淺談鋼筋腐蝕對于結構受力的影響及預防措施

宋　萌　劉　彬　李　博

摘要：近年來，鋼筋混凝土材料已成為受力結構的主要材料，在工程中已被廣泛應用。鋼筋腐蝕對結構受力的影響不容忽視，同時被腐蝕的鋼筋也是影響混凝土耐久性的主要因素之一。而在施工中，一些現(xiàn)場技術員對鋼筋腐蝕的認識并不深刻，因此文章就鋼筋混凝土構件的工作性能、鋼筋腐蝕的原因、危害及預防措施等幾方面進行了探討。

關鍵詞：鋼筋腐蝕；結構受力；鋼筋混凝土

中圖分類號：TU375文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0160-02

一、鋼筋混凝土構件的工作性能

鋼筋和混凝土是兩種性質(zhì)不同的材料，由于混凝土硬化后與鋼筋之間產(chǎn)生了良好的黏結力，使二者能牢固的結合在一起，從而保證在外荷載作用下，鋼筋與其周圍的混凝土能夠共同變形；另外，鋼筋與混凝土的溫度線膨脹系數(shù)的數(shù)值頗為接近（鋼筋為1.2×10-5、混凝土為10×10-5～1.5×10-5），當溫度變化時，不致產(chǎn)生較大的溫度應力而破壞兩者之間的黏結。因此，在正常境況下，鋼筋受到周圍混凝土的保護，一般不會被腐蝕。但是由于保護層脫落或其他原因，在一定條件下也會發(fā)生鋼筋腐蝕的現(xiàn)象。

二、鋼筋腐蝕的危害

鋼筋腐蝕通常表現(xiàn)在混凝土表面沿受力鋼筋方向出現(xiàn)裂縫，并帶有銹斑。這種裂縫表明，膨脹的鐵銹足以使混凝土開裂。

鋼筋腐蝕不僅能削弱其截面面積，使構件承載力下降，還會降低鋼筋與混凝土的粘結力，影響兩者共同工作的性能。同時由于鋼筋腐蝕后體積膨脹，造成混凝土保護層裂開，甚至脫落，從而降低了結構的受力性能和耐久性能。

三、造成鋼筋腐蝕的重要原因

所謂鋼筋腐蝕，就是鋼筋表面或內(nèi)部晶體結構遭到破壞，不能按照設計要求承受外界荷載，從而影響結構正常的使用功能。這種腐蝕只有在一定條件下才能發(fā)生，具體原因如下：

1．混凝土不密實或有裂縫存在是造成鋼筋腐蝕的主要原因，這也是鋼筋與腐蝕物質(zhì)接觸的客觀條件。當水泥用量偏小、水灰比不當、振搗不良或在澆筑中產(chǎn)生漏筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的腐蝕。但是一些施工人員往往認為這些缺陷不會對構件造成太大影響，沒有引起足夠的重視。

2．混凝土內(nèi)摻氯鹽是一個易被忽視的造成鋼筋腐蝕的原因。由于施工的需要，為提高混凝土早期強度和防凍能力，會在混凝土內(nèi)摻加一定量的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀。如果氯鹽摻量過大，會加速鋼筋的腐蝕，具體表現(xiàn)在：（1）混凝土中存在的氯離子會破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋表面局部酸化，加速鋼筋腐蝕；（2）水泥和氯化鈣結合生成的新物質(zhì)，會在混凝土構件中微脹而形成細微裂縫，使鋼筋遭受腐蝕；（3）氯鹽本身具有較大的吸水性，會增加混凝土的干縮量，加促鋼筋腐蝕。

3．混凝土碳化造成鋼筋腐蝕。正常情況下，空氣中的二氧化碳氣體在混凝土表面逐漸被氫氧化鈣吸收，形成碳酸鈣，這種現(xiàn)象稱為混凝土碳化。碳化的速度除與二氧化碳的濃度有關外，還取決于相對濕度、混凝土的密實度等。一般狀態(tài)下，由于水泥的水化作用，混凝土內(nèi)的PH值為12～13，在此環(huán)境下，鋼筋周圍形成一種保護膜，即鈍化膜，可保護鋼筋不被腐蝕；當PH值小于9時，該鈍化膜即被破壞。只有在混凝土內(nèi)堿度降低，也就是說碳化深度達到或超過鋼筋保護層時，鋼筋表面的鈍化膜被破壞，鋼筋才開始被外界物質(zhì)腐蝕。

4．高強鋼筋中的應力腐蝕是隨著預應力混凝土的采用而出現(xiàn)的一種特殊的腐蝕形式，即沿著垂直于鋼筋長度方向而出現(xiàn)微裂縫并不斷發(fā)展直至破壞。此種腐蝕一般在鋼筋混凝土表面有輕微損害或無損傷（肉眼不可見）時就發(fā)生破壞，這種腐蝕尤為危險。

5．外界環(huán)境，如空氣中二氧化碳、侵蝕性氣體及相對濕度等是造成鋼筋腐蝕的客觀原因。經(jīng)調(diào)查分析顯示，當空氣相對濕度低于60%時，在鋼筋表面難以形成水膜，鋼筋幾乎不生銹；當空氣濕度在80%左右會有利于碳化作

用，混凝土中的鋼筋銹蝕發(fā)展很快。

四、鋼筋腐蝕對結構受力的影響

受腐蝕的鋼筋在與混凝土的協(xié)同工作中對于結構的受力有著重要的影響，具體表現(xiàn)為：

1．削弱鋼筋受力的截面積，尤其是預應力混凝土結構中的高強度鋼絲，表面積大，截面小，應力高，一旦發(fā)生腐蝕，危險性更大，嚴重者會導致構件斷裂。

2．鋼筋腐蝕后體積膨脹，生成鐵銹的體積會比被已腐蝕的鋼筋體積大3～4倍，從而對包圍在鋼筋周圍的混凝土產(chǎn)生徑向膨脹力。當徑向膨脹力達到一定程度時，會引起混凝土的開裂，使混凝土保護層沿鋼筋縱向開裂，甚至脫落，從而降低了結構的受力性能和耐久性能。

3．鋼筋腐蝕降低了鋼筋與混凝土的粘結力，即降低了混凝土對鋼筋的約束作用，影響二者共同工作的性能。銹蝕使變形鋼筋與混凝土之間失去了咬合作用。

五、對鋼筋腐蝕的預防措施

由以上分析可知，混凝土中鋼筋腐蝕不能完全避免，但是作為工程技術人員，必須從根本上認識鋼筋腐蝕對于結構影響的重要性，最大限度的減小鋼筋腐蝕的可能，防患于未然。

1．提高混凝土自身的防護能力。主要是靠提高混凝土的密實性，降低有害離子入侵和減緩堿度損失。當水泥用量偏小、水灰比不當和振搗不良時，或在混凝土澆筑中產(chǎn)生漏筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的腐蝕。因此，在施工中要嚴格要求施工隊伍按照規(guī)范施工，保證混凝土的密實度，嚴格把握好材質(zhì)、水灰比、水泥用量、振搗和養(yǎng)護等關鍵性工序，把混凝土表面出現(xiàn)蜂窩、麻面的可能性降到最低，為鋼筋能夠更好的發(fā)揮效力提供良好的環(huán)境，預防鋼筋的腐蝕。

在天津某站房及高架候車廳的拆除工程中，根據(jù)拆除鋼筋的特點得出結論：在混凝土密實性及粘結較好的構件中，拆除出來的鋼筋表面情況良好；對于個別表面腐蝕相對嚴重的鋼筋，追蹤其存在的混凝土構件，混凝土質(zhì)量相對于其他混凝土構件存在著一定缺陷。

2．保證混凝土保護層的厚度。在內(nèi)外條件均無有害氣體侵蝕下，混凝土保護層保護鋼筋、防止銹蝕的作用尤為重要。保證達到混凝土保護層的厚度，就相應延緩了混凝土碳化深度達到鋼筋表面的時間，使鋼筋不能過早銹蝕，延長建筑物的使用壽命。新規(guī)范規(guī)定的混凝土保護層厚度值是最小厚度值，是滿足結構的耐久性和對受力鋼筋有效錨固的要求。新規(guī)范與1992年版《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》相比，對保護層厚度值作了加厚規(guī)定：如一類環(huán)境，對強度等級≤C20的混凝土板和墻、梁和柱，都加厚了5mm。由此可見，經(jīng)過實踐檢驗，混凝土保護層厚度對混凝土施工質(zhì)量有很大的影響。

使用標準的砂漿墊塊。施工過程中要嚴格按照設計要求保證保護層厚度，按照圖紙要求確定各種構件墊塊厚度，制作標準的墊塊制作模，提前制作或購置砂漿墊塊。而施工現(xiàn)場中一些工人常認為保護層不重要，用石子或其他東西代替砂漿墊塊。在某信號樓工程施工時，施工單位想利用廢舊預制水磨石塊作為墊塊。由于個別墊塊強度不足，產(chǎn)生壓碎現(xiàn)象。檢查人員在檢查過程中發(fā)現(xiàn)了該問題，要求施工單位必須使用標準的砂漿墊塊，以確保混凝土保護層厚度。

減小鋼筋位移。對于混凝土澆筑時易對墻、柱鋼筋造成位移的問題，在墻體預留豎向梯子筋（豎向梯子筋需比豎向筋大一規(guī)格，以代替豎向筋），間距為1200mm，如圖1所示。嚴禁在綁扎好的鋼筋上行走或運送材料，以保證鋼筋不發(fā)生移位。鋼筋安裝工程屬于隱蔽工程，在施工中要作為混凝土結構施工中質(zhì)量監(jiān)督和控制的重點。

為防止現(xiàn)澆板板面鋼筋在混凝土澆筑中被踩彎，可利用廢舊鋼筋制作水平馬凳，間距為1000㎜，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋馬凳，以控制板面負筋的保護層，見圖2，圖中h=板厚-保護層×2-三層鋼筋直徑。

3．減少混凝土漿對鋼筋的污染。在澆筑混凝土時，剪力墻及柱的上部鋼筋在輸送泵的沖擊力和振搗棒的振搗下，混凝土漿會污染鋼筋。對于強度及性能要求較高的剪力墻、柱，可利用工地上的廢舊PVC管（直徑比鋼筋略粗）直接套在墻、柱豎向鋼筋上，長度以800mm～1000mm為宜。PVC管可直接放在墻、柱水平定位鋼筋上，兩端用膠帶紙纏在鋼筋上。這樣在混凝土澆筑時PVC管就不會移動，混凝土漿也不會污染鋼筋。待混凝土澆筑完畢，抽出PVC管，擦掉表面的混凝土漿后存放，PVC管重復利用。

4．正確使用氯鹽及亞硝酸緩沖劑。氯鹽是使用比較廣的防凍外加劑，在冬季施工中，澆筑混凝土要按規(guī)范控制好氯鹽的用量。但氯鹽的最大缺點是造成鋼筋銹蝕。因此，對于禁止使用氯鹽的結構，絕不使用；可以使用氯鹽的結構，在使用過程中可以在混凝土中加入適當量的亞硝酸鈉，可消除或延緩鋼筋的腐蝕。

在使用亞硝酸鈉鈉過程中，要注意以下幾點：（1）氯鹽的使用范圍。根據(jù)《混凝土外加劑應用技術規(guī)范（GB50119-2003）》不得用于預應力混凝土工程，以及與鍍鋅鋼材或鋁鐵相接觸部位的混凝土工程；嚴禁用于飲水工程及與食品接觸的工程；（2）氯鹽與亞硝酸鈉的比例要適當。對于氯鹽與亞硝酸鈉的使用，由于一些施工人員缺乏考慮或疏于了解，容易造成錯加錯用的問題。根據(jù)規(guī)范要求，當氯鹽摻量為水泥重量的0.5%～1.5%時，亞硝酸鈉與氯鹽之比應大于1.0；而當氯鹽摻量為水泥重量的1.5%～3.0%時，亞硝酸鈉與氯鹽之比應大于1.3。

5．外涂隔離劑。這種方法能夠提高混凝土防水性及耐久性，隔離腐蝕環(huán)境，可延緩碳化速度，起到保護混凝土的作用。施工時，首先應清除混凝土表面附著物，用水沖洗后令其充分干燥，在構件外表涂抹砂漿或絕緣層，如瀝青漆、環(huán)氧樹脂涂料等材料用于防腐。一般采用下列方法：（1）涂刷瀝青漆。其配方為：30號瀝青：10號瀝青：汽油=1:1:2。要涂刷均勻，妥善存放，保證使用時漆膜完好。（2）涂刷水泥防腐涂料，其配方為：水泥:水:亞硝酸鈉：甲基硅醇鈉=100:30:6:2。配制時先用2/3的水溶解亞硝酸鈉，與水泥拌和后在加入甲基硅醇鈉，攪拌3～5分鐘，再將剩余的水視稠度情況酌量加入攪拌，至均勻為止，涂層厚度以1.5㎜左右為宜，干燥后即可使用。

6．對于高強度鋼絲的應力腐蝕和脆性斷裂，應從根本上認識其危害的嚴重性。因此在制作預應力鋼筋時，不要盲目拉伸，一味要求增加強度，節(jié)約鋼筋，而忽視了由此帶來的負面影響，造成嚴重的后果。

7．對于環(huán)境條件這一客觀因素，如有侵蝕性氣體或處于沿海環(huán)境的建筑承重結構，要事先分析，在設計過程中增加一些保護措施，適當增加混凝土保護層的厚度，或加入一些外加劑，阻止有害離子對鋼筋的腐蝕或減緩其腐蝕速度，降低鋼筋腐蝕的可能性。

六、結語

近年來，根據(jù)國內(nèi)外的大量研究發(fā)現(xiàn)，不少在役的鋼筋混凝土結構已受到不同程度的腐蝕損傷，尤其在潮濕多雨的地方，情況更為嚴重。混凝土工程是一個復雜的體系，鋼筋的腐蝕對于結構的受力有著不可忽視的影響。實踐證明，對腐蝕環(huán)境認識不足或沒有采取適當?shù)姆雷o措施，是導致鋼筋腐蝕過早出現(xiàn)的重要原因。作為工程技術人員，應該認識到問題的嚴重性，防患于未然，確保工程質(zhì)量。

參考文獻

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作者簡介：宋萌（1988－），女，北京人，就讀于中國礦業(yè)大學建筑工程學院土木工程專業(yè)，研究方向：工業(yè)與民用建筑；劉彬（1986－），男，四川自貢人，就讀于中國礦業(yè)大學建筑工程學院土木工程專業(yè)，研究方向：礦山建設與地下工程；李博（1987－），男，吉林長春人，就讀于中國礦業(yè)大學建筑工程學院土木工程專業(yè)，研究方向：礦山建設與地下工程。