界的有害物質(zhì)通過(guò)混凝土內(nèi)部的孔隙，滲入到混凝土內(nèi)，最后到達(dá)鋼筋表面，破壞鋼筋鈍化膜，引起鋼筋銹蝕，因此，為阻止外界有害物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)而使鋼筋銹蝕，就要提高混凝土的密實(shí)度。而要提高混凝土的密實(shí)度，就必須降低混凝土的孔隙，特別是毛細(xì)管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會(huì)導(dǎo)致?lián)v實(shí)成型困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等缺陷。提高混凝土密實(shí)度的措施有：1)保證混凝土的施工質(zhì)量：首先要選用級(jí)配良好的骨料，控制材料的含泥量。其次混凝土要采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振搗，保證混凝土攪拌均勻，振搗密實(shí)。同時(shí)，要防止混凝土在運(yùn)輸和澆注過(guò)程中產(chǎn)生離析現(xiàn)象。最后要做好混凝土的養(yǎng)護(hù)，保證混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。2)摻入高效減水劑：在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí)，盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?，?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)，在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時(shí)相應(yīng)地增加用水量，這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過(guò)多的孔隙。當(dāng)加入減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來(lái)，因而達(dá)到減水的目的。

2.防止氯離子的侵蝕。氯離子的侵入是鋼筋被銹蝕的主要因素。氯離子進(jìn)入混凝土有兩種途徑：其一是“混入”；其二是“滲入”。環(huán)境中的氯離子通過(guò)混凝土的宏觀、微觀缺陷滲入混凝土中，并到達(dá)鋼筋表面。為防止氯離子的侵入，采取的主要措施有：1)控制原材料中氯離子的含量。當(dāng)原材料中氯離子含量超標(biāo)時(shí)，就要采取預(yù)防措施，這是防止混入型氯離子進(jìn)入混凝土的主要措施。2)提高混凝土保護(hù)層厚度?；炷帘Ｗo(hù)層增加，則氯離子滲入混凝土到達(dá)鋼筋的時(shí)間就會(huì)增加，這是延遲混凝土內(nèi)部開(kāi)始鋼筋銹蝕的很有效的一種方法。3)混凝土表面涂層。為制止氯離子滲入混凝土，延緩鋼筋腐蝕，涂覆混凝土作為第一道防線是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和有效的輔助性保護(hù)措施。4)鋼筋表層涂刷防腐涂料。目前采用較多的是環(huán)氧涂層鋼筋，由于其是在鋼廠流水線上涂覆的，因此一般可以保證涂層的高質(zhì)量，使鋼筋與周圍混凝土隔開(kāi)，即使有害物質(zhì)大量侵入混凝土，也可長(zhǎng)期保護(hù)鋼筋，使鋼筋免遭腐蝕。

3.控制混凝土裂縫，盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)?；炷亮芽p是普遍存在的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致。因此在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)。預(yù)防混凝土裂縫的主要措施有：1)盡量選用收縮量較小、低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。2)混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比越大,干縮越大，因此要嚴(yán)格控制水灰比，摻加高效減水劑來(lái)增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量。

因混凝土中鋼筋的銹蝕而導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提前破壞，已是國(guó)內(nèi)外十分普遍的現(xiàn)象，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也浪費(fèi)了大量的資源。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基建規(guī)模日益擴(kuò)大，對(duì)資源的需求也越來(lái)越大，如何避免混凝土中鋼筋的銹蝕，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，延長(zhǎng)使用壽命，是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。

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