混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕行為對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕的影響因素，提出了混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：混凝土；鋼筋腐蝕；危害；防護(hù)

一、前言

混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物破壞或失效，已成為當(dāng)今世界關(guān)注的重大課題之一，它在影響結(jié)構(gòu)物耐久性因素中，占主導(dǎo)地位。通常混凝土為其內(nèi)鋼筋提供一個(gè)高堿性，使鋼筋能在數(shù)十年乃至上百年內(nèi)仍保持鈍化狀態(tài)。但是，在某些環(huán)境條件下，混凝土中鋼筋可能在數(shù)年內(nèi)即發(fā)生鈍化破壞，鋼筋腐蝕發(fā)展導(dǎo)致混凝土開裂剝落、承載力下降，甚至發(fā)生倒塌事故。

二、混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)、選材、施工質(zhì)量等）外，主要是使用環(huán)境的影響。工業(yè)環(huán)境中的酸、堿鹽的液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)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(rèn)的主導(dǎo)因素。

1、鋼筋表面氧原子數(shù)量和混凝土濕度。混凝土具有相當(dāng)?shù)臐穸龋入x子的存在，都能顯著增加導(dǎo)電性，加快鋼筋的電化學(xué)腐蝕。陰極反應(yīng)過程的要求有足夠的氧擴(kuò)散到陰極活化鋼筋表面。在深水下混凝土的鋼筋不會(huì)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(shù)和環(huán)境條件是造成混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋過早出現(xiàn)腐蝕破壞的主要誘因。這是在分析腐蝕原因時(shí)的第一直覺。但應(yīng)當(dāng)指出，我國設(shè)計(jì)規(guī)范的不完善和設(shè)計(jì)者局限的設(shè)計(jì)觀念也是一個(gè)重要因素。首先，舊規(guī)范側(cè)重于以安全性作為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，較少考慮對耐久性的設(shè)計(jì)，混凝土對鋼筋的保護(hù)能力僅取決于保護(hù)層厚度，然而在一定條件下，加大保護(hù)層未必能實(shí)現(xiàn)對鋼筋的良好保護(hù)。新修訂的規(guī)范引進(jìn)了“耐久性設(shè)計(jì)”的概念，這對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更為合理的標(biāo)準(zhǔn)。其次，設(shè)計(jì)者要逐步強(qiáng)化“耐久性設(shè)計(jì)”的思想，在滿足承載力極限狀態(tài)要求的同時(shí)，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)長期的正常使用。比如，根據(jù)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的腐蝕程度，在設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的耐久性功能。以往，有關(guān)規(guī)范的欠完善以及人們對鋼筋腐蝕的危害性和耐久性設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)不足間接導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)中過早的出現(xiàn)鋼筋腐蝕。

3、空氣中的二氧化碳?xì)怏w。在混凝土表層中逐漸被氫氧化鈣的堿性溶液所吸收，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣，這種現(xiàn)象稱為混凝土的碳化，碳化的速度除與二氧化碳濃度有關(guān)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(jié)果，就是PH值不斷下降，并不斷向內(nèi)部深化，當(dāng)碳化深度達(dá)到或超過鋼筋保護(hù)層時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜遭到局部破壞，鋼筋開始腐蝕；當(dāng)大氣中遇有工業(yè)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(jié)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(qiáng)度和防凍，在混凝土內(nèi)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(huì)加速鋼筋的腐蝕。

5、細(xì)菌作用。細(xì)菌可能引起混凝土物理化學(xué)性質(zhì)的不均勻性，從而造成氧濃差腐蝕。細(xì)菌在生命活動(dòng)中產(chǎn)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(huán)境濕度有直接關(guān)系，在十分潮濕的環(huán)境中，其空氣相對濕度接近于100%時(shí)，混凝土孔隙中充滿水分，阻礙了空氣中的氧向鋼筋表面擴(kuò)散，二氧化碳也很難透入，鋼筋難以腐蝕；當(dāng)相對濕度低于60%時(shí)，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(shí)，有利于碳化作用，混凝土中的鋼筋銹蝕發(fā)展很快。由于環(huán)境中濕度往往隨氣候和生產(chǎn)情況而變化，因而混凝土在氣體或生產(chǎn)環(huán)境變化中會(huì)遭到碳化，鋼筋會(huì)腐蝕。

7、最后，施工質(zhì)量在任何情況下鋼筋混凝土的施工質(zhì)量始終起著關(guān)鍵作用。一般環(huán)境條件下鋼筋過早被銹蝕很大程度上與工程質(zhì)量欠佳有關(guān)，這是因?yàn)橘|(zhì)量好壞受眾多人為因素影響，波動(dòng)較大，同時(shí)也存在一些目前難以解決的技術(shù)問題，如混凝土各種宏觀和微觀缺陷，對鋼筋的保護(hù)都十分不利。此外，當(dāng)前特別強(qiáng)調(diào)建設(shè)進(jìn)度，施工上設(shè)法使混凝土早強(qiáng)，結(jié)果密實(shí)性得不到保證，為使用階段的鋼筋銹蝕埋下隱患，并使結(jié)構(gòu)的長期強(qiáng)度與耐久性受到不良影響。總之，施工質(zhì)量不好，即使有防腐措施也難以奏效，故正確的設(shè)計(jì)、良好的施工、精心的維護(hù)和科學(xué)的管理是工程質(zhì)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(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕的防護(hù)措施

鋼筋銹蝕削弱了鋼筋的受力截面積，致使混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力不足，易使結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞或過大變形。尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的高強(qiáng)度鋼絲，使用應(yīng)力高，而混凝土構(gòu)件截面積小，一旦發(fā)生預(yù)應(yīng)力鋼絲銹蝕，則危險(xiǎn)性更大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件斷裂。因此，我們應(yīng)該做好防護(hù)工作。

1、混凝土外涂層。水泥砂漿層對于很輕微的腐蝕環(huán)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(jīng)濟(jì)的方法。為了提高砂漿的密實(shí)性和黏結(jié)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(hù)更強(qiáng)，可用于各種鹽類（氯鹽、硫酸鹽）的腐蝕環(huán)境中，如工業(yè)建筑、鹽堿地建筑、海洋工程等，現(xiàn)已大量用于已有建筑物的修復(fù)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(fā)展，特別是環(huán)氧涂層鋼筋，被認(rèn)為是鋼筋防腐蝕的有效措施之一。環(huán)氧粉末的獨(dú)特性能與靜電噴涂工藝技術(shù)的發(fā)展，能保證涂層與基體鋼筋的良好黏結(jié)，抗拉、抗彎（短半徑180 b彎曲仍不出現(xiàn)裂縫），這些是其他涂層難以達(dá)到的。環(huán)氧樹脂粉末涂層還具有極強(qiáng)的耐化學(xué)侵蝕的性能，并且涂層具有不滲透性，因而能阻止腐蝕介質(zhì)如水、氧、氯氣等化學(xué)成分與鋼筋接觸，有效地保護(hù)鋼筋，使其抗氧氣腐蝕壽命至少延長50a。環(huán)氧樹脂粉末涂層還能長期經(jīng)受混凝土的高堿性環(huán)境而不被破壞。然而，環(huán)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(huán)境下，鋼筋就會(huì)被腐蝕。因此，環(huán)氧涂層鋼筋的關(guān)鍵問題，是在生產(chǎn)和使用過程中如何消除涂層質(zhì)量缺陷。

3、預(yù)防措施。在材料方面，要降低水灰比，摻合料要合乎標(biāo)準(zhǔn)，集料中的含鹽量要嚴(yán)格限制，設(shè)計(jì)和施工要保證混凝土的密實(shí)性。

4、修復(fù)措施。1）當(dāng)鋼筋腐蝕尚不嚴(yán)重時(shí)，混凝土表面僅有細(xì)小裂縫或個(gè)別破損較小時(shí)，則可采用在構(gòu)件外表面涂抹砂漿或涂抹絕緣層，如瀝青漆，過氯乙烯漆、環(huán)氧樹脂涂料等進(jìn)行防腐。2）當(dāng)鋼筋腐蝕嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)對結(jié)構(gòu)作認(rèn)真檢查和修補(bǔ)。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(yīng)超過鋼筋20mm，使修補(bǔ)材料能很好地包圍著鋼筋和混凝土，腐蝕的鋼筋應(yīng)徹底清除鐵銹。若有效面積減少，應(yīng)增焊相應(yīng)面積鋼筋予以補(bǔ)強(qiáng)。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(bǔ)用的混凝土應(yīng)比混凝土高一個(gè)強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的細(xì)石混凝土，澆筑必須密實(shí)，并要有良好的養(yǎng)護(hù)。

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(xué)作用并堵塞孔隙或自行聚合形成連續(xù)性憎水膜。滲透性涂層材料可深入混凝土內(nèi)部3～ 5mm，形成一個(gè)特殊的防護(hù)層，能有效地阻止外界環(huán)境中腐蝕介質(zhì)進(jìn)入混凝土中，從而保護(hù)鋼筋免受腐蝕。

6.利用隔離性涂層。在特別強(qiáng)烈的腐蝕環(huán)境中（如化工廠）可設(shè)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(jié)束語

目前，國內(nèi)外正致力于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕防護(hù)的微觀研究，以期增強(qiáng)其緊密度，減少內(nèi)部微缺陷，但仍難使多孔性材料的混凝土完全密實(shí)，也無法徹底解決施工中產(chǎn)生的裂紋，故附加措施在設(shè)計(jì)中是十分重要且必不可少的。在腐蝕較重的環(huán)境里，僅依賴于混凝土自身的性能不足以實(shí)現(xiàn)對鋼筋的耐久保護(hù)，基本措施與附加措施的相互搭配、有機(jī)結(jié)合才是最佳方案。

混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕是混凝土耐久性研究中的一個(gè)難點(diǎn)。在處理混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕問題時(shí)，必須從具體情況出發(fā)，根據(jù)工程特點(diǎn)、環(huán)境條件、使用功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作以及施工技術(shù)和管理等方面，全面分析引起鋼筋腐蝕的各種外部和內(nèi)部因素及它們之間的主次關(guān)系，采取有效、經(jīng)濟(jì)的防護(hù)措施，從根本上消除鋼筋腐蝕對混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)耐久性為最終目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱彥鵬主編.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.

[2]馮保成.模糊數(shù)學(xué)實(shí)用集粹[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999

[3]羅福花，戰(zhàn)興偉，邢振海.砌體結(jié)構(gòu)房屋裂縫原因及防治措施研究[J].中國建材科技，2006（01）.

[4]GB50119- 2003，混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[5]錢易，屠孝炎.環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展[M].北京：高等教育出版社.2000，7：60- 61.

[6]趙蓉（譯）.對于部分埋入水下的柱腳實(shí)施陰極防腐的高等計(jì)算模型[ J].四川建筑，2005，25（2）：69.