鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)的影響

陳鑫

摘要：鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要病害之一，所以防止鋼筋銹蝕對提高混凝土耐久性尤為重要。本文闡述了混凝土中鋼筋銹蝕的原理及造成的嚴重影響，并提出了防止鋼筋銹蝕相應(yīng)措施，希望對相關(guān)工程具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；鋼筋銹蝕；原理與影響；措施

中圖分類號： TU37文獻標識碼： A

引言

結(jié)構(gòu)腐蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、可靠性的至關(guān)重要的因素。鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性影響極大?；炷两Y(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕源于在多種因素作用下(如碳化、氯離子侵蝕等)，鋼筋原先在堿性介質(zhì)中生成的鈍化膜被漸漸破壞而失去保護作用，導(dǎo)致銹蝕生成的鐵銹，其體積是被腐蝕掉的金屬體積大3-4倍，使混凝土保護層沿鋼筋縱向開裂。鋼筋銹蝕引起的裂縫一旦產(chǎn)生，鋼筋銹蝕速度將大大加快，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力與可靠性劣化的速度大大加快，有的甚至發(fā)展到鋼筋銹斷，危及結(jié)構(gòu)的安全。1991年在法國召開的第二屆混凝土耐久性國際學(xué)術(shù)會議上，美國加州大學(xué)Mehta教授的主題報告“混凝土耐久性50年進展”中提出，目前鋼筋銹蝕已經(jīng)成為鋼筋混凝土構(gòu)件破壞的最主要的原因。基于此，對鋼筋銹蝕對混凝土的影響研究勢在必行[1-2]。

1 腐蝕原理與影響

鋼筋銹蝕的原因有兩個方面[3]：一是鋼筋保護層的碳化，其碳化的原因是混凝土不密實，抗?jié)B性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氫氧化鈣，故顯堿性，pH值＞12，此時鋼筋表面生成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護膜，使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或含CO2環(huán)境中時，由于CO2的侵入，混凝土中的氫氧化鈣與CO2反應(yīng)，生成碳酸鈣等物質(zhì)，其堿性逐漸降低，當混凝土的pH值＜12時，鋼筋的鈍化膜就不穩(wěn)定，當pH值＜11.5時，鋼筋的鈍化保護膜就遭破壞，鋼筋的銹蝕便開始進行；二是氯離子的含量。據(jù)有關(guān)試驗證明，即便是pH值較高的溶液(如pH值＞13)，只要有4～6mg/L的氯離子含量，就足可以破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去鈍化，在水和氧氣的作用下導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

資料表明，鋼筋銹蝕引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的過早破壞已成為世界各國普遍關(guān)注的一大災(zāi)害。混凝土中鋼筋銹蝕的影響因素有：混凝土的密實度、混凝土保護層厚度、混凝土碳化、環(huán)境濕度、氯離子侵入等。在這些因素中，混凝土保護層的碳化和氯離子侵入是造成鋼筋銹蝕的主要原因。鋼筋銹蝕主要對混凝土結(jié)構(gòu)造成影響存在以下幾方面：

（一）鋼筋腐蝕對結(jié)構(gòu)受力的影響

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼筋受到周圍混凝土的保護，一般不腐蝕，但當保護層破壞或保護層厚度不足時，鋼筋在一定條件下將產(chǎn)生腐蝕?？偟恼f來，由于鋼筋與混凝土交界面上鋼筋銹脹力的存在，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生順筋裂縫，甚至使混凝土保護層剝落，使構(gòu)件截面有效面積減小，更重要的是使鋼筋與混凝土間粘接性能退化；同時由于鋼筋銹損，其截面面積減小，延性降低,力學(xué)性能退化，使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受到不同程度的損傷。混凝土中鋼筋銹蝕會使構(gòu)件的承載力下降，使結(jié)構(gòu)的性能劣化。

（二）鋼筋銹蝕對混凝土粘結(jié)性能的影響

鋼筋與混凝土之間形成的鐵銹層，削弱了變形鋼筋與混凝土的膠結(jié)作用；鐵銹的膨脹將導(dǎo)致混凝土開裂，降低了混凝土對鋼筋的約束作用；鋼筋變形肋銹蝕使變形鋼筋與混凝土之間失去了機械咬合作用。

(1)混凝土中鋼筋銹蝕的產(chǎn)物是一種結(jié)構(gòu)疏松的氧化物，它在鋼筋與混凝土之間形成一層疏松隔離層，明顯地改變了鋼筋與混凝土的接觸表面，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用。

(2)鋼筋的銹蝕產(chǎn)物比銹蝕前鋼材占據(jù)的體積更大，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?；炷灵_裂導(dǎo)致混凝土對鋼筋的約束作用減弱。

(3)變形鋼筋銹蝕后，鋼筋變形肋將逐漸退化。在鋼筋銹蝕較嚴重的情況下，變形肋在混凝土之間的機械咬合作用基本消失，其結(jié)果是導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能退化。

2 改善措施

（1）增加保護層厚度?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)在構(gòu)造規(guī)定中，對設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)受力鋼筋的混凝土最小保護層厚度有明確規(guī)定；例如：在室內(nèi)正常環(huán)境中，混凝土強度等級在C25-C45之間的板、墻、殼，混凝土最小保護層厚度為15毫米；梁為25毫米；柱為30毫米。保證必需的保護層厚度。增加混凝土保護層厚度可顯著地推遲腐蝕因子滲透到鋼筋表面的時間，也可提高對鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力?；炷撂蓟_到鋼筋表面的時間與保護層厚度的平方成正比。增大保護層厚度能有效地推遲碳化時間。

（2）控制混凝土拌和物中的氯離子含量。某些化學(xué)離子（如C1－）對鈍化膜有特殊的破壞作用。它們在鋼筋保護層不被碳化或中性化的情況下也可以破壞鋼筋鈍化膜，發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。氯離子是這一類離子中最常遇到的。氯離子半徑很小，穿透力強，很容易吸附在鋼筋陽極區(qū)的鈍化膜上，取代鈍化膜中氧離子，使鋼筋起保護作用的氫氧化鐵變?yōu)闊o保護作用的氯化鐵。由于氯離子到達鋼筋表面的不均勻性，特別是氯離子作用在鋼筋局部區(qū)域時，則局部區(qū)域為陽極，形成了大陰極小陽極的腐蝕。因此必須嚴格控制氯離子的總量，即應(yīng)對混凝土拌和物中的氯鹽含量加以控制。 拌合混凝土?xí)r只允許使用清水。禁止使用鹽來為混凝土路面除冰。

（3）提高混凝土密實性。提高混凝土的密實性，減少內(nèi)部微細孔函隙和毛細管通首是加強鋼筋防腐蝕能力的最根本途徑。首先要嚴格控制水灰比。施工時就要均勻振搗，嚴格控制振搗時間“防止偏振和漏振”還要認真加以養(yǎng)護。這樣才能保證保護層的密實，并使水泥漿完全覆蓋住鋼筋以形成一層有效的隔離層，同時還要注意合理的混凝土骨料級配。

（4）加強養(yǎng)護與防止開裂。如混凝土早期養(yǎng)護不好，水泥得不到正常水化，會降低混凝土的密實度，繼而影響耐久性。所以一定要加強混凝土的早期濕潤養(yǎng)護，時間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實度，提高抗?jié)B性防止結(jié)構(gòu)開裂。

3 結(jié)論

隨著建設(shè)工程規(guī)模的越來越大，人們對耐久性的關(guān)注程度越來越高，耐久性已經(jīng)成為混凝土結(jié)構(gòu)的重要指標。鋼筋銹蝕是混凝土工程耐久性的主要病害之一，所以防止鋼筋銹蝕對提高混凝土耐久性尤為重要。本文論述了混凝土中鋼筋銹蝕的原因及造成的嚴重危害，并提出了防止鋼筋銹蝕相應(yīng)措施，為減少危害、提高混凝土的耐久性提供了重要研究依據(jù)，希望對相關(guān)工程具有一定借鑒意義。

參考文獻：

[1] 覃維祖.混凝土的收縮開裂及其評價與防治[J]. 混凝土,2001(1)

[2] 滿傳軍. 鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響[J]. 山西建筑,2008(27)

[3] 李淮江. 淺析鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)的影響[J]. 科技風,2010,(14)