混凝土結構中鋼筋腐蝕的分析

陳劍飛

遼寧新中誠建筑有限公司 遼寧 123000

摘要：混凝土結構中鋼筋的腐蝕行為對結構的耐久性具有很大的影響，分析了鋼筋腐蝕的原因以及混凝土結構中鋼筋腐蝕的影響因素，提出了混凝土結構中鋼筋的腐蝕防護措施。

關鍵詞：混凝土；鋼筋腐蝕；危害；防護

一、前言

混凝土結構中鋼筋腐蝕導致結構物破壞或失效，已成為當今世界關注的重大課題之一，它在影響結構物耐久性因素中，占主導地位。通常混凝土為其內鋼筋提供一個高堿性，使鋼筋能在數十年乃至上百年內仍保持鈍化狀態。但是，在某些環境條件下，混凝土中鋼筋可能在數年內即發生鈍化破壞，鋼筋腐蝕發展導致混凝土開裂剝落、承載力下降，甚至發生倒塌事故。

二、混凝土結構中的鋼筋腐蝕的因素

造成鋼筋腐蝕破壞的原因是多方面的，除先天因素（如設計、選材、施工質量等）外，主要是使用環境的影響。工業環境中的酸、堿鹽的液態、氣態和固態的作用等，是造成混凝土中鋼筋腐蝕的普遍因素，其中以氯鹽為主的“鹽害”是公認的主導因素。

1、鋼筋表面氧原子數量和混凝土濕度。混凝土具有相當的濕度，氯離子的存在，都能顯著增加導電性，加快鋼筋的電化學腐蝕。陰極反應過程的要求有足夠的氧擴散到陰極活化鋼筋表面。在深水下混凝土的鋼筋不會銹蝕或銹蝕緩慢，就是由于水下供氧困難。

2、通常情況下，施工技術和環境條件是造成混凝土結構中鋼筋過早出現腐蝕破壞的主要誘因。這是在分析腐蝕原因時的第一直覺。但應當指出，我國設計規范的不完善和設計者局限的設計觀念也是一個重要因素。首先，舊規范側重于以安全性作為混凝土結構設計的標準，較少考慮對耐久性的設計，混凝土對鋼筋的保護能力僅取決于保護層厚度，然而在一定條件下，加大保護層未必能實現對鋼筋的良好保護。新修訂的規范引進了“耐久性設計”的概念，這對結構設計提出了更為合理的標準。其次，設計者要逐步強化“耐久性設計”的思想，在滿足承載力極限狀態要求的同時，還應保證結構長期的正常使用。比如，根據結構所處環境的腐蝕程度，在設計中采取相應的技術措施來實現結構的耐久性功能。以往，有關規范的欠完善以及人們對鋼筋腐蝕的危害性和耐久性設計認識不足間接導致了結構中過早的出現鋼筋腐蝕。

3、空氣中的二氧化碳氣體。在混凝土表層中逐漸被氫氧化鈣的堿性溶液所吸收，產生化學反應生成碳酸鈣，這種現象稱為混凝土的碳化，碳化的速度除與二氧化碳濃度有關外，還取決于相對濕度；生成的碳酸鈣很難溶解，其飽和溶液的PH值為9，因此混凝土碳化的結果，就是PH值不斷下降，并不斷向內部深化，當碳化深度達到或超過鋼筋保護層時，鋼筋表面的鈍化膜遭到局部破壞，鋼筋開始腐蝕；當大氣中遇有工業廢氣，如氯化氫、氯等酸性氣體，將同樣被混凝土吸收而與氫氧化鈣結合，從而使混凝土堿度迅速下降，使鋼筋遭受腐蝕。

4、為了提高混凝土早期強度和防凍，在混凝土內摻一定量的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉是有效的。但氯鹽摻量過大，會加速鋼筋的腐蝕。

5、細菌作用。細菌可能引起混凝土物理化學性質的不均勻性，從而造成氧濃差腐蝕。細菌在生命活動中產生硫化氫、二氧化碳和酸，腐蝕金屬。像氧化硫桿菌，排硫桿菌，厭氧菌等。

6、混凝土的碳化和鋼筋腐蝕與環境濕度有直接關系，在十分潮濕的環境中，其空氣相對濕度接近于100%時，混凝土孔隙中充滿水分，阻礙了空氣中的氧向鋼筋表面擴散，二氧化碳也很難透入，鋼筋難以腐蝕；當相對濕度低于60%時，在鋼筋表面難以形成水膜，鋼筋幾乎不生銹，碳化也難以深入；而空氣相對濕度在80%左右時，有利于碳化作用，混凝土中的鋼筋銹蝕發展很快。由于環境中濕度往往隨氣候和生產情況而變化，因而混凝土在氣體或生產環境變化中會遭到碳化，鋼筋會腐蝕。

7、最后，施工質量在任何情況下鋼筋混凝土的施工質量始終起著關鍵作用。一般環境條件下鋼筋過早被銹蝕很大程度上與工程質量欠佳有關，這是因為質量好壞受眾多人為因素影響，波動較大，同時也存在一些目前難以解決的技術問題，如混凝土各種宏觀和微觀缺陷，對鋼筋的保護都十分不利。此外，當前特別強調建設進度，施工上設法使混凝土早強，結果密實性得不到保證，為使用階段的鋼筋銹蝕埋下隱患，并使結構的長期強度與耐久性受到不良影響。總之，施工質量不好，即使有防腐措施也難以奏效，故正確的設計、良好的施工、精心的維護和科學的管理是工程質量的保證，也是有效解決鋼筋腐蝕問題的基本措施。

三、混凝土結構中的鋼筋腐蝕的防護措施

鋼筋銹蝕削弱了鋼筋的受力截面積，致使混凝土結構構件的承載力不足，易使結構發生局部破壞或過大變形。尤其是預應力混凝土結構內的高強度鋼絲，使用應力高，而混凝土構件截面積小，一旦發生預應力鋼絲銹蝕，則危險性更大，嚴重時會導致構件斷裂。因此，我們應該做好防護工作。

1、混凝土外涂層。水泥砂漿層對于很輕微的腐蝕環境，在混凝土表面涂抹5～ 20mm厚的普通水泥砂漿層，能減緩混凝土的碳化作用，這是最簡單、經濟的方法。為了提高砂漿的密實性和黏結力，將一些聚合物以乳液形式注入水泥砂漿中，制成聚合物改性水泥砂漿，這對鋼筋的保護更強，可用于各種鹽類（氯鹽、硫酸鹽）的腐蝕環境中，如工業建筑、鹽堿地建筑、海洋工程等，現已大量用于已有建筑物的修復工程。

2、鋼筋外涂層。目前，鍍鋅鋼筋、包銅鋼筋已很少使用，合金鋼鋼筋（耐蝕鋼筋）得到一定發展，特別是環氧涂層鋼筋，被認為是鋼筋防腐蝕的有效措施之一。環氧粉末的獨特性能與靜電噴涂工藝技術的發展，能保證涂層與基體鋼筋的良好黏結，抗拉、抗彎（短半徑180 b彎曲仍不出現裂縫），這些是其他涂層難以達到的。環氧樹脂粉末涂層還具有極強的耐化學侵蝕的性能，并且涂層具有不滲透性，因而能阻止腐蝕介質如水、氧、氯氣等化學成分與鋼筋接觸，有效地保護鋼筋，使其抗氧氣腐蝕壽命至少延長50a。環氧樹脂粉末涂層還能長期經受混凝土的高堿性環境而不被破壞。然而，環氧涂層鋼筋的主要問題集中在鋼筋表面涂層的完整性上。如果涂層不完整，有孔洞、龜裂等缺陷，在腐蝕環境下，鋼筋就會被腐蝕。因此，環氧涂層鋼筋的關鍵問題，是在生產和使用過程中如何消除涂層質量缺陷。

3、預防措施。在材料方面，要降低水灰比，摻合料要合乎標準，集料中的含鹽量要嚴格限制，設計和施工要保證混凝土的密實性。

4、修復措施。1）當鋼筋腐蝕尚不嚴重時，混凝土表面僅有細小裂縫或個別破損較小時，則可采用在構件外表面涂抹砂漿或涂抹絕緣層，如瀝青漆，過氯乙烯漆、環氧樹脂涂料等進行防腐。2）當鋼筋腐蝕嚴重時，應對結構作認真檢查和修補。若混凝土大面積是完好的，只要鑿去與鋼筋銜接部分混凝土，清除混凝土深度應超過鋼筋20mm，使修補材料能很好地包圍著鋼筋和混凝土，腐蝕的鋼筋應徹底清除鐵銹。若有效面積減少，應增焊相應面積鋼筋予以補強。澆筑混凝土之前，用壓力水沖洗舊混凝土表面，且使舊混凝土水分飽和，但不能積水。修補用的混凝土應比混凝土高一個強度標號的細石混凝土，澆筑必須密實，并要有良好的養護。

5.利用滲透性涂層。大致可分為瀝青、煤焦油類，油漆類，樹脂類。滲透性涂層在混凝土表面涂覆后，可與混凝土組分起化學作用并堵塞孔隙或自行聚合形成連續性憎水膜。滲透性涂層材料可深入混凝土內部3～ 5mm，形成一個特殊的防護層，能有效地阻止外界環境中腐蝕介質進入混凝土中，從而保護鋼筋免受腐蝕。

6.利用隔離性涂層。在特別強烈的腐蝕環境中（如化工廠）可設置隔離性涂層，如玻璃鱗片覆層、玻璃鋼隔離層、橡膠襯里層等。

四、結束語

目前，國內外正致力于混凝土結構中鋼筋的腐蝕防護的微觀研究，以期增強其緊密度，減少內部微缺陷，但仍難使多孔性材料的混凝土完全密實，也無法徹底解決施工中產生的裂紋，故附加措施在設計中是十分重要且必不可少的。在腐蝕較重的環境里，僅依賴于混凝土自身的性能不足以實現對鋼筋的耐久保護，基本措施與附加措施的相互搭配、有機結合才是最佳方案。

混凝土結構中的鋼筋腐蝕是混凝土耐久性研究中的一個難點。在處理混凝土結構中的鋼筋腐蝕問題時，必須從具體情況出發，根據工程特點、環境條件、使用功能、結構設計、構件制作以及施工技術和管理等方面，全面分析引起鋼筋腐蝕的各種外部和內部因素及它們之間的主次關系，采取有效、經濟的防護措施，從根本上消除鋼筋腐蝕對混凝土結構帶來的危害。所以，處理鋼筋腐蝕問題需要著眼于整體，要以保證結構耐久性為最終目的。

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